[發明專利]基于信息熵的多目標水文站網優化方法

有效

• 申請號: 201710024434.9
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106909616B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 王棟;李禾澍;王遠坤;吳吉春
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06F16/958
• 分類號: G06F16/958
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 唐紅

本發明公開一種基于信息熵的多目標水文站網優化方法，基于信息熵原理，以站點間互信息最小為原則對站點進行排序，形成站點組合多種方案；構建由聯合熵百分比、平均互信息和Nash?Sutcliffe效率系數(NSC)組成的評價函數對站點組合進行信息承載量評價；運用多目標優化求解方法求得最優解。本發明將信息熵理論與多目標優化相結合，既可實現對站網信息的定量分析，又能綜合多個指標進行評價和優化，具有合理性和有效性。

技術領域

本發明涉及水文站網技術，具體涉及一種基于信息熵的多目標水文站網優化方法。

背景技術

規劃合理的水文站網能夠充分反映水文時空變異特征，更好地揭示水文規律。對水文站網進行優化，即在滿足資料精度要求基礎上，探索最優站網布局，使之能收集準確詳盡的水文信息。這對于提高站網效率、節約站網建設成本具有重要意義。隨著理論和技術的發展，水文站網規劃中應用的方法日趨多樣，目前在水文站網中應用較多的方法包括數理統計方法、克里格插值法、信息熵方法以及地理信息技術方法等。

1、數理統計方法，該方法應用最早，但要求研究者對水資源系統結構有充足的認識；同時，受到數理統計的原理的限制，統計分析技術的選擇和樣本數量都將對數據分析的結論產生較大影響；并且該方法只能通過估計精度與樣本數量之間的關系來確定站點的數量，達不到對站點的空間布局優化的目的。

2、克里格插值法，需要在圖上對水文變量估算誤差的改進作出主觀評價，若估計誤差的標準差大于給定的標準差的范圍，則空間中需要增設站點，反之就應該減少站點，實際應用中該方法主觀性比較大精度不夠高。

3、信息熵方法，在以往基于信息熵進行水文站網優化研究中，常以信息傳遞量為依據，選擇某一指標進行站網評價優化，而單一信息熵指標往往不能全面反映站點組合所包含的信息總量、信息冗余程度等決定站網效用的重要因素。多目標優化由于方法復雜，運算量大，多項指標的有效整合存在難度，故在以往的水文站網優化中應用較少。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于解決現有技術中存在的不足，提供一種基于信息熵的多目標水文站網優化方法。

技術方案：本發明一種基于信息熵的多目標水文站網優化方法，依次包括如下步驟：

(1)站點序列構建：根據站點重要性，對水文站網中的n個站點進行排序，得到站點序列x₁,x₂,…,x_n，依次選取前m個站點構成站點組合，共n個組合方案，表示為θ_m(m＝1,2,…,n)，其中站點排序可采用MIMR(即最大聯合熵、最小互信息)方法或其他排序方式；

(2)信息承載量評價：構建包含聯合熵百分比F₁(θ)、平均互信息F₂(θ)及Nash-Sutcliffe效率系數F₃(θ)在的評價函數F(θ)，從站點組合的信息總量k、信息重疊量EI及數據波動NSC三個方面對站點組合進行信息承載量評價，

其中，x_i和x_j是任意一對站點，i,j＝1,2,…,m，θ∈Θ，t為時段序號，N為時段總數，x_t為已選的m個站點在t時段的流量均值，p_t為全部n個站點在t時段的流量均值，為全部n個站點在整個時段N的流量均值，H(x_i)為站點x_i的邊緣熵值，H(x₁,x₂,…,x_m)為站點x₁,x₂,…,x_m的聯合熵值，I(x_i,x_j)為站點x_i與x_j的互信息；