[發(fā)明專利]一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010047148.6
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111462450A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆寶偉;楊文發(fā);張俊;劉昱;李正坤;江慧寧;霍磊;曹琛
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);長江水利委員會水文局
• 主分類號: G08B21/10
• 分類號: G08B21/10;G08B21/18;G01F23/00;G06F30/20
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法，其特征在于，包括：

S1：獲取待預(yù)警流域多場歷史洪峰發(fā)生前設(shè)定時間段內(nèi)的土壤飽和度和復(fù)合雨量；所述復(fù)合雨量根據(jù)面平均雨量和降雨空間異質(zhì)指數(shù)計算得到；所述降雨空間異質(zhì)指數(shù)根據(jù)設(shè)定時間段內(nèi)待預(yù)警流域的面平均雨量、等流時面的相對面積和等流時面的面平均雨量計算得到；降雨空間異質(zhì)指數(shù)的計算方法具體為：

01：計算待預(yù)警區(qū)域內(nèi)各個雨量站點對應(yīng)的泰森多邊形的面積，并根據(jù)各個雨量站點對應(yīng)的泰森多邊形面積和歷史降雨量，計算待預(yù)警流域面平均雨量；

02：計算待預(yù)警區(qū)域各個等流時面的相對面積和面平均雨量；等流時面的相對面積計算公式為：

其中，r_i,j表示第j個等流時面內(nèi)包含的雨量站點i對應(yīng)的泰森多邊形面積占流域總面積的比例；

03：根據(jù)以下公式計算得到降雨空間異質(zhì)指數(shù)：

其中，SHIP表示降雨空間異質(zhì)指數(shù)，為待預(yù)警流域面平均雨量，λ_i表示第i個雨量站點對應(yīng)的泰森多邊形面積占流域總面積的比例，i＝1,2…,n，n表示待預(yù)警流域內(nèi)雨量站點總個數(shù)；P_i表示第i個雨量站點的歷史降雨量，f_j表示第j個等流時面的相對面積，f_j-1表示第j-1個等流時面的相對面積，m表示等流時面總個數(shù)，R_t表示第t個等流時面的面平均雨量，R_k表示第k個等流時面的面平均雨量；

S2：根據(jù)上述土壤飽和度和復(fù)合雨量構(gòu)建山洪預(yù)警模型，得到不同土壤飽和度對應(yīng)的臨界復(fù)合雨量指標；

S3：采集待預(yù)警流域土壤飽和度，根據(jù)所述山洪預(yù)警模型得到當前土壤飽和度對應(yīng)的臨界復(fù)合雨量指標，通過比較待預(yù)警流域當前復(fù)合雨量與該臨界復(fù)合雨量指標的大小，判斷降雨產(chǎn)生的洪水是否為超警洪水。

2.如權(quán)利要求1所述的一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法，其特征在于，等流時面的面平均雨量計算公式為：

其中，R_j表示第j個等流時面的面平均雨量。

3.如權(quán)利要求1所述的一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法，其特征在于，土壤飽和度S計算公式為：

其中，P_a為洪峰發(fā)生的前期影響雨量，W_m為流域最大土壤含水量。

4.如權(quán)利要求1所述的一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法，其特征在于，復(fù)合雨量P_s為：

5.如權(quán)利要求1所述的一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法，其特征在于，S2所述根據(jù)上述指標構(gòu)建山洪預(yù)警模型，具體包括以下步驟：

01.將x_l＝[P_s,S]作為輸入，y_l＝{0,1}作為輸出；P_s為復(fù)合雨量，S表示土壤飽和度；y_l＝1表示超警，y_l＝0表示未超警，l＝1,2,...,L，L表示實測的歷史洪峰數(shù)量；

02.基于支持向量機的分類原理，得到如下目標函數(shù)使得超警洪水和未超警洪水的分類間隔最大：

其中，w＝[w₁,w₂]^T為使得超警洪水和未超警洪水的分類間隔最大的最優(yōu)超平面w^Tx_l+b＝0的法向量，b為位移項；C0為懲罰參數(shù)，使誤分類點的個數(shù)盡可能少；ξ_l≥0為松弛變量，降低離群點對分類模型的影響；

03.采用拉格朗日乘子法和序列最小優(yōu)化算法對上述目標函數(shù)進行求解，得到最優(yōu)分類超平面w^Tx_l+b＝0的參數(shù)w和b，得到不同土壤飽和度對應(yīng)的臨界復(fù)合雨量指標P_c為：