展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法及系統(tǒng)，所述方法包括如下步驟：對歷史洪水按調(diào)度期內(nèi)總水量大小進(jìn)行排頻，根據(jù)總水量頻率閾值將歷史洪水分為若干個量級；對歷史洪水資料作標(biāo)準(zhǔn)化處理；選擇洪水相似性指標(biāo)，并將各個指標(biāo)進(jìn)行組合，形成不同的洪水相似性指標(biāo)組合方案；相似洪水動態(tài)識別，構(gòu)建相似洪水集；相似洪水選??；相似洪水展延。本發(fā)明通過相似洪水的動態(tài)識別與展延預(yù)估了水庫的后續(xù)來水過程和水量，有效地彌補(bǔ)了當(dāng)前洪水預(yù)報預(yù)見期過短的問題。
【專利說明】展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水利工程領(lǐng)域中的水庫實時防洪調(diào)度技術(shù)，尤其涉及一種展延水庫后 續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 對于實時防洪調(diào)度而言，水庫后續(xù)來水的預(yù)測對其具有重要意義，因此需要結(jié)合 實時洪水預(yù)報的成果來指導(dǎo)防洪調(diào)度決策。然而限于技術(shù)水平，目前的洪水預(yù)報只能在有 限預(yù)見期內(nèi)給出滿足精度的洪水預(yù)報結(jié)果，難以滿足水庫實時防洪調(diào)度的要求。
[0003] 為了解決洪水預(yù)報預(yù)見期過短的問題，目前主要有兩條途徑：
[0004] 第一條途徑：采用短期氣象預(yù)報與產(chǎn)匯流模型相耦合的方法進(jìn)行洪水預(yù)報，該方 法雖然能夠在一定程度上延長洪水預(yù)報的預(yù)見期，但是考慮到降雨的時空分配具有較強(qiáng)的 隨機(jī)性特點，其應(yīng)用效果欠佳。
[0005] 第二條途徑：對歷史洪水進(jìn)行歸類和洪水相似性識別，已有的研究均基于洪水全 過程，所選擇的相似性評價指標(biāo)（暴雨籠罩面積、暴雨總歷時、洪水重現(xiàn)期、洪水組成等）都 是在洪水全過程之后才能獲得，無法滿足水庫實時防洪調(diào)度的要求，不具有實用價值。
[0006] 此外，不同量級的洪水存在不同的內(nèi)在機(jī)制差別，具體表現(xiàn)為不同量級的洪水在 前期降雨時空分布、區(qū)間來水、前期土壤含水量等因素上具有較大的差異，而現(xiàn)有的技術(shù)均 未涉及分量級的相似洪水識別研究。在部分缺資料地區(qū)，由于洪水相似性指標(biāo)的資料不完 備，因此缺資料地區(qū)的相似洪水的識別和展延也是亟需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：一個目的是提供一種展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法，以解決 當(dāng)前洪水預(yù)報預(yù)見期過短而無法滿足水庫實時防洪調(diào)度的要求的問題。
[0008] 進(jìn)一步的目的是提供一種展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，以實現(xiàn)上述方 法。
[0009] 技術(shù)方案：一種展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法，包括如下步驟：
[0010] 對歷史洪水按調(diào)度期內(nèi)總水量大小進(jìn)行排頻，根據(jù)總水量頻率閾值將歷史洪水分 為若干個量級；對歷史洪水資料作標(biāo)準(zhǔn)化處理；選擇洪水相似性指標(biāo)，并將各個指標(biāo)進(jìn)行 組合，形成不同的洪水相似性指標(biāo)組合方案；相似洪水動態(tài)識別，構(gòu)建相似洪水集；相似洪 水選??；相似洪水展延。
[0011] 進(jìn)一步的實施例中，包括如下步驟：
[0012] 步驟1 :對歷史洪水按調(diào)度期內(nèi)總水量大小進(jìn)行排頻，根據(jù)總水量頻率閾值將歷 史洪水分為若干個量級，將已經(jīng)出現(xiàn)時長的時段累積水量在歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)庫中同等時長的 時段累積水量序列中排頻，在相應(yīng)的數(shù)據(jù)中進(jìn)行相似洪水檢索，獲取相關(guān)歷史洪水資料數(shù) 據(jù)；
[0013] 步驟2 :對歷史洪水資料做標(biāo)準(zhǔn)化處理，以每一場歷史洪水降雨開始時刻作為原 點，將歷史洪水發(fā)生的絕對時間轉(zhuǎn)換為時序；
[0014] 步驟3 :選擇洪水相似性指標(biāo)，并將各個指標(biāo)進(jìn)行組合，形成不同的洪水相似性指 標(biāo)組合方案，所述洪水相似形指標(biāo)包括起漲流量、時段累積降雨量和時段累積水量；
[0015] 步驟4 :相似洪水動態(tài)識別，構(gòu)建相似洪水集，將歷史若干場洪水各自視為一類， 計算各類之間的距離，將距離最小的兩個類合并成一個新類，然后在新的類別的分化下，重 新計算各類之間的距離，再將距離最小的兩個類合并成一個新類，直到所有模式聚成兩類 為止；
[0016] 步驟5 :選取相似洪水；若處于漲洪段或仍有較大的后續(xù)降雨，則從相似洪水集中 選擇歷時長、洪量大的相似洪水或取相似洪水集的外包線；若處于降雨過程的尾部，則從相 似洪水集中選擇歷時短、洪量小的相似洪水或取相似洪水集的內(nèi)包線；其他情況則選擇相 似洪水集的平均過程；
[0017] 步驟6 :相似洪水展延；在實時洪水預(yù)報預(yù)見期內(nèi)，采用實時洪水預(yù)報的成果；在 預(yù)見期外，從相似洪水集中選擇相似洪水進(jìn)行拼接。
[0018] 構(gòu)建相似洪水集的步驟進(jìn)一步包括：
[0019] 步驟41、初始化分類，選取歷史N場資料較為齊全的洪水，計算各場洪水K個相似 性指標(biāo)數(shù)值，將歷史N場洪水各自視為一類，記為和 ((1) = {Xi}i = 1，2, "·，Ν，N、K為自然 數(shù)；

【權(quán)利要求】
1. 一種展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法，其特征在于，包括如下步驟： 對歷史洪水按調(diào)度期內(nèi)總水量大小進(jìn)行排頻，根據(jù)總水量頻率閾值將歷史洪水分為若 干個量級；對歷史洪水資料作標(biāo)準(zhǔn)化處理；選擇洪水相似性指標(biāo)，并將各個指標(biāo)進(jìn)行組合， 形成不同的洪水相似性指標(biāo)組合方案；相似洪水動態(tài)識別，構(gòu)建相似洪水集；相似洪水選 ?。幌嗨坪樗寡?。
2. 如權(quán)利要求1所述的展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法，其特征在于，進(jìn)一步 包括如下步驟： 步驟1 :對歷史洪水按調(diào)度期內(nèi)總水量大小進(jìn)行排頻，根據(jù)總水量頻率閾值將歷史洪 水分為若干個量級，將已經(jīng)出現(xiàn)時長的時段累積水量在歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)庫中同等時長的時段 累積水量序列中排頻，在相應(yīng)的數(shù)據(jù)中進(jìn)行相似洪水檢索，獲取相關(guān)歷史洪水資料數(shù)據(jù)； 步驟2 :對歷史洪水資料做標(biāo)準(zhǔn)化處理，以每一場歷史洪水降雨開始時刻作為原點，將 歷史洪水發(fā)生的絕對時間轉(zhuǎn)換為時序； 步驟3 :選擇洪水相似性指標(biāo)，并將各個指標(biāo)進(jìn)行組合，形成不同的洪水相似性指標(biāo)組 合方案，所述洪水相似形指標(biāo)包括起漲流量、時段累積降雨量和時段累積水量； 步驟4 :相似洪水動態(tài)識別，構(gòu)建相似洪水集，將歷史若干場洪水各自視為一類，計算 各類之間的距離，將距離最小的兩個類合并成一個新類，然后在新的類別的分化下，重新 計算各類之間的距離，再將距離最小的兩個類合并成一個新類，直到所有模式聚成兩類為 止； 步驟5 :選取相似洪水；若處于漲洪段或仍有較大的后續(xù)降雨，則從相似洪水集中選擇 歷時長、洪量大的相似洪水或取相似洪水集的外包線；若處于降雨過程的尾部，則從相似洪 水集中選擇歷時短、洪量小的相似洪水或取相似洪水集的內(nèi)包線；其他情況則選擇相似洪 水集的平均過程； 步驟6 :相似洪水展延；在實時洪水預(yù)報預(yù)見期內(nèi)，采用實時洪水預(yù)報的成果；在預(yù)見 期外，從相似洪水集中選擇相似洪水進(jìn)行拼接。
4.如權(quán)利要求1所述的展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法，其特征在于，所述相 似洪水延展步驟進(jìn)一步包括： 對于洪水拼接時刻實時預(yù)報值與相似洪水流量值不一致的情況，采用整體平移相似洪 水過程的方法實現(xiàn)平滑銜接，可采用以下公式進(jìn)行計算：
5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘方法，其特征在 于，還包括步驟7 : 評價洪水展延效果；通過后續(xù)水量展延增益率和確定性系數(shù)增量評價洪水展延效果； 后續(xù)水量展延增益率采用以下公式進(jìn)行計算：
其中，(t)為實測洪水過程；T為調(diào)度期，h為當(dāng)前時刻，Q(t)為實時洪水預(yù)報的流 量過程；Q2(t)為相似洪水展延流量過程； 確定性系數(shù)增量采用以下公式進(jìn)行計算： Δ DC = DC2-DC 其中，DC2為相似性展延洪水過程的確定性系數(shù)；DC為實時預(yù)報洪水過程的確定性系 數(shù)； 分別采用以下公式進(jìn)行計算：
6. -種展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，其特征在于，包括如下模塊： 排頻分類模塊，用于對歷史洪水按調(diào)度期內(nèi)總水量大小進(jìn)行排頻，并根據(jù)總水量頻率 閾值將歷史洪水分為若干個量級； 標(biāo)準(zhǔn)化處理模塊，用于對歷史洪水資料作標(biāo)準(zhǔn)化處理； 相似性指標(biāo)選取模塊，用于選擇洪水相似性指標(biāo)，并將各個指標(biāo)進(jìn)行組合，形成不同的 洪水相似性指標(biāo)組合方案； 相似洪水動態(tài)識別模塊，用于相似洪水的動態(tài)識別； 相似洪水集構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建相似洪水集； 相似洪水選取模塊，用于相似洪水的選取； 相似洪水展延模塊，用于相似洪水展延。
7.如權(quán)利要求6所述的展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步 為： 排頻分類模塊：用于對歷史洪水按調(diào)度期內(nèi)總水量大小進(jìn)行排頻，根據(jù)總水量頻率閾 值將歷史洪水分為若干個量級，將已經(jīng)出現(xiàn)時長的時段累積水量在歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)庫中同等 時長的時段累積水量序列中排頻，在相應(yīng)的數(shù)據(jù)中進(jìn)行相似洪水檢索，獲取相關(guān)歷史洪水 資料數(shù)據(jù)； 標(biāo)準(zhǔn)化處理模塊：用于對歷史洪水資料做標(biāo)準(zhǔn)化處理，以每一場歷史洪水降雨開始時 刻作為原點，將歷史洪水發(fā)生的絕對時間轉(zhuǎn)換為時序； 相似性指標(biāo)選取模塊：用于選擇洪水相似性指標(biāo)，并將各個指標(biāo)進(jìn)行組合，形成不同的 洪水相似性指標(biāo)組合方案，所述洪水相似形指標(biāo)包括起漲流量、時段累積降雨量和時段累 積水量； 相似洪水動態(tài)識別模塊：用于相似洪水動態(tài)識別，構(gòu)建相似洪水集，將歷史若干場洪水 各自視為一類，計算各類之間的距離，將距離最小的兩個類合并成一個新類，然后在新的類 別的分化下，重新計算各類之間的距離，再將距離最小的兩個類合并成一個新類，直到所有 模式聚成兩類為止； 相似洪水選取模塊：用于選取相似洪水，具體地，若處于漲洪段或仍有較大的后續(xù)降 雨，則從相似洪水集中選擇歷時長、洪量大的相似洪水或取相似洪水集的外包線；若處于降 雨過程的尾部，則從相似洪水集中選擇歷時短、洪量小的相似洪水或取相似洪水集的內(nèi)包 線；其他情況則選擇相似洪水集的平均過程； 相似洪水展延模塊：用于相似洪水延展，在實時洪水預(yù)報預(yù)見期內(nèi)，采用實時洪水預(yù)報 的成果；在預(yù)見期外，從相似洪水集中選擇相似洪水進(jìn)行拼接。
步驟45、構(gòu)建相似洪水集，根據(jù)層次聚類分析的結(jié)果，取前若干場洪水構(gòu)建相似洪水 集。
9.如權(quán)利要求6所述的展延水庫后續(xù)來水的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，其特征在于，所述相 似洪水展延模塊進(jìn)一步包括： 對于洪水拼接時刻實時預(yù)報值與相似洪水流量值不一致的情況，采用整體平移相似洪 水過程的方法實現(xiàn)平滑銜接，可采用以下公式進(jìn)行計算：
【文檔編號】G06F17/30GK104090974SQ201410344401
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】鐘平安, 吳業(yè)楠, 朱非林, 萬新宇, 徐斌 申請人:河海大學(xué)