[發明專利]基于高斯濾波的實測流量智能修正方法

在審

• 申請號: 202011189736.X
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112307434A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 陳華;羅宇軒;許崇育
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G01C13/00;G01F15/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 石超群

本發明提供一種基于高斯濾波的實測流量智能修正方法，包括：依據實測流量序列Q_t,t＝1,2,3,...,N初始參數設置；進入迭代，將高斯核半峰全寬FWHM轉換成高斯核函數的標準差σ，并根據σ生成對應的高斯函數G(x,σ)；根據高斯函數G(x,σ)計算得到對應該流量點的離散高斯核；對離散高斯核進行歸一化處理，得到對應流量點Q(t)的高斯核；對高斯核與實測流量序列進行卷積，得到對應的平滑值Q'(t)；完成所有流量點的平滑，得到流量序列Q'_t，計算流量波動指數α和平滑度β(i)；迭代完成將得到的流量平滑度β最大的Q'_t作為最優平滑流量過程輸出，本發明以高斯核函數作為卷積模板基函數，充分考慮到流量測驗誤服從正態分布的特性，能夠有效抑制噪聲、降低流量過程波動，極大程度還原流量過程實際特征，達到最優平滑效果。

技術領域

本發明屬于水文數據處理技術領域，具體涉及一種基于高斯濾波的實測流量智能修正方法。

背景技術

流量資料是掌握區域水文水資源現狀及其變化規律的重要基礎資料，獲得準確的流量數據對流域水資源保護管理、防洪減災決策和水利經濟規劃等具有重要的意義。由于河道站、水庫站等各類型水文站的實測流量數據都含有一定的誤差，導致實測流量過程呈現“鋸齒狀”波動，影響了管理人員對實時水情的掌握。為了消除實測數據中的誤差干擾影響，需要通過一定的方法對實測數據進行平滑修正。

實際中的水文測驗誤差可認為服從高斯(正態)分布，流量平滑方法應考慮測流誤差的這種概率分布特征，通過調整得到最適參數以取得最佳平滑效果。對現有的平滑方法進行分析，發現各方法存在問題如下：(1)移動平均法：對流量序列逐項推移計算子區間內的平均值，但該方法未考慮實際誤差分布的特性，只進行簡單算術平均，容易模糊洪峰等流量特征點，導致“過度平滑”。(2)五點三次法：對每個流量子區間用不同的三次最小二乘多項式進行平滑，能一定程度上保留流量特征，但該方法的參數和系數固定，應用時不能調整參數以適應不同的流量過程，且存在無法實時修正的問題。(3)申請公布號為CN103116877A的發明專利申請公開了一種水庫水位過程平滑處理方法，該方法綜合考慮了五點三次法和滑動平均法，通過引入比例系數K調整兩方法的改進輸出值，但該方法參數K缺乏統計或物理意義。(4)申請公布號為CN111400655A的發明專利申請公開了一種一種入庫流量的修正優化方法及系統，但該方法中權重矩陣需設置的參數在滑動區間長度n＝6時已經達到12個，矩陣參數的確定較為復雜，難以靈活處理不同的實測流量過程。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種基于高斯濾波的實測流量智能修正方法，通過充分結合測驗誤差概率分布的特性，采用以高斯核為基函數的卷積模板、離散化滑動窗口進行卷積的高斯濾波技術來抑制誤差噪聲，并根據具體流量過程波動大小變化，自動調整高斯核大小以達到最佳平滑效果，在滿足流量過程線精度要求的前提下，智能消除流量過程線的“鋸齒狀”波動，實現對波動流量過程的平滑。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于高斯濾波的實測流量智能修正方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：依據實測流量序列Q_t,t＝1,2,3,...,N初始參數設置，包括：初始高斯核半峰全寬FWHM、最大迭代次數i_max、迭代終止閾值ε以及半峰全寬的迭代步長ΔFWHM；

步驟S2：進入迭代過程，對于第i次迭代，將高斯核半峰全寬FWHM轉換成高斯核函數的標準差σ，并根據σ生成對應的高斯函數G(x,σ)，式中，σ表示生成的高斯函數標準差，x₀表示高斯函數中心點橫坐標；

步驟S3：從t＝1開始，對于實測流量序列Q_t,t＝1,2,3,...,N中待處理的流量點Q(t)，根據所述步驟S2中生成的高斯函數G(x,σ)計算得到對應該流量點的離散高斯核；