基于深度学习的水文预报方法研究

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xoyo7908114
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
洪水每年造成巨大危害,准确的预测可以显著减少洪水灾害造成的损失。水文流量元素作为一个时间序列,在形成过程中受到自然因素和人为因素的影响,呈现出非常复杂的确定性与不确定性特征。在进行较长周期流量预测时,采用传统的预测方法在解决像水文流量预测这样的复杂问题时,往往很难作出准确、可靠的预报结果。因此,如何有效的获取水文序列中的有效特征,构造合适的水文流量预测模型,提高中长期水文流量预测的精度是水文领域研究的重点与难点。本文以淮河流域中上游息县站为研究对象,使用息县子流域2011年至2018年的水文历史数据,研究并设计有效的中长期水文流量预测模型。研究重点围绕水文特征提取、传统模型难以模拟水文过程中复杂的物理关系和人工神经网络流量预测模型输入输出独立等问题展开,引入互信息分析特征提取算法、长短期记忆神经网络(LSTM)、门控循环神经网络(GRU)和Attention机制,构建基于互信息的LSTM神经网络循环预测模型和基于Attention机制的Bi GRU神经网络多步预测模型。本文的研究工作取得的主要成果如下:(1)提出了一种基于互信息方法筛选的特征因子作为模型的输入特征提取算法。由于水文流量变化本身是一个时间序列过程,在进行流量预测时,受前期各方面水文要素的影响较大,而互信息能够较好地反应模型输入特征因子与流量之间的复杂关系,本文采用互信息分析算法,动态获取有效地水文输入特征,为后续的建模做了基础的研究。(2)提出了一种基于互信息分析的LSTM神经网络循环预测模型。在互信息分析的基础上,针对传统模型难以有效模拟水文过程中的复杂关系、当前人工神经网络输入输出相互独立和中长期水文流量预测时准确度降低等问题,充分利用LSTM神经网络的时间序列处理能力,构建了一种基于互信息的LSTM神经网络循环预测模型。结果表明,该模型能够自动有效的获取输入序列的有效相关特征,在进行较长时间段的流量预测过程中,也能有较好的预测效果。(3)提出了一种基于Attention机制的Bi GRU神经网络多步预测模型。由于Attention机制能够自动匹配输入序列不同时间步的权重参数,提取与输出更有用的信息,而GRU神经网络相对于LSTM网络结构更加简单,能很大程度上提高训练效率,因此,相对于上一个模型,从另外一个角度出发,构建了一个基于Attention机制的Bi GRU神经网络多步预测模型。该模型在进行多步预测时,不仅具有较高的洪水流量预测精度,而且在训练集和测试集具有更快的预测速度。(4)设计实现了上述两种模型的实验对比分析和相关评估。本文实验均采用Tensorflow和Keras框架,实现了当前比较流行的洪水流量预测模型,并与上述提出的模型进行对比分析,结果表明,本文所提出的模型预测效果均优于其它模型,具有一定的通用性。另外,依据国家标准的水文预报规范要求,所提出的模型在洪峰到达时间误差、洪峰峰值误差、均方根误差的评估中都能取得较好的效果,对防洪减灾具有一定的实际意义。
其他文献
1研究背景本课题选题来自973计划——“基于临床的灸法作用机理研究”(2015CB554506),该项973计划拟比较不同产地以及不同储存期艾绒的临床疗效差异,并总结分析不同产地和不
<正>0引言近年来,如何向密封环境下工作的电子设备进行定向无线电能传输技术,引起了人们极大的兴趣。对密闭容器或装置内部的电子设备进行供电时,由于环境和要求的特殊性,常
会议
轮胎耐久性试验机采用的是电液伺服系统,电液伺服系统属于本质非线性和不确定性系统,采用传统的经典模拟控制器难以取得好的控制效果。以ARM内核微处理器LPC2292为硬件核心,
为解决由于软件代码缺陷而引发的信息系统安全性问题,本文提出了应用软件故障注入技术对被验代码进行有针对性的缺陷验证,介绍了软件故障注入技术中的静态及动态注入方法,并
数据已是银行的重要资产,成为银行拓宽获客渠道、驱动业务创新、实现精准营销的重要支撑,特别是在信贷领域,大数据有助于解决传统信贷管理中信息不对称、交易成本高、抵押约束、
报纸
土地征收补偿协议作为行政协议广泛的应用于土地征收补偿安置工作,发挥着日益重要的作用。修改后的《行政诉讼法》将行政协议纳入行政诉讼受案范围,司法解释也明确了土地征收
缺血再灌注损伤(Ischemia-reperfusion injury)仍然是休克、器官移植、心肌梗死和脑梗死溶栓或介入治疗的瓶颈。其发生机制尚未完全清楚,目前认为主要包括:氧化应激、钙超载
在飞机复合材料设计中大量采用蜂窝夹芯结构即"三明治"结构。具有蜂窝结构的复合材料零件主要由外蒙皮、蜂窝、内蒙皮构成。外蒙皮的贴膜面通常与飞机的气动外形面保持一致,
在我国金融体系的运转过程中,商业银行的健康可持续发展占据着举足轻重的地位。其核心业务是信贷业务,当然它面临的主要风险也就是信贷风险。在我国,传统的信贷风险控制一般会缺乏系统性、管控水平低、最终导致信贷资产质量差。这将直接影响我国商业银行获得的收益和它的健康发展。在本论文中,对商业银行信贷业务的风险问题进行了原因剖析,并对其控制措施进行了概括研究,旨在为我国商业银行控制信贷风险提供科学、严谨务实的信
本试验以采摘于不同年限的内蒙古农业大学教学农场的罗布麻种子为试验材料,通过不同浓度NaCl溶液单盐胁迫(0(CK)、0.1、0.2、0.3、0.4mol/L)。采用培养皿法对罗布麻萌发期和