[發(fā)明專利]一種小流域洪水自適應(yīng)智能組網(wǎng)預(yù)報方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110479091.1
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113221342B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苑希民;王秀杰;何立新;羅鵬;張興源;田福昌
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/04;G06Q50/06;G06F119/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發(fā)明公開了一種小流域洪水自適應(yīng)智能組網(wǎng)預(yù)報方法，第一步，確定各匯流子區(qū)域的流域出口等信息；第二步，采用近鄰數(shù)據(jù)的均值來平滑降雨徑流數(shù)據(jù)缺失值和修正錯誤值，分析小流域內(nèi)降雨徑流相關(guān)關(guān)系，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集和測試數(shù)據(jù)集，并以子流域出口流量作為模型輸出，對數(shù)據(jù)集進(jìn)行歸一化處理；第三步，構(gòu)建基于貝葉斯正則化算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對模型進(jìn)行訓(xùn)練；第四步，得到小流域出口的洪水流量過程；第五步，構(gòu)建實測流量值與預(yù)報流量值之間的誤差函數(shù)，得到目標(biāo)誤差下的計算參數(shù)；第六步，可實現(xiàn)小流域暴雨洪水預(yù)測。利用本發(fā)明可克服小流域水文預(yù)報參數(shù)確定問題，并保證了預(yù)報的準(zhǔn)確性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能化應(yīng)用和應(yīng)急防災(zāi)領(lǐng)域，具體涉及一種小流域洪水自適應(yīng)智能組網(wǎng)預(yù)報的方法。

背景技術(shù)

洪水預(yù)報是防汛抗旱非工程措施的重要內(nèi)容之一，可直接為防汛減災(zāi)、應(yīng)急搶險和水利工程運(yùn)行管理調(diào)度服務(wù)。尤其是在洪水頻發(fā)、受影響較大的小流域更為重要，小流域洪水突發(fā)性強(qiáng)、歷時短、峰高量小，目前其防災(zāi)減災(zāi)所面臨的最主要問題之一是洪水預(yù)警預(yù)報措施不足，并且存在流域資料不足，模型參數(shù)率定困難等問題，增加了使用傳統(tǒng)水文預(yù)報方法對小流域進(jìn)行洪水預(yù)報的困難性和不確定性。

小流域的降雨產(chǎn)匯流是一個典型的非線性過程，目前洪水預(yù)報應(yīng)用較廣泛的有基于物理過程的水文模型和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能模型，水文模型是嚴(yán)格的物理過程計算，需要多個物理參數(shù)輸入到計算模型之中，對小流域的實測資料要求高，并依賴經(jīng)驗和大量的計算進(jìn)行參數(shù)率定。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能模型是借鑒大腦和神經(jīng)系統(tǒng)存儲和處理信息的某些特征抽象出來的一種數(shù)學(xué)模型，具有強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)和修正誤差能力及能夠逼近任何非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)，不需要準(zhǔn)確的物理參數(shù)進(jìn)行計算，其模型本身沒有實際的物理意義，只是建立模型輸入輸出之間的映射關(guān)系。在實際洪水預(yù)報中，各種因素都存在不確定性，使兩種模型具有各自的特點(diǎn)和局限性。因此，利用自適應(yīng)智能組網(wǎng)預(yù)報方法進(jìn)行小流域洪水預(yù)報具有重要的理論意義和實踐意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有方法中存在的問題和不足，本發(fā)明提供一種小流域洪水自適應(yīng)智能組網(wǎng)預(yù)報方法，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能模型與水文模型相結(jié)合，子流域的劃分增加了降雨、下墊面等因素與洪水的相關(guān)關(guān)系，并采用基于水力學(xué)方法的河道匯流模型進(jìn)行河道洪水模擬，完成小流域的洪水預(yù)報。

本發(fā)明的一種小流域洪水自適應(yīng)智能組網(wǎng)預(yù)報方法，具體包括如下步驟：

第一步：根據(jù)小流域地形數(shù)據(jù)和流域降雨產(chǎn)匯流特性進(jìn)行子流域劃分，確定各子流域出水口；

第二步：收集子流域的水文地理要素，至少從中選取與洪水流量相關(guān)的四個指標(biāo)包括子流域面積、平均坡度、降雨量以及前期降雨，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集與測試集X、Y，并對數(shù)據(jù)集進(jìn)行歸一化處理，歸一化處理公式如下：

X＝(x₁,x₂,x₃,x₄)^T

Y＝(y_o)^T

x₄＝f(r₁,r₂,r₃,r₄,r₅)