[發(fā)明專利]一種流域水文模型參數(shù)確定的新型算法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210825880.0
• 申請(qǐng)日: 2022-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN115186589A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏豪杉;張永強(qiáng);劉昌明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06N3/00;G06F113/08
• 代理公司: 成都宏田知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51337
• 代理人: 鐘隆輝

本發(fā)明涉及水文模型技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種流域水文模型參數(shù)確定的新型算法，包括初始化給定算法所需的參數(shù)和數(shù)據(jù)，精英局部搜索和全局設(shè)計(jì)搜索的部分，本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，通過初始化、精英搜索和全局設(shè)計(jì)搜索的三部分組成的策略算法，在目標(biāo)函數(shù)調(diào)用的過程中，每一步多次的調(diào)用之間沒有邏輯上的先后關(guān)系，很容易實(shí)現(xiàn)向量運(yùn)算，從而大大提升算法的時(shí)間效率，提高了水文模型的率定精度，增加模型率定的穩(wěn)定性，高效且易于使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水文模型技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種流域水文模型參數(shù)確定的新型算法。

背景技術(shù)

流域水文模型是用于徑流模擬，洪水預(yù)報(bào)等的基本手段，具有很強(qiáng)的實(shí)踐意義，也是用于了解水文過程和相關(guān)因果關(guān)系的最重要方法之一。

流域水文模型是通過物理過程或者數(shù)學(xué)過程實(shí)現(xiàn)的對(duì)實(shí)際流域水文過程的模擬，有較為復(fù)雜的擬合或機(jī)理結(jié)構(gòu)，且模型內(nèi)部有一系列待定參數(shù)，需要根據(jù)實(shí)際流域的水文特性去調(diào)節(jié)，所以流域水文模型的參數(shù)調(diào)節(jié)一直是徑流模擬和洪水預(yù)報(bào)的關(guān)鍵步驟。

一般來說，流域水文模型由四部分組成，分別是：模型自身結(jié)構(gòu)，模型參數(shù)，模型輸入輸出和模型狀態(tài)值。在對(duì)具體的流域進(jìn)行模擬或者預(yù)報(bào)時(shí)，除了需要模型輸入已知外，還需要通過歷史數(shù)據(jù)對(duì)水文模型的參數(shù)進(jìn)行確定，這個(gè)過程就是水文模型率定。一般的水文模型率定過程為一個(gè)最優(yōu)化問題，即通過目標(biāo)函數(shù)來確定水文模型的最優(yōu)參數(shù)值。

其中水文模型率定過程，就是通過調(diào)節(jié)參數(shù)值，使得模擬的輸出值與實(shí)際的觀測(cè)值最接近，通過調(diào)整模型參數(shù)值來得到模型的最優(yōu)參數(shù)，使模型更合理和精確地對(duì)流域進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。

現(xiàn)有的遺傳算法，是一種能夠無約束最優(yōu)問題的算法，是一種啟發(fā)式，進(jìn)化算法，是水文模型率定常用的算法，但其構(gòu)成參數(shù)多，調(diào)節(jié)困難，使用者需要多次調(diào)節(jié)才能找到算法的最優(yōu)參數(shù)，且算法的得到的結(jié)果不夠穩(wěn)定，尤其在水文模型率定方面，兩次率定得到的結(jié)果，會(huì)有很大的差異；而現(xiàn)有的SCE-UA算法不能實(shí)現(xiàn)向量化計(jì)算，且當(dāng)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值靠近邊界或者可行域構(gòu)成的頂角時(shí)，算法的功效會(huì)有明顯降低。

因此，需要設(shè)計(jì)一種流域水文模型參數(shù)確定的新型算法，提高水文模型的率定精度，增加模型率定的穩(wěn)定性，提供高效且易于使用的新算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種流域水文模型參數(shù)確定的新型算法，提高水文模型的率定精度，增加模型率定的穩(wěn)定性，提供高效且易于使用的新算法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種流域水文模型參數(shù)確定的新型算法，包括初始化，精英搜索和全局設(shè)計(jì)搜索，具體為以下步驟：

初始化：給定算法所需的參數(shù)和數(shù)據(jù)，具體步驟為：

S1：給定算法的核心參數(shù)，包括有分組運(yùn)算數(shù)p，待確定的變量數(shù)n和變量的上下邊界構(gòu)成的可行域空間；

所述分組運(yùn)算數(shù)p取值范圍為[3，+∞]，默認(rèn)值為3；

S2：調(diào)節(jié)算法的其他可選參數(shù)，包括有全局操作數(shù)p_o，區(qū)間收縮因子δ和區(qū)間收縮精度δ_ε；

所述全局操作數(shù)p_o取值范圍為[3，p]，默認(rèn)值為

所述區(qū)間收縮因子δ取值范圍為(0，0.5)，默認(rèn)值為0.3；

所述區(qū)間收縮精度δ_ε取值范圍為[1，+∞)，默認(rèn)值為5；

S3：計(jì)算關(guān)鍵粒子數(shù)，包括精英粒子m_e，全局粒子m_o，全局搜索粒子m_G和精細(xì)化搜索粒子m_R：