聲納數據綜合管理方法的研究與實現

中國船舶重工集團公司第七一五研究所 朱狄鋒 朱祥領 施迪飛

聲納系統在當今社會的捕魚業、海洋探測等方面有著廣泛的應用，隨著使用范圍的擴大化，功能的復雜化，提升聲納系統產生的種類繁多、數量巨大的的非結構化數據的管理水平，最大化數據效益，是必須解決的一個問題，本文針對聲納系統使用時產生的各種非結構化數據，包括傳感器數據、探測目標數據、聽紋數據等提出一種基于數據庫系統的聲納數據綜合管理方法，該方法利用數據庫系統將各類聲納數據進行組態關聯存儲，使得數據能夠有效累積，并針對數據挖掘和智能化應用設計高效訪問接口，將數據效益最大化。

本方法根據聲納系統產生的數據種類和應用方向，將數據分為原始探測數據、分析標注數據、樣本數據，每類數據可包含傳感器數據、聽音數據、譜圖數據等，并為各種數據確定存儲形式，并通過數據庫進行關聯管理，同時設計通用訪問接口，包括數據瀏覽、讀取、修改、統計、比對和聽測等高效訪問接口，使得聲納系統進行有效數據累積、高效數據運用成為可能。

聲納數據綜合管理方法在設計上分為數據接收、數據處理、數據流轉、庫表管理、運行輸出五大部件，完成聲納數據實時接收/校驗，數據提取，組態關聯，模板數據加載，導出數據生成，探測數據管理，分析數據管理，樣本數據管理，時序控制等功能。聲納數據綜合管理方法框圖如圖1所示。

圖1 聲納數據綜合管理方法

具體實現包含三個步驟：聲納數據類型分析、數據庫表設計及存儲形式確定、應用接口與架構建立。

1 數據類型分析

假設有10類數據D1,D2…D10，數據類型分別為T1,T2…T10，數據長度分別為L1,L2…L10，數據范圍分別為R1,R2…R10。

建立存儲數據類型元素表，該步為設計輸入，是后面兩個步驟的基礎，數據類型元素表包含數據名稱，類型，有效范圍，層級劃分，關聯信息等，假設D1與D4關聯，D1與D7關聯，D10為塊數據，關鍵數據類型元素表如表1所示。

表1 關鍵數據類型元素表

2 庫表劃分及存儲形式確定

首先根據數據類型統計表，對各類數據進行歸類劃分，假設D1,D2,D3屬于TB1。D4,D5,D6,D10屬于TB2。D7,D8,D9屬于TB3，結合元素表關聯信息，其關聯如圖2所示。

圖2 關聯圖

假設TB3為TB1的補充信息且記錄存在一對多關系，TB2與D10存在一對多關系，D1TB2與TB1為同級關系，那么TB1,TB2,TB3層級關系如圖3所示。

圖3 TB1,TB2,TB3層級關系圖

根據類型劃分及層級關系，確定最終存儲模型為庫表TB1，TB2，TB3加塊數據文件F10(數據D10)，存儲模型如圖4所示。

圖4 存儲模型

3 應用接口與架構建立

本步驟根據功能需求，建立數據接口，用于聲納軟件訪問數據所用，假設現有三個接口需求：1）統計TB1數據字段D2在范圍min和max之間的記錄數和相對數據總數的比例。2）關聯查詢當TB1字段D1的值為value1時，TB1,TB2與TB3的字段D3,D5,D8的值。3）獲取TB2中檔D6字段為value6時的塊數據文件。那么三個接口的定義分別如下。

統計接口如圖5所示。

圖5 統計接口

關聯查詢接口如圖6所示。

圖6 關聯查詢接口

塊數據文件獲取接口如圖7所示。

圖7 塊數據文件獲取接口

數據作為聲納系統工作的重要產出，本文利用數據庫系統，設計了一種將多種非結構化的聲納數據綜合管理方法，為聲納數據的累積和延伸應用提供支持，具有一定的實際意義。