【技术实现步骤摘要】
一种径流概率预报方法
本专利技术涉及水文水资源领域,更具体地,涉及一种径流概率预报方法。
技术介绍
径流预报能够在防洪、供水、发电等水库调度运行管理的各个方面发挥重要作用。高精度并且可靠的预报能为流域梯级水库优化调度决策提供科学依据,对流域水资源合理利用具有重大意义。然而,降雨径流的形成过程受到水文、地形、气象等诸多自然因素的影响,呈现高度的非线性、随机性和不确定性特征,给径流预测带来了困难,难以采用传统的方法开展径流预测。因此,如何构建考虑诸多影响径流过程的隐含因素的预测模型是亟需解决的理论和实际工程问题。隐含马尔科夫模型(hiddenMarkovmodel,HMM)由隐含状态序列以及其对应的观测模型构成,其中隐含状态序列是一个典型的马尔科夫链,具有无后效性,对应的观测模型满足独立输出假设:观测模型跟当前隐含状态相关且仅跟当前隐含状态相关。可将隐含马尔科夫模型运用于水文的径流预报当中,视前期径流、土壤、气象等因素为隐含状态序列,对应的径流过程为观测概率模型,能够充分模拟具有非线性、随机性和不确定性的历史径流过程。如何通过训练后的隐含马尔科夫模型来预测未来的径流序列是目前所需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷,本专利技术的目的在于解决现有降雨径流的形成过程受到水文、地形、气象等诸多自然因素的影响,呈现高度的非线性、随机性和不确定性特征,给径流预测带来了困难,难以采用传统的方法开展径流预测,以及如何通过训练后的隐含马尔科夫模型来预测未来的径流序列的技术问题。为实现上述目的,本专利技术提供一种径流概率预报方法,包括如下步骤:(1)构建由预报径流和其预报 ...
【技术保护点】
1.一种径流概率预报方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)构建由预报径流和其预报因子组成的数据集,对数据进行归一化处理得到训练集;(2)基于K‑medoids的聚类方法对训练集进行聚类,根据聚类后得到的各类的均值向量、协方差矩阵以及径流状态转移概率矩阵作为隐含马尔科夫模型的初始化参数,所述隐含马尔科夫模型包括隐含状态序列及其对应的观测模型;(3)利用Baum–Welch算法对隐含马尔科夫模型进行学习,得到训练后的隐含马尔科夫模型径流状态转移概率矩阵以及观测模型的概率分布;(4)设置不同的隐含状态个数K=1~15;重复步骤(2)‑(3),并计算相应的贝叶斯信息准则值;(5)选择贝叶斯信息准则值最小值所对应的K值,作为隐含马尔科夫模型隐含个数;(6)根据训练得到的隐含马尔科夫模型,结合高斯混合回归方法,利用观测模型的概率分布以及测试集所给的预报因子得到各径流隐含状态下径流条件概率分布,利用径流状态转移概率矩阵求解测试集中每个时间节点落在K个径流隐含状态下的概率,综合推导得到测试集的条件概率分布函数,作为对测试集的径流概率预报结果。
【技术特征摘要】
1.一种径流概率预报方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)构建由预报径流和其预报因子组成的数据集,对数据进行归一化处理得到训练集;(2)基于K-medoids的聚类方法对训练集进行聚类,根据聚类后得到的各类的均值向量、协方差矩阵以及径流状态转移概率矩阵作为隐含马尔科夫模型的初始化参数,所述隐含马尔科夫模型包括隐含状态序列及其对应的观测模型;(3)利用Baum–Welch算法对隐含马尔科夫模型进行学习,得到训练后的隐含马尔科夫模型径流状态转移概率矩阵以及观测模型的概率分布;(4)设置不同的隐含状态个数K=1~15;重复步骤(2)-(3),并计算相应的贝叶斯信息准则值;(5)选择贝叶斯信息准则值最小值所对应的K值,作为隐含马尔科夫模型隐含个数;(6)根据训练得到的隐含马尔科夫模型,结合高斯混合回归方法,利用观测模型的概率分布以及测试集所给的预报因子得到各径流隐含状态下径流条件概率分布,利用径流状态转移概率矩阵求解测试集中每个时间节点落在K个径流隐含状态下的概率,综合推导得到测试集的条件概率分布函数,作为对测试集的径流概率预报结果。2.根据权利要求1所述的径流概率预报方法,其特征在于,所述步骤(2)中K-medoids算法使用核函数代替欧几里得距离来度量两个数据点之间的相似性;从训练集包括的数据点中随机选择K个中心点,当更新中心点时,每个数据点被分类为与中心点最相似的类别,并且计算每个数据点与其相同类别所有数据点的相似度,选择相似度最高的数据点作为此类别的新的中心点。3.根据权利要求1所述的径流概率预报方法,其特征在于,所述步骤(3)包括:E步骤:根据现有的隐含马尔科夫模型,计算各个观测数据输入到模型中的计算结果,确定完全数据的对数似然函数:其中,Q(θ,θold)表示对数似然函数,θ表示隐含马尔科夫模型的所有参数集θ={π,A,φ},θold表示更新前的参数值,t表示数据集的索引,1≤t≤T,T表示数据集个数,πk表示隐含马尔科夫模型在k状态的初始概率,1≤k≤K,K表示隐含状态个数,Aij表示从状态i转移到状态j的...
【专利技术属性】
技术研发人员:覃晖,刘永琦,王永强,莫莉,蒋志强,周建中,张振东,银星黎,李杰,卢建涛,成良歌,
申请(专利权)人:华中科技大学,长江水利委员会长江科学院,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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