[發(fā)明專利]一種基于EnPF的土壤溫濕數(shù)據(jù)同化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710889554.5
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN107545121A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付曉雷;余鐘波;蔣曉蕾;鞠琴;呂海深;金保明
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊,薛金才

1.一種基于EnPF的土壤溫濕數(shù)據(jù)同化方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：通過對集合卡爾曼濾波和粒子濾波進(jìn)行分析，將粒子濾波中的權(quán)重思想應(yīng)用到集合卡爾曼濾波中，建立雙重采樣的集合粒子濾波；基于權(quán)重大小，判斷粒子退化情況，若粒子退化，剔除權(quán)重極小的粒子并對剩余粒子求加權(quán)平均，在分析階段重新采樣；若粒子無退化，保留所有粒子的預(yù)報(bào)值及對應(yīng)的權(quán)重，在分析階段更新粒子的預(yù)報(bào)值；

步驟二：結(jié)合陸面水文模型，進(jìn)行土壤溫濕數(shù)據(jù)同化，概述土壤溫濕模擬概況。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于EnPF的土壤溫濕數(shù)據(jù)同化方法，其特征在于：步驟一具體包括以下步驟：

Step1：在給定的概率分布下隨機(jī)選取N個(gè)粒子以及對應(yīng)的權(quán)重1/N；

Step2：利用狀態(tài)方程(1)得到t時(shí)刻的每個(gè)粒子的預(yù)報(bào)值

X_t＝Y(jié)(X_t-1)+V_t-1(1)

Z_t＝H(X_t)+U_t(2)

其中，X_t是t時(shí)刻的狀態(tài)變量；Z_t是t時(shí)刻的測量矢量，將系統(tǒng)狀態(tài)和觀測通過觀測算子H連接起來；V_t和U_t分別是t時(shí)刻狀態(tài)矢量和測量矢量的獨(dú)立同分布的誤差；Y()為粒子函數(shù)；當(dāng)有觀測值時(shí)，利用方程(3)和(4)對t-1時(shí)刻的權(quán)重進(jìn)行更新得到t時(shí)刻的權(quán)重給定權(quán)重的閾值ε，判斷是否有的粒子，即粒子是否出現(xiàn)退化，并轉(zhuǎn)到Step 3；若沒有觀測值，權(quán)重不更新，重復(fù)Step 2，直到有觀測值出現(xiàn)的時(shí)刻；

權(quán)重的計(jì)算公式如下：

wti=exp(-0.5/R)(Zt-H(Xti))2Σi=1Nexp(-0.5/R)(Zt-H(Xti))2---(3)]]>

式中，R是觀測誤差的方差，

基于公式(3)，重新采樣后的權(quán)重計(jì)算公式，如下：

wt,resi=Nwti-fix(Nwti)N-Σi=1Nli---(4)]]>

式中，fix(X)是對X向0方向取整；

Step3：若有粒子出現(xiàn)退化，首先將預(yù)報(bào)階段剩余的粒子對應(yīng)的權(quán)重歸一化，并求加權(quán)平均在高斯分布下進(jìn)行重新采樣得到t時(shí)刻新的粒子群并且利用方程(3)和(4)重新計(jì)算權(quán)重若粒子沒有退化，則將Step2中得到的粒子的預(yù)報(bào)值及對應(yīng)的權(quán)重保留；利用加權(quán)的集合卡爾曼濾波算法，對預(yù)報(bào)值進(jìn)行狀態(tài)更新，得到狀態(tài)估計(jì)值；

Step4：基于得到的狀態(tài)估計(jì)值在給定的概率分布下，重新選擇粒子集合相應(yīng)的權(quán)重為1/N，令t＝t+1，返回Step 2。