基于互信息与神经网络的天山西部山区融雪径流中长期水文预报

为提高天山西部山区融雪径流的预报精度,更好地指导所在区域的工农业生产发展,针对影响预报精度的关键问题(预报因子的选择),基于互信息法、相关系数法、主成分分析法对研究区的预报因子进行优选,采用RBF神经网络以及组合小波BP神经网络模型进行径流预报研究,并进行不同方案的比较。结果表明:①互信息法优选出的预报因子作为模型输入可以提高预报精度;②采用不同优选预报因子作为RBF神经网络以及组合小波BP神经网络模型的输入变量,结果表明RBF神经网络模型的预测精度要好于组合小波BP神经网络模型;③以相对误差作为评价模型精确度的标准,预测效果最好的是基于互信息方法挑选出的预报因子作为RBF神经模型输入数据的模型预测结果。     

小波网络模型在隔河岩水库径流预测中的应用

基于小波分析与人工神经网络提出一种小波网络模型,模型吸取了小波分析的多分辨功能和人工神经网络的非线性逼近能力,预测精度较好。在清江隔河岩水库年、月径流中长期预测中,得到满意的结果。     

一种新的小波网络组合预测模型

基于小波分析和人工神经网络,提出了一种新型的小波网络组合模型.该模型吸取了小波分析和人工神经网络的优点,具有最佳的函数逼近能力,能提高径流预测精度和延长预见期.以长江三峡水电站年平均流量、11月流量最大值及该月上、中、下旬流量最大值预测为例,对建议的模型进行了研究.拟合和检验结果表明小波网络组合模型是满意的,适合于水文水资源预测.     

基于小波分析技术的中长期径流预测模型研究

针对中长期径流预测精度低的问题,提出了基于小波分析技术的时间序列预测模型。利用小波函数db(5)将年径流序列进行尺度为3的分解,得到相应的低频信号和高频信号,然后对各级分解信号利用ARMA(2,1)模型进行预报,最后将各预报结果叠加合成原始径流的预测值,并与ARMA模型直接预测的年径流值比较,通过实例得出前者预测模型要比后者预测的精度更高、稳定性更好,从而验证了该中长期径流预测模型的有效性。     

基于小波分析技术的中长期径流预测模型研究

针对中长期径流预测精度低的问题,提出了基于小波分析技术的时间序列预测模型。利用小波函数db(5)将年径流序列进行尺度为3的分解,得到相应的低频信号和高频信号,然后对各级分解信号利用ARMA(2,1)模型进行预报,最后将各预报结果叠加合成原始径流的预测值,并与ARMA模型直接预测的年径流值比较,通过实例得出前者预测模型要比后者预测的精度更高、稳定性更好,从而验证了该中长期径流预测模型的有效性。     

小波神经网络在径流预测中的应用

将小波分析与传统的BP神经网络模型进行组合,提出了一种新的径流中长期预测方法。该方法对年径流序列进行Mallat小波分解,将分解后得到的不同尺度下的低频成分和高频成分分别进行Mallat算法重构,对重构系列采用BP神经网络模型进行预测。采用黄河三门峡站1470-2002年的年径流资料进行模型的预测和检验,并与传统的BP神经网络模型进行比较,研究结果表明小波神经网络在径流预测中具有较好的预报精度,可以成功地用于径流模拟和预测。     

基于小波分析的月径流ARIMA预测方法

将一种基于小波分析的自回归滑动平均求和（ARIMA）模型用于月径流的预测。首先利用小波变换良好的局部化特性，将月径流序列分解成不同时间尺度上的子序列；然后对各个子序列利用ARIMA模型进行预测。将采用基于小波分析的ARIMA模型的预测结果与直接使用ARIMA模型的预测结果进行比较，结果表明引入小波变换提高了月径流预报精度。     

水库径流预报的递阶结构组合模型研究与应用

由于传统水库径流预报模型未充分考虑单个模型的预报信息,且缺乏对单一模型及其预报结果的前期预处理,为此引入预报精度和预报稳定性两个评价指标,基于对各单一模型及其预报结果的前期预处理,分步确定各单一模型的权重,建立了水电站水库径流预报的递阶结构组合模型。应用于三峡水库的计算结果表明,所建组合模型能够充分利用各单一模型的预报信息,其预报精度和预报稳定性较单一模型都有一定程度的提高,可为水电站水库入库径流预报提供多模型综合的预报信息,对水库调度运行计划的合理制定提供一定的技术支持。     

基于小波网络的径流多时间尺度分析及预报方法研究

应用Morlet小波的多分辨分析功能,对嫩江和洮儿河汛期径流序列进行了多时间尺度分析,结果显示,嫩江汛期径流具有4年和25年左右的主周期,洮儿河汛期径流具有4年、10年和25年左右的主周期,二者丰枯变化位相基本一致并具有同步性.针对径流时间序列的非线性和多时间尺度特征,将小波分析与人工神经网络结合建立了组合预测模型,模型原理简单,预测精度较高.这证明小波神经网络用于径流中长期预报是可行的.     

基于小波消噪技术的投影寻踪自回归预报模型

针对径流序列呈现出的随机性和非线性等,基于耦合小波分析理论的降噪功能以及投影寻踪自回归模型的非线性逼近功能,建立一种组合预报模型,即PPAR-WDT。模型运用Mallat算法将径流序列进行分解;然后利用阈值消噪技术对含有噪声的高频信号序列进行降噪处理,最后重构新序列;运用投影寻踪自回归模型进行预报。将新组合模型应用于某水文站中长期径流预报的结果表明,相比于单一投影寻踪自回归等3种模型,PPAR-WDT模型具有更高的预报精度和更好的稳定性。     

不同组合小波神经网络模型对径流预测的适用性

针对水文时间序列的非平稳性特征,以长江三峡宜昌站1904~2003年年平均流量为例,分别建立了小波分析（WA）与BP神经网络和径向基函数神经网络（RBF）耦合的预测模型,探究了两种组合模型的预测效果,并与传统的单一人工神经网络模型对比;并采用5种常见的预测性能评价指标分析预测效果。结果表明：组合模型预测成果的精度较单一模型显著提高;组合和单一模型中RBF网络模型均优于BP网络模型;小波径向基函数神经网络组合模型具有较优的预测精度和泛化能力,是提高预测精度的有效方法,在径流预测中具有可行性。     

基于PCA-SHO-SVM和PCA-SHO-BP模型的径流预测

为提高径流预测精度,研究主成分分析(PCA)、斑鬣狗优化(SHO)算法与支持向量机(SVM)、BP神经网络相融合的预测方法。在样本数据筛选上选取PCA方法进行数据降维,使数据样本简洁且更具代表性。利用SHO算法优化SVM关键参数及BP神经网络权阈值,分别提出PCA-SHO-SVM、PCA-SHO-BP径流量预测模型,并与SHO-SVM、PCA-SVM、SVM和SHO-BP、PCA-BP、BP模型的预测结果作对比,通过云南省龙潭水文站年径流量及枯水期月径流量预测为例进行验证。结果表明,PCA-SHO-SVM、PCA-SHO-BP模型对实例年径流量预测的平均相对误差分别为2.34%、2.50%,对月径流量预测的平均相对误差分别为6.15%、6.08%,预测精度均优于其他6种模型,具有较高的预测精度和更强的泛化能力。     

Prediction of Inflow at Three Gorges Dam in Yangtze River with Wavelet Network Model

A wavelet network model is developed to predict the inflow of Three Gorges dam in Yangtze River, China. The model makes use of the multi-resolution analysis of wavelet analysis and the nonlinear capability of artificial neural network. The short and long term input runoff of Three Gorges dam, such as annual mean discharge, seasonal mean discharge of 10 days period, daily mean discharge and annual maximum flood peak discharge, have been predicted with the wavelet network model (WNM). At the same time a kind of threshold auto-regressive model (TAR) has also applied for those predictions. The comparison of WNM with TAR has been executed. The results show that the accuracy of model predictions with WNM is generally better than that with TAR. The suggested wavelet network model is functional and feasible for runoff prediction.     

基于ASWPD-BO-GRU的月径流量预测模型

为提高月径流量预测精度,并针对传统分解集成径流预测模型错误使用未来数据的问题,提出并建立了基于自适应小波包分解（ASWPD）和贝叶斯优化（BO）的门控循环单元（GRU）月径流量预测模型（ASWPD-BO-GRU）。首先,利用ASWPD对原始月径流量时间序列进行分解,在不使用未来数据的前提下得到4个相对规律的分解子序列,以降低预测难度;然后,利用BO优选分解后的子序列对应的GRU模型超参数;最终,对每个子序列进行预测,将预测结果相加重组得出月径流量预测结果。将提出并建立的模型应用于黑河流域莺落峡水文站月径流量预测中,并与GRU、BO-GRU、WPD-BO-GRU模型（基于传统分解思想对原始月径流量时间序列整体进行分解的预测模型）的预测结果进行对比。结果表明：ASWPD-BO-GRU模型的纳什效率系数（NSE）为0.89,在实例应用中预测精度最高,说明ASWPD-BO-GRU模型在正确分解的前提下具有较高的预测精度和更强的泛化能力。     

逐步回归和BP神经网络模型的枯季月径流预测

枯季径流是工农业用水的重要来源,分析和预报流域枯季来水情况,可为科学制定用水方案、合理调配水资源提供依据。运用逐步回归模型和BP神经网络模型分别对盘龙河流域枯季月径流进行拟合和预报分析,并采用相关系数、相对误差、合格率对两个模型预测精度进行比较。结果表明BP神经网络模型预测精度更高,预测结果精度满足规范要求,更适用于盘龙河流域枯期月径流的预测。     

基于GA-Elman神经网络模型的年径流预测

针对传统神经网络模型静态性及训练算法易陷入局部极值的缺陷,为了实现神经网络训练全局寻优,提高模拟精度,并使网络结构能动态反映年径流系列的时变特性,本文以年降雨及气温作为输入因子、年径流量为模型预测对象,结合遗传算法和Elman神经网络各自的优点,采用遗传算法对网络权值阈值全局优化,通过二者的耦合构建了GA-Elman年径流预测模型。利用构皮滩站1961—2015年的径流系列对模型进行了训练及测试,并对各模型预测性能比较分析。结果表明:GA-Elman模型预测平均相对误差5.29%、均方根误差55.81 mm,效果良好,对于径流预测具有实用价值;神经网络模型预测精度优于基于线性方法的模型,预测平均相对误差从12.01%降至7.07%以下;采用遗传算法改进神经网络权值阈值优化过程,预测平均相对误差从7.07%降低到5.29%,可明显提高模型泛化能力,从而改善径流预测效果。     

基于自适应变分模态分解和长短期记忆网络的月径流预报

准确可靠的月径流预报是流域水旱灾害防治及水资源合理配置的重要依据。原始径流时间序列包含多种频率成分，将时间序列数据分解预处理技术和机器学习模型相结合的混合模型已被用于捕捉径流动态过程。然而，将数据分解技术直接应用于整个时间序列是一种不切实际的方法，会导致部分信息从测试阶段传输到模型的训练过程中。为此，设计了一个用观测数据更新历史样本的自适应动态分解策略，提出基于自适应变分模态分解和长短期记忆网络的分解-预测-集成月径流预测混合模型。首先，采用自适应分解策略对径流时序数据进行变分模态分解，得到不同频率成分的子序列；其次，为每个分解子序列构建长短期记忆神经网络径流预测模型，并采用贝叶斯优化算法优选模型超参数；然后，将子序列的预测结果集成得到径流的最终预测结果；最后，以金沙江上游石鼓水文站月径流预报为研究实例，对比传统的分解策略(“捆绑分解”)和分解方法(离散小波变换和集成经验模态分解),验证所提混合模型的有效性和可行性。结果表明，所提混合模型在数据分解预处理中避免了引入未来信息，并能够进一步提升径流预报精度。     

改进BP神经网络集成模型在径流预测中的应用

为提高径流预测预报的精度和泛化能力,建立了基于3种基本改进算法的BP神经网络集成预测模型。利用ADF单位根检验方法、自相关分析方法确定径流时间序列的平稳性和模型的输入向量。针对BP神经网络标准算法收敛速度慢、易陷入局部极值的缺陷,采用自适应动量梯度法、共轭梯度法和Levenberg-Marquardt法分别改进BP神经网络标准算法,依次构建基于3种改进算法的BP神经网络模型对文山州南利河董湖水文站年径流进行预测,并构建GA-BP预测模型作为对比模型;采用加权平均方法对各单一模型预测结果进行综合集成。结果表明:集成模型对南利河2001-2005年径流预测平均相对误差绝对值为4.67%,最大相对误差绝对值为7.11%,精度和泛化能力均优于各单一模型和GA-BP模型。集成模型克服了单一模型预测精度不高和误差不稳定的缺点,具有较好的预测精度和泛化能力,是提高径流预测预报精度的有效方法。