[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的水流量預(yù)測(cè)系統(tǒng)和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011375784.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN112541619A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科銳盛創(chuàng)新科技有限公司
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q50/26;G06N3/04;G06N3/08;G06N20/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 王海棟

本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的水流量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括N個(gè)站點(diǎn)端和一個(gè)預(yù)測(cè)端；每個(gè)站點(diǎn)端向預(yù)測(cè)端發(fā)送單端原始降雨數(shù)據(jù)，且目標(biāo)水文站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)端還發(fā)送原始流量數(shù)據(jù)；預(yù)測(cè)端還獲取未來P小時(shí)各水文站點(diǎn)的先驗(yàn)降雨數(shù)據(jù)并由獲取到的所有單端原始降雨數(shù)據(jù)得到原始降雨數(shù)據(jù)；將原始降雨數(shù)據(jù)和原始流量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；基于處理后降雨數(shù)據(jù)、處理后流量數(shù)據(jù)、先驗(yàn)降雨數(shù)據(jù)構(gòu)建輸入數(shù)據(jù)；將其輸入洪水流量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行循環(huán)迭代預(yù)測(cè)，每次迭代時(shí)對(duì)該次迭代的輸入數(shù)據(jù)提取時(shí)序特征并進(jìn)行分類預(yù)測(cè)，得到目標(biāo)水文站點(diǎn)未來一小時(shí)的流量預(yù)測(cè)值，并重新構(gòu)建針對(duì)未來下一小時(shí)的迭代的輸入數(shù)據(jù)，直至完成P次迭代，得到目標(biāo)水文站點(diǎn)未來P小時(shí)的流量預(yù)測(cè)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于洪水預(yù)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的水流量預(yù)測(cè)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

洪水是常見的自然災(zāi)害之一，每年有上億人受洪水影響，流離失所，而洪水所造成的財(cái)力物力損失也非常巨大。有效地預(yù)測(cè)洪水流量并及時(shí)發(fā)出預(yù)警對(duì)于防洪減災(zāi)具有重大意義。

當(dāng)前的洪水流量預(yù)測(cè)模型主要分為傳統(tǒng)物理模型和智能洪水預(yù)測(cè)模型。傳統(tǒng)物理模型例如新安江模型，其是在充分挖掘當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛病⒄舭l(fā)量、植被覆蓋率等物理特征的前提下，進(jìn)行物理過程的參數(shù)計(jì)算，最終制定出的一套具有區(qū)域針對(duì)性的預(yù)測(cè)模型。而智能洪水預(yù)測(cè)模型是以海量的歷史數(shù)據(jù)作為先驗(yàn)知識(shí)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等智能方法得到的從輸入特征到輸出特征的函數(shù)映射或者聯(lián)合分布。

但現(xiàn)有的洪水流量預(yù)測(cè)模型多屬于單點(diǎn)預(yù)測(cè)，即預(yù)測(cè)未來一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的流量情況，而在實(shí)際情況中，預(yù)測(cè)得到的單個(gè)時(shí)間點(diǎn)的流量數(shù)據(jù)缺乏實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的水流量預(yù)測(cè)系統(tǒng)和方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)未來一個(gè)時(shí)間段進(jìn)行洪水流量預(yù)測(cè)的目的。具體技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的水流量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

包括N個(gè)站點(diǎn)端和一個(gè)預(yù)測(cè)端，其中所述N個(gè)站點(diǎn)端是預(yù)定流域的N個(gè)水文站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的終端，所述N個(gè)水文站點(diǎn)中有一個(gè)目標(biāo)水文站點(diǎn)位于所述預(yù)定流域的出口斷面處；

每個(gè)站點(diǎn)端，用于向所述預(yù)測(cè)端發(fā)送表征該水文站點(diǎn)歷史K年各小時(shí)降雨數(shù)據(jù)的單端原始降雨數(shù)據(jù)，且所述目標(biāo)水文站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)端還向所述預(yù)測(cè)端發(fā)送表征該目標(biāo)水文站點(diǎn)歷史K年各小時(shí)流量數(shù)據(jù)的原始流量數(shù)據(jù)；

預(yù)測(cè)端，用于獲取所述單端原始降雨數(shù)據(jù)、所述原始流量數(shù)據(jù)和未來P小時(shí)各水文站點(diǎn)的先驗(yàn)降雨數(shù)據(jù)，并由獲取到的所有單端原始降雨數(shù)據(jù)得到原始降雨數(shù)據(jù)；將所述原始降雨數(shù)據(jù)和所述原始流量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，分別得到處理后降雨數(shù)據(jù)和處理后流量數(shù)據(jù)；基于所述處理后降雨數(shù)據(jù)、所述處理后流量數(shù)據(jù)、所述先驗(yàn)降雨數(shù)據(jù)，構(gòu)建輸入數(shù)據(jù)；將所述輸入數(shù)據(jù)輸入預(yù)先訓(xùn)練得到的洪水流量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行循環(huán)迭代預(yù)測(cè)，每次迭代時(shí)對(duì)該次迭代的輸入數(shù)據(jù)提取時(shí)序特征并進(jìn)行分類預(yù)測(cè)，得到所述目標(biāo)水文站點(diǎn)未來一小時(shí)的流量預(yù)測(cè)值，并利用得到的所述未來一小時(shí)的流量預(yù)測(cè)值，重新構(gòu)建針對(duì)未來下一小時(shí)的迭代的輸入數(shù)據(jù)，直至完成P次迭代，得到所述目標(biāo)水文站點(diǎn)未來P小時(shí)的流量預(yù)測(cè)值；其中N、K和P為大于1的自然數(shù)。

可選的，所述預(yù)測(cè)端將所述原始降雨數(shù)據(jù)和所述原始流量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，分別得到處理后降雨數(shù)據(jù)和處理后流量數(shù)據(jù)，包括：

將所述原始降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除和數(shù)據(jù)補(bǔ)全處理，得到補(bǔ)全降雨數(shù)據(jù)；

將所述補(bǔ)全降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到處理后降雨數(shù)據(jù)；

將所述原始流量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到處理后流量數(shù)據(jù)。

可選的，所述預(yù)測(cè)端將所述原始降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除和數(shù)據(jù)補(bǔ)全處理，得到補(bǔ)全降雨數(shù)據(jù)，包括：

將所述原始降雨數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)數(shù)目低于預(yù)設(shè)數(shù)量的水文站點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)剔除，得到剩余降雨數(shù)據(jù)；