基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)用水?dāng)?shù)據(jù)空間離散化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)用水?dāng)?shù)據(jù)空間離散化方法，包括：獲得基本計算單元；獲得基本計算單元和行政單元空間要素數(shù)據(jù)集；對生活用水、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水采用定額法補(bǔ)充，對生態(tài)環(huán)境用水量采用相關(guān)因子分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行補(bǔ)充；對生態(tài)環(huán)境用水量計算公式中的權(quán)重系數(shù)采用組合賦權(quán)法確定；經(jīng)過模擬計算得到基本計算單元上離散預(yù)測結(jié)果；進(jìn)行結(jié)果修正；按基本計算單元的水資源分區(qū)屬性逐級匯總得到相應(yīng)的用水?dāng)?shù)據(jù)。本發(fā)明提出的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)用水?dāng)?shù)據(jù)空間離散化方法，可獲得全國各級水資源分區(qū)經(jīng)濟(jì)社會及用水?dāng)?shù)據(jù)，有助于水資源綜合管理。
【專利說明】基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)用水?dāng)?shù)據(jù)空間離散化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水利科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)用水?dāng)?shù)據(jù)空間離散化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)主要按行政單元統(tǒng)計而來，而其邊界與水資源區(qū)邊界不重合，導(dǎo)致水資源區(qū)用水?dāng)?shù)據(jù)的獲得十分困難?，F(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)還存在共享困難、統(tǒng)計困難與統(tǒng)計數(shù)據(jù)多樣等問題。利用計算機(jī)技術(shù)獲得水資源區(qū)經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)，對于完善水資源數(shù)據(jù)基礎(chǔ)以支撐水資源行政區(qū)域與流域統(tǒng)一管理和減小人力普查投入十分重要。
[0003]用水是指為了某種經(jīng)濟(jì)或社會目的，使用水資源某種屬性的行為，是通過水資源開發(fā)，用水主體運(yùn)用和使用已開發(fā)水資源的方式與方法的總稱。經(jīng)濟(jì)社會用水指采用取水、輸水工程措施，從河流、湖泊、水庫和地下水層將水引至用水地區(qū)，滿足城鄉(xiāng)生產(chǎn)和生活需要的水量，包括生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境用水四項。
[0004]水資源區(qū)是根據(jù)水資源的自然、社會和經(jīng)濟(jì)屬性，按照開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約、保護(hù)要求，將流域水系劃分而得來。水資源分區(qū)主要包括水資源一級區(qū)、水資源二級區(qū)和水資源三級區(qū)。根據(jù)全國水資源分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，水資源一級區(qū)主要包括我國境內(nèi)的10個大型流域，將各個水資源一級區(qū)細(xì)分為水資源二級區(qū)，各二級區(qū)再細(xì)分為水資源三級區(qū)。由于水資源區(qū)與行政區(qū)邊界不重疊，導(dǎo)致一個縣級行政區(qū)被多個水資源三級區(qū)分割。目前，按各級水資源分區(qū)統(tǒng)計的用水?dāng)?shù)據(jù)十分匱乏。
[0005]綜上所述，提出一種可靠的經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計方法，以獲得各水資源區(qū)上用水?dāng)?shù)據(jù)的分布情況是急待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)用水?dāng)?shù)據(jù)空間離散化方法，以獲得各水資源區(qū)上用水?dāng)?shù)據(jù)的分布情況，從而獲得全國各級水資源分區(qū)經(jīng)濟(jì)社會及用水?dāng)?shù)據(jù)，有助于水資源綜合管理。
[0007]基于上述目的本發(fā)明提供的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)用水?dāng)?shù)據(jù)空間離散化方法，包括:
[0008]將縣級行政區(qū)與水資源三級區(qū)矢量圖進(jìn)行疊加嵌套，獲得每個縣級行政單元所屬不同水資源三級區(qū)部分的基本空間單元，作為基本計算單元；
[0009]將各類土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)統(tǒng)計到各基本計算單元和行政單元空間上，獲得基本計算單元和行政單元空間要素數(shù)據(jù)集；
[0010]根據(jù)各級行政單元經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)，對縣級行政單元生活用水、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水采用定額法補(bǔ)充，對生態(tài)環(huán)境用水量采用相關(guān)因子分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行補(bǔ)充；
[0011]對生態(tài)環(huán)境用水量采用相關(guān)因子分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行補(bǔ)充得到的計算公式中的權(quán)重系數(shù)采用組合賦權(quán)法確定；[0012]基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用數(shù)據(jù)指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系，經(jīng)過模擬計算得到基本計算單元上離散預(yù)測值，從而將縣級行政單元經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)展布到基本計算單元上；
[0013]以各基本計算單元預(yù)測值作為權(quán)重由所屬縣級行政單元總值向下分?jǐn)傔M(jìn)行結(jié)果修正；
[0014]將修正后的經(jīng)濟(jì)社會和用水?dāng)?shù)據(jù)值，按基本計算單元的水資源分區(qū)屬性逐級匯總得到相應(yīng)的用水?dāng)?shù)據(jù)。
[0015]在一些實施方式中，所述將縣級行政區(qū)與水資源三級區(qū)矢量圖進(jìn)行疊加嵌套，獲得每個縣級行政單元所屬不同水資源三級區(qū)部分的基本空間單元，作為基本計算單元的步驟包括:
[0016]采用地理信息系統(tǒng)軟件Arc GIS，對縣級行政區(qū)與水資源三級區(qū)矢量圖進(jìn)行疊加嵌套，獲得每個縣級行政單元所屬不同水資源三級區(qū)部分的基本空間單元，作為基本計算單元；
[0017]將小于所在縣級行政區(qū)面積10%的基本計算單元向鄰近面積最大的基本計算單元合并。
[0018]在一些實施方式中，所述將各類土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)統(tǒng)計到各基本計算單元和行政單元空間上，獲得基本計算單元和行政單元空間要素數(shù)據(jù)集的步驟包括:
[0019]利用獲得基本計算單元矢量圖和包括各類土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)，基于Arc GIS區(qū)域統(tǒng)計(Zonal Statistics)模塊,將各類土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)統(tǒng)計到各基本計算單元上；
[0020]利用行政區(qū)單元矢量圖統(tǒng)計獲得各`級行政單元各類土地利用和DEM數(shù)據(jù)；
[0021]獲得基本計算單元和行政單元`空間要素數(shù)據(jù)集，用于空間離散化分析。
[0022]在一些實施方式中，所述基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用數(shù)據(jù)指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系，經(jīng)過模擬計算得到基本計算單元上離散預(yù)測值，從而將縣級行政單元經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)展布到基本計算單元上的步驟包括:
[0023]用徑向基函數(shù)作為隱含層神經(jīng)元的基，構(gòu)成隱含層空間，隱含層對輸入矢量進(jìn)行變換，將低維的模式輸入數(shù)據(jù)變換到高維空間內(nèi)，使得在低維空間內(nèi)的線性不可分問題在高維空間內(nèi)線性可分；所述徑向基函數(shù)采用高斯函數(shù)，計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)用水?dāng)?shù)據(jù)空間離散化方法，其特征在于，包括: 將縣級行政區(qū)與水資源三級區(qū)矢量圖進(jìn)行疊加嵌套，獲得每個縣級行政單元所屬不同水資源三級區(qū)部分的基本空間單元，作為基本計算單元； 將各類土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)統(tǒng)計到各基本計算單元和行政單元空間上，獲得基本計算單元和行政單元空間要素數(shù)據(jù)集； 根據(jù)各級行政單元經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)，對縣級行政單元生活用水、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水采用定額法補(bǔ)充，對生態(tài)環(huán)境用水量采用相關(guān)因子分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行補(bǔ)充； 對生態(tài)環(huán)境用水量采用相關(guān)因子分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行補(bǔ)充得到的計算公式中的權(quán)重系數(shù)采用組合賦權(quán)法確定； 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用數(shù)據(jù)指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系，經(jīng)過模擬計算得到基本計算單元上離散預(yù)測值，從而將縣級行政單元經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)展布到基本計算單元上； 以各基本計算單元預(yù)測值作為權(quán)重由所屬縣級行政單元總值向下分?jǐn)傔M(jìn)行結(jié)果修正； 將修正后的經(jīng)濟(jì)社會和用水?dāng)?shù)據(jù)值，按基本計算單元的水資源分區(qū)屬性逐級匯總得到相應(yīng)的用水?dāng)?shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將縣級行政區(qū)與水資源三級區(qū)矢量圖進(jìn)行疊加嵌套，獲得每個縣級行政單元所屬不同水資源三級區(qū)部分的基本空間單元，作為基本計算單元的步驟包括:采用地理信息系統(tǒng)軟件Arc GIS，對縣級行政區(qū)與水資源三級區(qū)矢量圖進(jìn)行疊加嵌套，獲得每個縣級行政單元所屬不同水資源三級區(qū)部分的基本空間單元，作為基本計算單元；將小于所在縣級行政區(qū)面積10%的基本計算單元向鄰近面積最大的基本計算單元合并。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將各類土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)統(tǒng)計到各基本計算單元和行政單元空間上，獲得基本計算單元和行政單元空間要素數(shù)據(jù)集的步驟包括: 利用獲得基本計算單元矢量圖和包括各類土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)，基于Arc GIS區(qū)域統(tǒng)計(Zonal Statistics)模塊，將各類土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)統(tǒng)計到各基本計算單元上； 利用行政區(qū)單元矢量圖統(tǒng)計獲得各級行政單元各類土地利用和DEM數(shù)據(jù)； 獲得基本計算單元和行政單元空間要素數(shù)據(jù)集，用于空間離散化分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用數(shù)據(jù)指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系，經(jīng)過模擬計算得到基本計算單元上離散預(yù)測值，從而將縣級行政單元經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)?shù)據(jù)展布到基本計算單元上的步驟包括: 用徑向基函數(shù)作為隱含層神經(jīng)元的基，構(gòu)成隱含層空間，隱含層對輸入矢量進(jìn)行變換，將低維的模式輸入數(shù)據(jù)變換到高維空間內(nèi)，使得在低維空間內(nèi)的線性不可分問題在高維空間內(nèi)線性可分；所述徑向基函數(shù)采用高斯函數(shù)，計算公式為: fi(x) = exp(-[x-ci]/σ2i）,i = 1,2,...,m其中:x為是η維輸入向量；Ci為第i個徑向基函數(shù)的中心，是與X具有相同維數(shù)的向量Wi是第i個基函數(shù)的寬度；m是隱含層神經(jīng)元的個數(shù)；I |X-Ci| I為矢量X與Ci之間的歐式范數(shù)； 模擬過程中，將任意2/3的數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，模擬因變量與其相關(guān)的自變量間復(fù)雜的非線性關(guān)系；同時，將另外1/3的樣本作為驗證數(shù)據(jù)，以驗證訓(xùn)練學(xué)習(xí)效果； 分別計算訓(xùn)練學(xué)習(xí)階段和驗證階段模擬結(jié)果與實測樣本間的相關(guān)系數(shù)Rl2和R22，當(dāng)兩者均大于常數(shù)α (0〈α〈I)時認(rèn)為訓(xùn)練效果合格，取α =0.7~0.8 ; 以驗證合格的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，輸入基本計算單元上與因變量相關(guān)的自變量指標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)過模擬計算得到基本計算單元上離散預(yù)測結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述以各基本計算單元預(yù)測值作為權(quán)重由所屬縣級行政單元總值向下分?jǐn)傔M(jìn)行結(jié)果修正的步驟包括: 采用計算公式
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將修正后的經(jīng)濟(jì)社會和用水?dāng)?shù)據(jù)值，按基本計算單元的水資源分區(qū)屬性逐級匯總得到相應(yīng)的用水?dāng)?shù)據(jù)的步驟包括: 采用計算公式
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項所述的方法，其特征在于，所述對生態(tài)環(huán)境用水量采用相關(guān)因子分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行補(bǔ)充的步驟包括: 生態(tài)環(huán)境用水需求的影響因素包括林地、草地、水域、城鎮(zhèn)用地、GDP和非農(nóng)業(yè)人口，各級行政單元生態(tài)環(huán)境用水量計算公式為
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述對生態(tài)環(huán)境用水量采用相關(guān)因子分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行補(bǔ)充得到的計算公式中的權(quán)重系數(shù)采用組合賦權(quán)法確定的步驟包括: 對各指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，計算公式如下:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述對生態(tài)環(huán)境用水量采用相關(guān)因子分?jǐn)偡ㄟM(jìn)行補(bǔ)充得到的計算公式中的權(quán)重系數(shù)采用組合賦權(quán)法確定的步驟還包括:在補(bǔ)充后數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以下級行政單元值作為權(quán)重由上級行政單元總值逐級向下分

攤進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)充，計算公式為
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述對縣級行政單元生活用水、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水采用定額法補(bǔ)充的步驟包括: 對縣級行政單元生活用水量的補(bǔ)充: 假設(shè)上一級行政區(qū)單元生活用水綜合定額與其下一級行政單元生活用水綜合定額相同，并滿足計算公式
【文檔編號】G06N3/02GK103886519SQ201410140940
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】楊中文, 許新宜, 豆俊峰, 賓零陵, 王崴, 陳午, 劉虹利 申請人:北京師范大學(xué)