Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Лингвистический подход к описанию и интеграции гидрометеорологической информации

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Лингвистический подход к описанию и интеграции гидрометеорологической информации"

її-'* кг. лі’; р;лтп;;г:и

л-’лнщ.\ HViVi нгатовг-і

У ЛЛ 551. [tf + 510.05

ЛІІШ'КІСТЇПЖКІЛ ПОДОД К ОІІлСЛНгіК' П ШіТЬТіД'ЕГЛіиШ ІТіДПІ.'іСГЕОІ-OJiOllГIF/;itoii '■'ІЧОІІ.ШСИ!

11.00.09. і'ЕТйОРОЛОІЇіН, ІШІДЙ'ОІІОІІІЯ. ОТШПГКЯШПШ

A JJ ї О Р Е і> Е г А Г

диссертации на соискание .учекол степени кандидата фпзішо-матетготаческпх пг.ук

Мурманск

19Э2

ГаСсла ;■ (х\;;.с;:■; ла:и-- Арктнч^скам и Антарктическом

п:,.ум;ь)~1:;'г.:с,;м.:^.г;;::ь;']ч:-.; института, г. Санкт-Нс-терСург 1 !:;у К!!!,!;; [Г;, К <'1! ■/; 11 ^ 1.-ЛП - ДОКГС'р .^ЮИКО-Г.йТС^аТИЧССКЛХ На,'/ К

)Ь.Ь. Ниголаог'

кандидат «{нотсо-глтсштичуских наук !■. .11. Ни к^рниИ

Ц'пциплшио ник.ион-’лл: доктор ^кшко-матскатичееких наук,

! ;р о] с; с с (ю Л.Ч'.ыптйОеи

гг.идидпт фг. у я к о—м: ■. 1' о:.:; шш ас I‘ИХ наук

Г. В. Алекс ее 1>

!^'Д7:1|Дн органпкацип - Ннсттут глобального клик»та и «гголоптс [Длцптп сок'хо;!1"м "£л> " $*{фкЛл. 1992 г. и -на за с еда»»

'.•поц'лилизирсианного еоиста К.003.19.II при Санкт- 1!етсрбургс1 гидр1-иоте(''р;:Л(:1';и:(!СКсм ин« ти ту тс, пудн т орш 1.

С дисссртгдциой моаю ознакомиться о с'полнот око Санкт-11етербу] кого гидрометеорологического институт.

и-зиыл на ам’среф.'рат (в дьух экземплярах,заверенные печатью просим направлять но адресу: 19Ы96, Санкт-Петербург, Мал о ох кии проспект, 98. .Ученому секретарю. .

Автореферат разослан " /О " Л^Уи^С? Д9Э2 г-

Ученый секретарь специализированного совета

А.С. Гаврил1

: 1 1 |.г'1г. Л \і /і.'і І." І ііЛ іі] г і Л' і’

■ ’-і}'1 Д, мг"' ‘І: ‘глл’. Г1У’-д',,,Л,л'іт; ■■ .... гі'іН'Л'.Нс-піі^: 'сіЇл

Уфу. ро'-'ьлі’.'іі іг'Д'''' Гі-ідр1-‘*!л і-1 рг;;і. пір г~ ■гіг.ііі.'ї , і- с :,н: і нг:;, >■. гпд-р''ітГ'П;,Ч' ;:к::ч і: < і іі‘і-' С - ■1 и г ■■. її'»:- ;к>ч\г і: г 'ліл’лліу п

пр гни,- V пг>г(); пс•}.< ч ’ і. п: л-;г/ ;:,тП агиг г.;л і:< гк.-л-од, :лї ':е<рі:і; р;' < ■ ікі ч іг о ■ ^;:рлого яіш-

пі'з;<, ;л':-,-л |і!ьч'Ці;н п другі:;.;:'. і;іпмч сі ;и гіг.з чаї оди рагами

ПіЛр'Л^, КС рГіЛгЛПЛ:и ЛЛ:Л МЛДГ) [!(; ,> ЬЛНК. і0.i:\l- Д иОІІПГ; іЛЛН.'О ДїЧ-

!.:М. !<„ о^дс, р‘"Г';-, ік:ду. д;’Vзад;-':Я, «Д хі дн--.і '• ч-> аріи.окошп

тин. іДі тдлг-того г.;;иг-.-р'; Г‘і, ь у':лог.;лх ин д.рллщк пнс;і

неїліро.пол’ліінгні, пг гддгг і- і-^>сгддтї1 .дінпіі/. Л с сДХяг.-

н• іс= V<■ . ,і поріЛ".' * ’’ород1-, тем, 1;;о а*>с>.гі-■;гп>;у;; т:Щ-.рмацті, 'Л’Л^аєк ькг.'.гн ;е:' і:з нсо ( .л.і-л'рід опрад- '■'!!;іі 'и сскі<і: огчсл,

<1 ИЇПйріІрегЩЛГ Д;і!ІНТГ7 'іТОС'ГЗ ,!’І:71 Н-. V -г : ІІ.'ТП ППГ'ДрҐП

с і'іісн!іи-;;р(,г;г:[ін>.!х лгакінтсрат пл г^-:;г-‘ гл ■_: < < і'. Продута одогоо и шітергфот.'Щил нідоігицап •>Д'.,,ь п.-р-/-д::■ =;;■ ?іі;г;’' ал :ан і^міїс V, ІІ.ПИ, К"іс їшогдл лгчо'.'тс.епш'л ушл ,чо. ь гадро:.ї?тч'г'];с.';с—

гни к иі:Д;,сідьСг3(;ктм/ одігоатся, нянаяиор, V ;кг,ц пояятш:, гак "ЦИКЛ (ЛІ, 4рептальпп Ц зона, С'/руЙНиО ".ОЧОНІГз" 1! Др.угпо. Отст подход и:і)ч](МО!і гак лллсптіічо''!-:»;; лс'їлд. ('с:кпьііьт.: пнстр^моитои ксе^одоьанш прл і-том яи«яото* карта гзолишні, ;-сл:.юцаяся одним 113 НаПСслее КН'{ срьаТШ.Н1мХ СПОССЬСЛІ ОШ-'ООЇПІН Діумсрнпх ИСіЛЄі'І,

шеьма удос'ньїм для восприлшя и лнплі^ді.

/івтшатинсскому построеітю ;:г.рч изелшааі пооліщоно достаточні.) місто раоот. Зи."Ч}ітєльікі мсніши нуСллкацжі ияоеюа по интерпретации начестзепш.гк данннх с пи-оці ь ЗЬМ. Зі о свлзано ц тсп, хіто тисрчоская доіГісльност,) ч(іллр’,л:а яьлчєїсч 'ірудно .^ормалиоуе/іоіі, п следоьательно, с.’.ао'о аоддастся алгсріт:иза-ции• Однаки имсє’і’єя ініамо:л-юсть '.іормаліілоізать стдолігНі’с, досіл точно ПрОСІЬІЬ сторони дсктельностк ЧСЛОііОКа. ПеріЗОІІ И ОДИОЙ ііл накс'олое і:а;:иьгх, ьозникаккціи при огом опдач, яві..четал мо-цслирование споаоСностей ^ог.овепа по отиСра.тотію і:іф>рмацш. В га же премя ііозмохнооть йфі^ектиеюй іпітерпретацкк дапньж із о ••ШОГОМ определкется СПОСОССІІ.1 СЄ Предсч-овлешіл, наличио/і РПІ10-раїа шнидулированкя алементаг/н изобраденні!, ііесмотрл на оп-осіделенньге успсхи б итом налравяєншї, мегодическта, теорети-теские и практичсскио попроси ктой ироблешл разрао'ог'гаи.! сіце ійдоотаточио.

•і

Целил дие^рілціл; лільілллі разработка а їлаллатіл-прсллицоП сис'і , і ,()ис:і!!;Чі‘іі-п; ;іицчііи Лилиодлнни'. на качественно'.!

уремії';. іірИ р; ил' Л... pHЛЛЛ'Л'.Л С-ЬЛуЛЛ'Л 10 :

і. л..д лл; ,.лллчл:лл:лл. л-ого опис:.пня ді.і';/пл:;

ііслгіі .

і.1. і:ллул;лл гл ;.:,.ллл,лл амл лллл глуплслліу.:'; абнол циркуляцій: л'.лло]..-і лі пл олнилл ліллл алгичелі • ,л данинх,

л. Сллул’.и л илду.ль-.іл: • лл дліілі.л: ллпгькотичлеклк шф;р~ мацлл V: і.ллді.і’; ілллл Л’Л'Лрл; :ллл рлр;:\л;лЦіїл.

ІЛу/ллуїі иу;,лулу г;.-;!.!/і_!і л..л;лллле'. ля і> 'Рік,,, что раоппОотли Л НрЛЛ'і ІЛКЛЛ Л р<.ЛЛ.: Н ІІі;,.ІЛІ М.л'ПД ОІІИСаііШ! Н IV. І ГОрПрОТаі <Ш1 пє'іі. ’..ідліііц.л/. , а Чаї.:■[і[сл"і'п:

~ 'і іл;рС"11’.ЧЄеПі ІЛ.ІІІЛІІЛ ЗЛДЛЧ.і ЛИНГВИСТИЧЕСКОГО ОІШСйКИіі дву парних нитоополеп;

- пелллділ.аьи способи и клмеч,лііі пуп; автоматического репання отая задачи;

-- разработана язик описания информации, ооееиочклаш’лії і:а-'н.сі'і-лчіиіос описание данных, еге слоьарв п грамматика;

- созданы математический аіиіират, алгоритми и программа, рвализуиціїе элементы итого язика;

- решена ьадича идеітфікащш на іізобраилніи крупномаси-гасиїзх объектов циркуляции и расчета для шос - 100 кояичестиен-них характерне тик;

- разработана и ре&лизоьана система управления базами дан-!шх, осноилнная ш реляционном подходе, п позволяющая создавать і; поддер&ньать на технических носителях ЭВМ необходимые архивы.

Теоретическое и практической значение работы. Яшшась по сути частной моделью отображения чяфор^ацни человеком, лингвистический гюдход позволяет простими средствами решать целый ряд задач, которио трудно формализовать традиционными методами . Наиболее привлекательной задачей яшшотся автоматизация методов, а которых существенную роль имеют суждения и знания человека. Обычно ота задача решается в рамках разработки так наошшоыья :>копертш.гх систем. Самой серьезной решаемо!! при атом проблемой является разработка способа усвоения и представления знаний от специалиста и £орые, пригодной для ыаницу-лиро; аник на ЭШ Іпроблема создания бази знаний (БЗ)). ЕЗ содержит флк'ш и правила. Іьктаьм, шнршлер, слукат лингшети-

ноские описания пол'.'іі. При ота: fieryт использоваться panpnf о-ГОИНЫС ОПОрпТСрИ jvnif'lZ'-W.pС ИГЛ»’.Я ОЛУМСНТОМИ косСрагдиин, поз-золял^ие енд'злкть нскоторнР объект с зод/птгми сіюїЬткгги, определить ого структуру, рассчитать некотоопо гго трлссіра.

Извостні', чтгі успешное резнями? человеком многих. зпдчч •ютеоролппіл - результат Кі'пользоияпия им ЦМПМрПЧОСПІХ Пр'їі'ПЛ, ;хом классіфіколни к типизоции, вгроюгяпих а концентрироп.'ш-юй (Jcpi.is оцонкі: п знлшія человека относительно тблюдоочого ірсцссса. Лингвистическое представление пф’гмацик позьоляст і наиболее естественно! і]сргс разработать rarrej*4flc, пооиоляю-ІііЙ относительно просто закодировать на ЭШ этк знания, а тяк-:о производить с гимн различные действия.

Лингвистически?! подход могет оказать воздействие и на радициопно используемое ілетодн решений. Пппример, параметры, :олучаеыые при описании крупиошеитайпяс объектов циркуляции, югут сыть попользованы Е <|ИЗИК0-СТПТИСТИЧССКИХ моделях, монн-оринге атмосфери, создании ітіормаїиг'мпо-спраг.счітх систем, еткий физический смисл используемкх при ртсм параметров поз-олит, по-видимому, улучшить качество решений. Последования, ыполиенные автором, являются еще одним шагом в отом напровло-

ІШ.

Фактический материал. При создании баз данных лингшютп-еской информации могут использоваться поля давления и гсопо-енциала в узлах регулярной полушарной или региональной сетки, частности, при експериментированш использовалась база данах ’’Синоптика" ВИИИГЫИ-МЦЦ на МЛ ЕС ЭШ.

Апробация рабогп. Основные результаты роботы докладываясь на П Всесоюзной конференции по статистической интерпрета-чи гидродинамических прогнозов (Алма-Ата, 1987), на I Всесо-эном совещании "Молярная метеорология на службе народного хо-ійства" (Мурманск, 1987); Ш Всесоюзной конференции по статис-гоеской интерпретации гидродинамических прогнозов (Нальчик, 389); ІУ Всесоюзной конференции по перспективным методам пла-ірования и анализа экспериментов при исследовании случайных элей и процессов (Петрозаводск, 1991); на‘семинарах отделов іаимодействия атмосферы и океана, метеорологии ААМИИ (Санкт-ітербург, 1985-1989), институте глобального климата и экологии іосква, 1991), Ученом Совете МФ ААНИЙ (Мурманск, 1909,1990).

Разработанный метод и результаты исследований, полученные

ъ диссертации, пакли практическое применение ь отделах взаи-ыодойетиик аамос^фп г. океана, метеорологии Л/ЛИП, Цф АШШ (при шшолнонии хиодеговорних юи), под о,копи в основу разра-бачиваомого ь ЫЬ ЛАШ;;; по саяы;о иурмапскгидроме-к. автоматизированного рабочего г.:исга синоптика.

СоПРЫПК; ПОЛ'О.лМИ'.Н , ЬННОСПг.'.ПО На г^щиту.

1. Тсор^чичсские оонош лЙ'ьнстического иреоСразоыишя 1ЛО те сданных.

2. Способ практической реализации структурного описания информации,

3. }!аык описании изобра&ишш, его слоаарь и грамматика.

4. Логико-м^тоыыичоиккй аппарат, рьилпзущий ьлемигги отого нзш;а.

5. Логики-математический аппарат анализа данних в узлах регулярной сетки и ыатшудироаатш эломинтаки изоОраконин.

и. Аппарат идентификации кругагошештабиих объектов циркуляции и сослан ььмшллоидс дли них параметров.

7. ЬЮдшш представления данных па технических носителях ОШ, слксоб создания и подцергш! иеосходиыих о'зз дагтих.

Г1у(. дпкаипи. Содержание диссоргащш опубликовано в 15 ре

тах.

Личный вклад аьтора. Научно-!,!атодиче.;кое решение задач, рассматриваем^ и работе, а также полоке-лин, включенные в ос новные ииьоды диссертации, принадлежат автору. Практическое программирование задач, проведение численных окспериментое 1 анализ полученных результатов также шцолнепи автором диссе; тации.

Структура и объем днееврт.лши. Работа состоит из ьведе! 4 глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Сна содержит 132 страницы машинописного текста, рисунков и 3 таблицы. Список литературы включает 156 яаиман В&НИЙ) из них 22 иностранных.

иенишюЕ содрр&тш: работы

Глаш I. Лингвистический 110,11x01;; к онисаинго

ГП.ЬГ,ч';;/.е-ТО0|.)0ДОГПЧС;СКоГ1 ИН:1 Ор;ЛгЩКИ

Н гицшграГга- 1.1 ты лны! обзор качиственнлх иатодон -щ;

ставлоиия и интерпретации гцлро>к* те<оологической информации. Отмечено, что лингшстичосгос предстаггение информации связано с некотором ислинсйшл! ирсобрязотни*;?! {'У ) ДАННЫХ п узллх регулярной ПЛИ порегулярней ССГКИ. '‘ИЗИПССГИП смисл ПрооСрапоиШШЙ ^ ОСОбСНИО ЯСОН ДЛЯ нолей пленил к геспотпи-циалп. В цтем случае деталями изображения ьыетуплпт синоптические объекты типа ЦЦКЛ-'Ч, АНТИЦИКЛОН И друг;';:. Качественные метод!I отображения И "ручной” ингерпретгщии ».Т.ТС0Р0ЛРГИЧОСКОЙ информации или синоптический анализ, широко известны (Бугаев, 1947; Гире 1956, Вангенгейм 1961, Клименко 1976). Отсбрскснию метеорологической информпции в виде карт изолиний такжо посвящено много работ (Катков, Матсрук, 1977; Ко»Х-19БС; Семендяев, 1980; Ширясь, 19С/1; Лернер, 1980). Карты изолиний обдано предназначены для отображения информации в наиболее наглядном виде на бумаге, графическом дисплее или для шшодэ и каналы связи. При этом внутренняя структура узобразашия не является

ВОЙНОЙ.

Синоптическая карта, с точки зрения специалиста, является не просто совокупностью изолиний, но представляет некоторую иерархию имеющихся и..-? изображении графических элементов, которую мысленно устанавливает человек, анализируя карту. Именно иерархия графических элементов карты изолиний позволяет ему интерпретировать ее в виде двумерного изображения, элементами (словами, переменными) которого являются те или иные синоптические объекты. Такая интерпретация исходных данных позволяет относительно просто устанавливать связи мевду переменными иэо-5ражений и, следовательно, осуществлять манипулирование элементами карты, как в пространственной, так и го временной об-частях. Таким образом, имеются существенные отличия между каргой изолиний и тем, что вкладывает человек в понятие "синоптическая карта". Следовательно, задача адекватного описания летеорологических полей в качественной форме требует своего дальнейшего развития.

В последнее время появился ряд работ, относящихся к тео-зии распознавания образов, позволяющих рассматривать проблему качественного представления данных с позиций структурного юдхода и использующего для описания не только числа, но такие слова и целые предложения естественного или искусственного

языка (1м.ог,,1и71; Боллмаи, ~аде, 19 ?с; ^-у, 1У77; Хорн к др.

1971!; Горелик, Х..'Ь-;). лг. рабом I еьязани, н основном,е с<>зданном роботоа, орииы пру психея и акр,-...аддон прстранетье, а также с реализацией проблещи ссидмния искусственного интеллекта. Однако щтилии-шю при огча ьал-одц могут бпп. иепользоьаны дли описания п ингсриротации тгпоуС гидремот’сорологиче-окои шкХсрмзцш

Ирсблемм, иг.зияки.'л'ии при интерпретации атих мотодоъ применительно К Ме'Хи-ОрОЛОГИЧОСКПМ йидича*!, а ТаКУ.и иосмозгз-ше пути их решения рассмотрены и раоотах айсора (Дианаци, 1287,1988). В них отмечается, что льнгьастичискоо продспштлто даниьх свя-аано с разработкой некоторого язика описания образов (ШО), сос тояцего из слсигфи а грашачшт. Ооцпс требоьанин к языку, а такке ьозмохашо пути практической реализации «го компонент рассмотрены я параграфе 1.^.

Отмечено, что состав елоьаря обозначений может быть получай после анализа терминология, используемой челииеком при решении аналогичная: задач. Для реализации иноратороь грамматики языка предложено рисотрииать анализируемое изображение а надо, некоторой дреиоьидиой структуры, или д&рйва грамматического разбора, отображаицого пространственную иерархию изолинии объев та описания. Для построения отого дерева обосноышаотся алгоритм гриматичоского разбора, который Санируется на сканировании изобрг.женил сиор;<у ыиз и снизу ььерх. Результаты работы этого алгоритма используются как для выработки оиератороь грамматики ДО), тьк и "сшелоиого" значения объектов изображения ь соотьетс.твии со слоцареы обозначений.

' В параграфе 1.3 оппсиьиетсн структурная схема системы, осноианноМ на лингшстичоском ир дстаьлении и интерпретации инс|.ормацп,1. Рассматривается работа ее отдельных компонент, а также взаимодействии друг, с другом. Отмечается, что лингвистический подход позволяет использоьать интеллектуальные возможности человека п шзиожнос’ш ЗШ ь случаях, когда масштаб задачи возрастает настолько, что специалисту становится затруднительны:.! анализировать иыекмукса информацию вручную.

Глава /-!. Яаг.к описания образов

В обосноьаН аыбир яопроизиоднсго але^иента

изображения (простейшего подосраза), словаря и грамматики ЯОО.

Б зависимости от постановки задачи определение этих элементов ЯОО может бить осуществлено .многими способами. При от ом описание Судет наиболее информ&тииикы, если в качестЕО нопроиз-ьодиого олемента ылбрать понятие изолинии. На ослоне отого непроизводного елемента естоственнш образом могут быть определены многие более сложные объекты синоптической карты. К. наиболее важным подосраза:, 1 могут быть отнеееїш понятия типа "циклон" » "антициклон". Рид понятий, бшдимих із слоьзрь обозначении, связан с особенностью обрабатываемой информации и принятым алгоритмом грамматического разбора. К отим понятиям относятся: граница определения поля (бк) и его характерний гео-ыотенциал. Под границей определения поля понимается упорядочен-, нын набор узлов регулярной сетки, отделяющей область физического определения поли от его периферийной части (где поле не задано). Анализ типоыгс синоптических карт показал, что сложность списания существенно снижается при введении понятия "характерний геопотенциал" (давление) поля", под которым понимается значение самой внешней изолинии карты, охватывающей околополюсный вихрь пониженного давления. Это понятие введено по аналогии с •термином "фон изображения", широко используемым при анализе изображений. С оти-м термином связаны два объекта, вводимые также в словарь обозначений: "Околополюсный вихрь пониженного давления" (2р) - один или несколько объектов пониженного давления, окружающих полюс земли и ограниченных изолинией со значением характерного геопотенциала; вея внешняя по отношению к атому под-образу область пространства трактуется как "субтропическая зона повышенного давления (РО". Следующий шаг состоит в построении грамматики, порождающей язык описания изображений. С точки зрения принятого подхода, совокупность изолиний любой і ли рассматривается как некоторая иерархия непроизводных зле-минтов, отображаемой с помощью операторов грамматики. Типичная иерархия существует, например, для подобразос типа циклен, антициклон, где моллю определить понятия "внеынян" и "внутренняя" изолинии объектов. Эти соображения могут бирь применены к обьектам любой степени сложности и синоптической-карты п Целом. Для характеристики плокышости изолиний друг п друге в грамматику вводится оператор "содержит в себе", обозначаемый

парой скобок "(" - начало и")" - конец действия оператора.

Дня связи различных фрагментов изображения в грамматику вводится оператор логической связки "и", обозначаемый в дальнейшем символом "к".

В параграфе 2.2 рассматриваются модели различных иодобра-зов синоптической карты. Модель ИЗОЛИНИЙ (L2) представляет собой фиксированную структуру, в которой смысл признаков и его связи с другими переменными зависят от его местоположения в модели. Основными признаками модели являются: г< >- число узлов определения изолинии на регулярной сетке;KG0Rd - массив координат изолинии; NAME - "смысловое" значение изолинии;liNG - переменная, предназначенная для хранения операторов грамматики ЯОО. Модели более сложных подобразов синоптической карты являются линейной цепочкой моделей изолиний. Существующая при этом иерархия отображается переменной LiNG , а "смысловое" значение определяется переменной NAME. С точки зрения принятой грамматики, подобразы типа циклон (2ij ), антициклон САу ) отображаются с помощью нескольких операторов "содержит в себе".

2i/(iZ(fZ--4Z)) ; Aij (I)

Следующим уровнем обобщения являются подобразы типа "мно-гецеитровая депрессия" (LB) и "многоцентровая' область повышенного давления" (GR ).

■ GR("-(&R(A^ #-•••■* Ау )•••)) (2)

Отметим, что выражения (2) рекурентны по отношению к по-добрязам "LB", "&R". Возможность использования рекурсии позволяет описивать объекты произвольной сложности. Аналогично (2) определены модели подобразов типа "2р", "Pd" и синоптической карты в целом. Производится также оценка памяти, необходимой для хранения модели карты на технических носителях информации.

В параграфе 2.3 рассмотрена методика формирования операторов грамматики ЯОО. Для выработки операторов грамматики и "смыслового" значения изолиний предложено использовать алгоритм грамматического разбора изображения, основанного на сканировании изображения сверху вниз с дальнейшим уточнением полученной информации при движении снизу вверх. Бри движении

сверху вппз выполняется частичное определение дерева грамматического разбора изображения. При достижении самой внутренней изолинии педобраза г,о данному пути грамматического разбора выполняется иоэнрзтисо ДВИГ.еНПе снизу вверх, при отом используется ранее полученная информация для нос тресты операторов грамматики ЯОи и "смыслового” значения изолинии на изображении. Движение снизу ВЕерк продолжается до некоторого еще не описанного фрагмента карты. Затем вновь повторяется движение сверху вниз и т.д. до получении полного описания карты. Отметин, что узлы дерева грамматического разбора подразделяются на три класса. В зависимости от типа узла соответствующей изолинии присва-

/ , ивается определенный "смысл", который определяет глобальные

свойства изолинии на изображении.

Глава 3. Летопология лингвистической обработки информации

В гласе 3 рассматриваются практические и методологические вопросы обработки метеорологической информации иа основе лингвистического подхода.

В параграфе 3.1 рассмотрено представление входной информации, методы ее предобработки, я также влияние интерполяции данных на качество получаемых описаний. Выявлено, что в случае полушарных данных для получения изображений, сравнимых по качеству е картами, полученными вручную, требуот^аз'решение 2,5° х 2,5° 4- 2° х 2°. '

В параграфе 3.2 разрабатывается метод идентификации изолиний на изображении. Подчеркивается, что стандартные методы решения отой задачи слабо приспособлены для задач лингвистического анализа информации. Разработанный в диссертации алгоритм полностью удовлетворяет поставленным требованиям.

Вопросы манипулирования элементами изображения обоужда-йтся в параграфе 3.3. Отмечается, что разработанный метод выделения изолинии позволяет определить операторы типа "внутренняя (внешняя) область пространства, замыкаемого изолинией". Последние являются основой для реализации языка описания образов. определенные возможности оперирования изображением связаны также с моделями представления полей 01.2.2).

Сегментация изображения рассмотрена в параграфе 3.4.

Отмечается, что возможность структурного списания данных, а также полнота и состав грамматики языка но многом определяются репейном отой задачи. Устанавливаются связи ме^ду сегментацией изображения и алгоритмом грамматического разбора.

Ь параграфе 3.5 излагается методика поиска характерного гоопотешцгала изображения - аналога фона изображения, используемого в теории обработки изображений. Установлено, что для метеорологических полей ото понятие также имеет определенный физический смысл и позволяет разработать эффективные алгоритмы грамматического разбора изображения.

Алгоритму определения "смыслового" значения изолинии в описании посвящен параграф З.б. Отмечается, что "смысл" изо.и нни является обобщением структурной информации поля и может Сыть выработан на основе дерева грамматического разбора пзоб-•рахения. Использование при отом нелингвпстических методов обработки информации позволяет формировать достаточно мощные т нятия. Потребность формирования новых свойств и отношений во многом определяется целями, поставленными в прикладные задачах. Пример формирования новых понятий излагается в главе 4.

Методология грамматического разбора изображения излагав' ся в параграфе 3.7. Этот метод является центральным в систем' структурного анализа информации и позволяет проводить последовательную сегментацию изображения и на этой основе реалиэо вывать операторы грамматики, определять "смысловое" значение олементов изображения. Рассматривается структура и последова ,тельность работы этого алгоритма.

Вопросом минимизации времени работы программ построения описаний и объемов занимаемой ими памяти на внешних носителя информации посвящен параграф 3.8.

В параграфе 3.9 обсуждаются результаты экспериментов по структурному представлению данных. Отмечается, что визуально сравнение полученных данных с реальными карта™ барической т пографии показывает их хорошую согласованность. Наблюдаемые отличия связаны, в основном, с отсутствием в аналогах достаточно мелких структурных элементов, которые, однако, присутствуют на высотных картах, построенных вручную". Установлено что оти отличия связаны с недостаточной разрешающей способ-

посмио исходных дмііПіо:. і-и;.‘';тпгГ"’,і рабочал :.^;г ... ^. , _лу сродного нрсмеги іо ■’пчипщ-.и ллілрд'д нпл в па. . •'...

.’і:1 уалои іп::.л і* < - •1 ’о р.\мк.с'-рззі;л і оса; : а лхл.

1:1 1 і ''-;г і ::о'аа:а>'л

В і::,::-,гі,'-, ’ - ^ . І оіцио і;сд:содп россш:л пг дг<’і

п ара:ау;‘ала: ла лалла, і-./і ;а- с ліла.л: метода: ,х. Ллгл.-чне тс:! или липа алдал;: іі.л ал а1'а;' а, '■ р: :Ораа О'П'Х спотлот стьул'ДаП гралаали-"її. Ир'лааг-алпаД ;іп.'пга;аат,а.аот, что їлогут (л.ігь рллро~ Олланп ; [о;!1;:; ала:а,.алллл длл научения грслтлапотсонно-лрслоілп л: ■ • /и .л>:.ллал г;п;:і "циклон, антициклон, ррлиталь-

\\яі\ алпа", плпелллг і■.ті. фактори прснтл- \\ цнхлсналі-за ,

ПО і'. ТІ рЛЛІ.КаЛ; і (д. р.а Л (ЛЛ!ІНЛ и‘ 'ЛлачТОЛ , Д’ЛНаПіЬ'У І!Х раЗі.ЧіТПН ІЮ

і;рс-:.;;гші її др. Для у.сом:^ин:ліин волноьпх своііс.ту но;.<ет бигъ ::іІор;іулпрльапи г}»лг..:#:г» іша, !'..\л;г,чл:і страт ори тлпа: "Короткие иолнн иалоЛ :л.;шлгх.уди с Єлльц!(Л екористі.а переиец-іюіея с запала на состок", "длинлні; стациснарша цолны" и др, Ре-'соиие ьаїк .ладуч яшшотсіі пир.п::л шагом по ссздшшю грамматики, способной абучатьсл раепсьнананпы структур, іслаееіфікац'.ш, поиску аиило-■иа. Таким образом, лшгвистичоский подход позволит на принципиально клом уроьис сапать многие задачи гидрометеорологии.

В папгФпалг; -1.2 излагается методология построения грамматических припил для определения сбъектов типа планетарная .-илотная фронтальная зона (Іі1іі;3) и циркумполярный внхрь (ШВ). ірсдлагас*;;я три .способа идентификации на карте отих объектов:

; помощью постоянной в течение ы&сяца изсгипси; по ьпкмшаль-юму аначеш-ло градиента геопотенциала; по устойчивым тенденціям изменения центральной изогипеи ГІВ-І.З. Все ар» способа оп-іеделонші объектен роализоваш программно.

В параграфе 4.3 обсу.'/дается еостаи и методики определе->•' характеристик ПВ-ЇО и ІДГ1В в пространственной и временной Олаетнх. Наиболее многочисленной является группа параметров, вдаанних с геометрическими свойствами объектов и характерис-ннаыи циркуляции (составляющими ветра, вихря и его тенденций). начитохыюе число параметров сьнзано с характеристиками, поучаемыми из уравнониИ тенденций иихря скорости и температури;

мао г. о- и теплоперсиоса и дивергенции утюс потоков. Прэкточес-ки для всех параметров вычисляется взаимная ковариация. По данным о температура рассчитываются: сродное, градиент, тенденция, ш-токи тепля, кооффицио!гг турбулентного теплообмена. (Л'щое число ряосшггыйлемш: параметров оставляет — ХЗЬ. Для интерпретации г;ткх данных во ьреминной области разработан попет программ, позволяю’,;пх выполнять: временное сглаживание и фильтрацию чрог.онпнх рядов, »х ряаделснис на низко- и высокочастотно е ос га длящие я другие операции.

В параграфе 4.4 иллюотрирумтоя, возмогаюсти подсистемы онрлиэи крупномасштабной циркуляции атыосфури. Списывается технологическая схс-ма выполнения нообясдимих расчетов. Илдус: рации работы подсистем.! выполнены Пи данным геопотенциала поверхности н относительного геопотенциала Н^'Р- ^ качсст)

низкочастотных составляющих цременних рядов приняты колебаии; с периодом, большим четверти года (сезона). Максимальное чис. сдвигов при расчетах корреляционных и взэимлокорроляционных функций принято равным 4Ь суткам. Сглаживание спектров осущс твлялось функцией Ханна. В главе приведено 18 рисунков, иллю стрирувщих различные варианты расчетов. Проанализирован прос ранственний и временной ход некоторых параметров и их взаимо связей.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Теоретически обоснован лингвистический подход предег ления дьумернпх гидрометеорологических полей.

2. Предложен способ практической реализации зтого метод

описания информации, включающий: .

- язык описания двумерных полей, его словарь и грамматл

ку; -

- модели описания основных барических образований синог

тической карты; *

- аппарат грамматического разбора изображения, реализук Щего_построение операторов грамматики языка и "смыслового" : чения объектов изображения;

3. Разработан логико-математический аппарат для лингвж тичесиого анализа данных, позволяющий:

- реализовывать аппарат грамматического разбора изображения;