基于DTW的多元台风时间序列相似性度量研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M150502679上海海洋大学硕士学位论文题目：基于DTW的多元台风时间序列相似性度量研究SimilarityMeasurementofMultivariate英文题目：TyphoonTimeSeriesBasedonDTW专业：计算机科学与技术研究方向：时间序列相似性度量姓名：郑霞指导教师：黄冬梅二O一八年五月上海海洋大学硕士学位论文上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和

2、引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于

3、不保密学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注盛广铭上海江南遥感所教授主席宋巍上海海洋大学教授委员王振华上海海洋大学副教授委员赵丹枫上海海洋大学讲师秘书答辩地点信息学院答辩日期2018.5.27上海海洋大学硕士学位论文基于DTW的多元台风时间序列相似性度量研究摘要台风给广大的地区带来了充足的雨水，与人类生活和生产关系有着紧密的联系。但是，台风也常常带来各种破坏，它具有突发性强、破坏力大的特点，是世界上最严重的自然灾害之一，也是影响

4、我国最大的海洋灾害之一。台风会带来强风、暴雨和风暴潮等自然灾害，这些灾害出现频率高、波及范围广，造成大量人员伤亡和巨大财产损失，因此对台风进行有效的预报显得十分重要。而相似性度量是海洋预报、灾害预报中关键的一步，研究台风相似性度量对防灾减灾具有重要意义。台风数据的多要素、动态性、时空性、不等长性、季节性和可预测性等特征，增加了海洋应用，如海洋预报、海洋辅助决策等的难度，带来了如下问题：（1）针对台风数据的多要素、动态性特点，如何对其进行有效描述，以利于台风数据质量评估与修复；（2）针对台风数据的时空性特点，如何对其进行数据质量评估

5、与修复，从而提高台风相似性度量的准确度；（3）针对台风数据的不等长性、季节性、可预测性特点，如何选择一种适合其相似性度量的方法，提高海洋预报、防灾减灾的准确性。为此，本文首先提出了基于多元时间序列的台风数据描述方法；在此基础上，结合台风数据的特点，提出了台风时间序列质量评估与修复方法；最后，提出了基于加权DTW距离的台风时间序列相似性度量方法，提高了相似台风查找的准确性，为相关部门防灾减灾提供了辅助决策。本文剖析了台风数据的多要素、动态性、时空性、不等长性、季节性和可预测性等特点，以提高台风相似性度量的精确性作为目标。研究面向台风

6、时间序列的相似性度量方法，其主要内容包括以下三方面：（1）总结了数据质量评估与修复方法、时间序列相似性度量方法以及台风相似性问题的研究现状，并通过分析发现数据质量评估与修复方法很少涉及海洋领域，很少利用DTW进行台风相似性度量，台风相似性的研究大多集中在台风路径的相似性度量上，不利于判断台风强度带来的灾害。（2）针对台风数据普遍存在的质量问题，提出了台风时间序列完整性、一致性评估与修复方法。首先梳理了影响台风相似性度量的多个要素，利用主成分分I上海海洋大学硕士学位论文析法筛选出进行研究的要素，提出了基于多元时间序列的台风数据描述方

7、法；在此基础上，通过分析台风数据的特性确定了适合台风时间序列的质量评估方法；然后针对台风时间序列存在的完整性和一致性问题，提出了台风时间序列的完整性及一致性修复方法，对于完整性问题，采用邻近值修复、风-压关系修复和经纬度计算修复，对于一致性问题，采用要素依赖修复。实验结果表明，评估方法与修复方法准确性高，有利于提高相似性度量的精度，是相似性度量不可缺少的一部分。（3）针对台风时间序列的不等长问题，设计了一种基于主成分分析和动态时间弯曲距离的相似性度量方法。根据台风各个要素在相似性度量过程中重要程度不同，分别利用层次构造法、主成分分

8、析法进行台风要素权重计算。同时，考虑到不同的台风时间序列其长度一般不同，采用动态时间弯曲距离进行台风时间序列的相似性度量。实验结果表明，综合考虑多个要素、动态设计台风要素的权值，提高了相似性度量的准确性。关键词：相似性度量，多元时间序列，完整性，一