1.基于注意力的多尺度残差U‑Net的海洋中尺度涡旋检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)获取时间分辨率为1d,空间分辨率为0.25°的海平面异常数据SLA,选取时间分辨率为一维数据,空间分辨率为0.25°的海表面温度数据SST,选取基于卫星高度计的海洋涡旋识别追踪数据集;
(2)对基于卫星高度计的海洋涡旋识别追踪数据集制作涡旋标签,时间分辨率为一维数据;对海平面异常数据和海表面温度数据进行归一化处理;
(3)对得到的归一化结果进行拼接;遍历涡旋标签数据,根据预设的区域对涡旋标签进行数组截取,得到涡旋标签数据集;
(4)构建双交叉多尺度特征融合网络模型即DCA‑PRUNet模型并进行训练;其中,将涡旋数据集作为训练集,将海平面异常数据SLA和海表面温度数据SST作为测试集;具体如下:DCA‑PRUNet检测模型由编码器、解码器和跳跃连接组成;编码器包括残差模块、金字塔分割注意力模块和最大池化;跳跃连接由双交叉注意力模块组成;解码器包括转置卷积、残差模型和金字塔分割注意力模块;包括以下步骤:(41)编码:残差模块包括残差路径和核大小为1×1的卷积块组成;其中,残差路径由两组核大小为3×3的卷积层和ReLU激活函数构成;具体如下:将处理后的涡旋数据集输入两层3×3的卷积层后,得到通道数为64的特征图,利用1×1的卷积对输入进行升维后,与残差路径结果进行求和,再经过ReLU激活函数得到经过处理后的特征图;将残差学习模块得到的特征图输入金字塔分割注意力模块中,金字塔分割注意力模块用于获取不同尺度的空间信息;包括分组拼接模块即SPC模块、压缩激励模块即SE模块和层;具体如下:SPC模块将经过残差模块处理的特征图等分为4个子块,在每个子块上利用多尺度卷积以提取不同尺度特征的空间信息后,进行拼接获得整个特征图的空间信息;SE模块用于获得不同通道特征图的注意力权重,包括压缩和激励模块;将不同通道特征图的注意力权重通过层归一化后,进行拼接,得到整个通道注意向量权重;将获得整个特征图的空间信息与得到的整个通道注意向量权重相乘,得到经过金字塔分割注意力模块处理后的特征图;利用步长为2,核大小为2×2的最大池化对得到的特征图进行下采样,得到特征图的大小变为原来的一半;
(42)跳跃连接:将金字塔分割注意力模块的输出作为输入,通过通道交叉注意力获取4个编码块通道的依赖关系并进行拼接操作;通过空间交叉注意力获取4个编码块空间的依赖关系并进行拼接操作;再经过批归一化层和GeLU激活函数层,连接到对应的解码器;
(43)解码:将经过跳跃连接处理后的特征图输入2×2的转置卷积进行上采样,上采样后,特征图的大小加倍,与来自同阶段的编码器特征图按通道进行拼接,得到通道数为2C的特征图;将特征图输入到残差模块、金字塔分割注意力模块中进行特征学习,最终特征图大小恢复为C,其中,C表示通道数,为64;
(5)将测试集输入最优的DCA‑PRUNet模型中进行性能测试,得到测试结果,将测试结果与涡旋标签进行对比得到评价指标。
2.根据权利要求1所述的基于注意力的多尺度残差U‑Net的海洋中尺度涡旋检测方法,其特征在于,步骤(2)中,涡旋标签经纬度范围为‑90° 90°,‑180°180°,像素点所对应的~ ~矩阵范围为[180/0.25,360/0.25],即[720,1440]。
3.根据权利要求2所述的基于注意力的多尺度残差U‑Net的海洋中尺度涡旋检测方法,其特征在于,步骤(2)中,制作涡旋标签具体如下:首先,去除数据集中涡旋轮廓信息为空的涡旋,并提取涡旋的种类和轮廓经纬度信息;其次,构建全零矩阵包括内部区域和边缘区域;其中利用射线法查找涡旋内部信息;利用最近匹配原则确定内部边缘信息;若为反气涡旋则为1;若为气旋涡则为2;根据涡旋内部信息和边缘信息得到标签。
4.根据权利要求1所述的基于注意力的多尺度残差U‑Net的海洋中尺度涡旋检测方法,其特征在于,步骤(3)中,对SLA和SST以天为单位进行拼接。