[發(fā)明專利]一種融入小波變換和主成分的農(nóng)業(yè)無線傳感數(shù)據(jù)流壓縮方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210051754.0
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102630092A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發(fā)明（設計）人: 劉東升;琚春華;許翀寰;周怡;陳庭貴;王蓓;王冰
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H04W28/06
• 分類號: H04W28/06;H04W84/18;H04L1/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

1.一種融入小波變換和主成分的農(nóng)業(yè)無線傳感數(shù)據(jù)流壓縮方法，其特征在于：所述壓縮方法包括以下步驟：

1)數(shù)據(jù)節(jié)點閾值過濾：先將農(nóng)業(yè)無線傳感數(shù)據(jù)流中不斷到來的數(shù)據(jù)作為第1層，即在相同的時間內(nèi)到來的數(shù)據(jù)序列表示為X＝{x₁，x₂，...，x_n}，該序列由n個數(shù)據(jù)組成，假設序列中平均數(shù)據(jù)個數(shù)為n′，將這n′個數(shù)據(jù)組成為一個數(shù)據(jù)節(jié)點，則第1層的數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)有其中M為數(shù)據(jù)流的總數(shù)據(jù)個數(shù)；

2)數(shù)據(jù)預處理：假設數(shù)據(jù)序列X中數(shù)據(jù)x_i的屬性個數(shù)為m，如果空缺屬性個數(shù)則認為該條數(shù)據(jù)流是噪聲，直接過濾；反之，將空缺屬性補充為所有該屬性的加權平均；

3)壓縮處理：將第1層每n′個數(shù)據(jù)組成的子序列進行壓縮，構成第2層的一個數(shù)據(jù)節(jié)點，記該子序列為d_i，該數(shù)據(jù)節(jié)點為p_i，則p_i中保存了d_i的概要信息。隨著新數(shù)據(jù)的不斷到來，第2層上的數(shù)據(jù)節(jié)點不斷增加，當?shù)?層上的數(shù)據(jù)節(jié)點個數(shù)時，將最老的p_i個數(shù)據(jù)節(jié)點進行歸并，合并成第3層上的1個數(shù)據(jù)節(jié)點，并計算數(shù)據(jù)節(jié)點的概要信息，以此逐層向上，從而使得該農(nóng)業(yè)無線傳感數(shù)據(jù)流總是被壓縮成一組分層次的數(shù)據(jù)節(jié)點，最后構造一棵能夠存儲小波系數(shù)的誤差樹；

誤差樹中，節(jié)點c_i對應小波系數(shù)，葉節(jié)點x_ij對應原始數(shù)據(jù)，對一給定的誤差樹T和T中的內(nèi)節(jié)點c_k，令leaves_k表示以c_k為根的子樹的葉節(jié)點集合，leftleaves_k表示c_k的左子樹的葉節(jié)點集合，rightleaves_k表示c_k的右子樹的葉節(jié)點集合，path_k為T中從c_k或x_ij到根的路徑上全體非零系數(shù)的集合，設a_k是leftleaves_k中數(shù)據(jù)的均值，b_k是rightleaves_k中數(shù)據(jù)的均值，則c_k＝(a_k-b_k)/2，而c₁是全部數(shù)據(jù)的均值；

首先：數(shù)據(jù)流x_i＝{x_i1，x_i2，Λ，x_iq}，將x_i＝{x_i1，x_i2，Λ，x_iq}中的數(shù)據(jù)兩兩分對求其均值和均值與第二個數(shù)據(jù)的差值，則差值就是第2層的數(shù)據(jù)節(jié)點，也是相應的小波系數(shù)c_2k；

其次：計算誤差樹中第3層的小波系數(shù)。令leaves_k表示以c_k為根的子樹的葉節(jié)點集合，leftleaves_k表示c_k的左子樹的葉節(jié)點集合，rightleaves_k表示c_k的右子樹的葉節(jié)點集合，設a_k是leftleaves_k中數(shù)據(jù)的均值，b_k是rightleaves_k中數(shù)據(jù)的均值，則c_3k＝(a_k-b_k)/2；

最后：依次繼續(xù)計算，直至誤差樹的最高層的小波系數(shù)，它也等于全部數(shù)據(jù)的平均值；

4)小波系數(shù)的篩選：運用誤差平方和：來進行小波系數(shù)的篩選，其中D表示壓縮之前的數(shù)據(jù)序列，D′表示壓縮之后的數(shù)據(jù)序列，x_i是數(shù)據(jù)序列D的第i個數(shù)據(jù)，x′_i是數(shù)據(jù)序列D′的第i個數(shù)；

設對子序列x_i＝{x_i1，x_i2，Λ，x_iq}，提取得到的數(shù)據(jù)節(jié)點p_i概要信息表示成四元組其中t為該數(shù)據(jù)節(jié)點的時間戳，表示d中最后一個數(shù)據(jù)的到達時刻，n為d中數(shù)據(jù)個數(shù)，為d中數(shù)據(jù)的均值；對d進行DWT變換，Γ分量中保存變換得到的r＜n個最重要的小波系數(shù)，r取使最小的前r個，對子序列x_i進行小波變換，對小波系數(shù)進行規(guī)范化，Γ分量中保存得到的n個系數(shù)的r個絕對值最大的系數(shù)。

5)二次壓縮：對上述求出的小波序列X′＝(X₁′，X₂′，...，X_p′)^T，求其協(xié)方差矩陣∑的p個特征值，并按大小順序排列：λ₁≥λ₂≥...≥λ_p≥0，以及對應的正交單位化特征向量為e₁，e₂，...，e_p；

其次求出k個主成分Yk=ekTX′=ek1X1′+ek2X2′+...+ekpXp′,k=1,2,...,p;]]>計算第k個主成分Y_k對總信息的貢獻率前m個主成分的累計貢獻率最后依據(jù)累計貢獻率確定m值，A為設定閾值，70≤A≤95，m為主成分的個數(shù)；所述{Y₁，Y₂，...，Y_m}為農(nóng)業(yè)無線傳感數(shù)據(jù)流壓縮后得到的有效信息。