基于小波包分解的AJS-GMDH月径流时间序列预测研究

为提高月径流时间序列预测精度,建立基于小波包分解(WPD)、人工水母搜索(AJS)算法、数据分组处理方法(GMDH)的WPD-AJS-GMDH月径流时间序列预测模型。采用WPD将月径流时序数据分解为若干子序列分量;选取6个典型函数在不同维度条件下对AJS算法进行仿真测试;利用AJS算法优化GMDH网络关键参数,建立WPD-AJS-GMDH模型,并构建基于支持向量机(SVM)、BP神经网络及完全集合经验模态分解(CEEMD)、小波分解(WD)的17种对比分析模型;最后利用云南省龙潭站1952年~2016年780组的月径流时间序列数据对所建立的18种模型进行检验。结果表明,在不同维度条件下,AJS算法均具有较好的寻优效果;WPD-AJS-GMDH模型预测误差均小于其他17种模型;对于月径流时序数据分解,WPD分解效果优于CEEMD、WD方法;AJS算法能有效优化GMDH网络参数,提高预测性能。     

基于数据处理与若干群体算法优化的GRU/LSTM水质时间序列预测

为提高水质时间序列预测精度,提出一种基于小波包变换（WPT）和变色龙优化算法（CSA）、猎豹优化（CO）算法和山瞪羚优化（MGO）算法的优化门限循环控制单元（GRU）、长短期记忆神经网络（LSTM）的预测模型。首先利用WPT对pH值、DO、COD_Mn、NH₃—N时间序列进行平稳化处理,得到若干个规律性较强的子序列分量;其次简要介绍了CSA、CO、MGO算法原理,利用CSA、CO、MGO分别寻优GRU、LSTM超参数,建立WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU、WPT-CSA-LSTM、WPT-CO-LSTM、WPT-MGO-LSTM模型;最后利用所建立的模型对pH值及DO、COD_Mn、NH₃—N浓度各分量进行预测和重构,并建立WPT-GRU、WPT-LSTM和WPT-CSA-SVM、WPT-CO-SVM、WPT-MGO-SVM模型作对比分析模型,以云南省昆明市观音山断面为例,通过pH值及DO、COD_Mn、NH₃—N浓度预测对模型进行了验证。结果表明：WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU、WPT-CSA-LSTM、WPT-CO-LSTM、WPT-MGO-LSTM模型对实例pH值及DO、COD_Mn、NH₃—N浓度的预测精度优于其他对比模型,具有较好的预测效果,其中尤以WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU模型的预测精度最高;CSA、CO、MGO能有效调优GRU、LSTM超参数,显著提高GRU、LSTM预测性能;所构建的6种模型预测精度高且计算规模小,是有效的水质时间序列预测模型,可为相关水质预测研究提供参考。     

相空间重构支持向量机在径流模拟中的应用研究

将相空间重构理论引入月径流模拟中,利用C-C算法进行相空间重构,将一维径流时间序列拓展为多维,基于交叉验证支持向量机(CV-SVM)原理及方法,构建以相空间重构理论与支持向量机相结合的径流时间序列模拟模型,并构建传统BP、双隐层BP及GA-BP径流时间序列模拟模型作为对比模型,以盘龙河龙潭寨月径流时间序列为例进行分析。结果显示:基于相空间重构理论的CV-SVM模拟模型能较好地处理复杂的径流序列,在长达200个月的测试样本模拟中,平均相对误差e MRE、最大相对误差e MaxRE分别为0.571 7%,5.526 7%,决定系数DC和合格率QR分别为0.999 9和100%。表明该模型具有较高的泛化能力和模拟精度,模拟效果明显优于传统BP、双隐层BP模型,甚至优于GA-BP模型;表明研究建立的基于相空间重构理论的CV-SVM模型用于径流模拟是合理可行的,可为径流模拟提供方法和参考。     

基于混合核SHTS-SVM的年径流预测

为提高年径流预测精度,利用同热传递搜索(SHTS)算法对混合核支持向量机(SVM)关键参数和混合权重系数进行优化,提出混合核SHTS-SVM年径流预测模型。通过6个不同维度的标准测试函数对SHTS算法进行仿真验证,并与当前寻优效果较好的教学优化(TLBO)算法、灰狼优化(GWO)算法进行对比验证。利用两个年径流预测算例对混合核SHTS-SVM模型进行实例验证,并与多项式核SHTS-SVM、高斯核SHTS-SVM及SHTS-BP模型预测结果进行对比。结果表明:SHTS算法寻优精度优于TLBO、GWO优化算法,具有较好的极值寻优能力和稳健性能。混合核SHTS-SVM模型综合了多项式全局核函数和高斯局部核函数二者优点,在预测精度、泛化能力等方面均优于对比模型,具有较好的实际应用价值。     

基于最优觅食算法-投影寻踪-云模型的最严格水资源管理评价

为全面衡量最严格水资源管理评价过程中的随机性与模糊性,将正态云模型引入最严格水资源管理评价,建立最优觅食算法-投影寻踪-正态云评价模型,以云南省16个州市最严格水资源管理评价为例进行研究。选取当前最严格水资源管理考核中万元GDP用水量等6大指标构建评价指标体系和分级标准,采用云模型正向发生器计算最严格水资源管理分级评价指标的隶属度,利用最优觅食算法-投影寻踪方法给出各指标权重,并与传统粒子群算法、人工蜂群算法和差分进化算法优化结果进行比较。根据隶属度矩阵和权重矩阵给出最严格水资源管理评价分级的确定度并进行评价。结果表明:最优觅食算法寻优精度高于传统粒子群等3种算法。昆明市、曲靖市最严格水资源管理评价为优秀,保山市、红河州、德宏州评价为合格,其余11个州市评价为良好。最优觅食算法-投影寻踪-正态云评价模型兼具模糊性和随机性,既能反映最严格水资源管理评价分级的定性概念,又可反映隶属程度的不确定性,具有较好的应用推广价值。     

静电放电算法-投影寻踪融合模型及其在水质综合评价中的应用

为拓展智能算法与投影寻踪(PP)融合模型在水质综合评价中应用,介绍一种新型群体智能算法——静电放电算法(ESDA),选取6个典型测试函数对ESDA进行仿真验证,并与当前寻优效果较好的教学优化(TLBO)算法、灰狼优化(GWO)算法和鲸鱼优化算法(WOA)的仿真结果进行对比。构建ESDA-PP评价模型,以文山州盘龙河干流4个断面2015-2017年共30个月水功能区水质综合评价为例进行实例研究。结果表明:ESDA寻优精度远优于TLBO、GWO、WOA,具有出色的寻优精度和全局搜索能力。ESDA-PP模型对实例天生桥、灰土寨、花桥和天保大桥断面水质综合评价达标率分别为93. 3%、83. 3%、83. 3%和100%,能满足或基本满足水功能区水质保护目标要求。天生桥、灰土寨、花桥断面枯水期水质总体上优于丰水期,面源污染是主导因素;天保大桥断面丰水期水质总体上优于枯水期,点源污染是主导因素。     

人工电场算法优化的极限学习机大坝变形预测模型研究

为提高水库大坝变形预测精度,研究一种将人工电场算法(AEFA)与极限学习机(ELM)相结合的预测方法。以官地水电站72期大坝沉降数据为例,构建延迟时间为1,嵌入维数为2、3、5的3种ELM预测模型,利用AEFA优化ELM输入层权值和隐含层偏值,构建3种不同嵌入维的AEFA-ELM大坝变形预测模型,并构建对应的AEFA-支持向量机(SVM)、AEFA-BP作预测对比模型。将9种不同嵌入维的AEFA-ELM、AEFA-SVM、AEFA-BP模型用于实例大坝变形数据的训练和预测。结果表明：嵌入维数为2、3、5的AEFA-ELM模型对实例后10期大坝变形预测的平均相对误差分别为3.94%、4.08%、3.67%,预测误差均小于AEFA-SVM、AEFA-BP模型,具有较高的预测精度,对大坝变形预测研究具有一定的参考价值。     

基于EMD-FBI-ELM模型的径流预测研究

为提高径流预测精度,提出基于经验模态分解(EMD)和法务侦查(FBI)算法、极限学习机(ELM)相融合的径流预测方法。首先采用EMD将径流序列数据分解成多个更具规律的分量序列,基于自相关函数法(AFM)、虚假最邻近法(FNN)对每个分量序列进行相空间重构;其次利用FBI算法优化ELM输入层权值和隐含层偏值,建立EMD-FBI-ELM径流预测模型,并构建EMD-FBI-SVM、FBI-ELM、FBI-SVM作对比预测模型;最后通过云南省姑老河水文站年径流预测实例对EMD-FBI-ELM、EMD-FBI-SVM、FBI-ELM、FBI-SVM模型进行验证分析。结果表明：EMD-FBI-ELM模型对实例年径流预测的平均相对误差为3.97%,平均相对误差较EMD-FBI-SVM、FBI-ELM、FBI-SVM模型的预测结果分别降低了53.9%、81.7%、86.5%,具有较好的预测效果。EMD-FBI-ELM模型用于径流预测是可行的,模型及优化方法可为相关预测研究提供参考。     

基于WPT-ISO-RELM模型的月径流时间序列预测研究

为提高月径流时间序列的预测精度,提升基本蛇群优化(SO)算法搜索能力,同时提升正则化极限学习机(RELM)预测性能,提出了小波包变换(WPT)-改进蛇群优化(ISO)算法-RELM预测模型。首先,利用WPT将月径流时间序列分解为低频分量和高频分量;其次,通过构建8个RELM超参数寻优适应度函数对ISO寻优能力进行检验,并与SO算法、灰狼优化(GWO)算法、变色龙群算法(CSA)、鲸鱼优化算法(WOA)、樽海鞘群体算法(SSA)、侏獴优化算法(DMO)、粒子群优化算法(PSO)的优化结果作对比;最后,建立WPT-ISO-RELM模型,并构建包含WPT-SO-RELM在内的17种模型作对比模型,通过黑河流域莺落峡水文站、讨赖河水文站2个月径流预测实例对各模型进行验证。结果表明：(1)ISO寻优精度优于SO、GWO、CSA、WOA、SSA、DMO、PSO,通过关键参数的改进,能有效提升ISO的极值寻优能力和平衡能力;(2)WPT-ISO-RELM模型对莺落峡水文站、讨赖河水文站月径流预测的平均绝对百分比误差分别为0.854%、0.447%,平均绝对误差分别为0.245、0.068 m     

新型萤火虫算法-投影寻踪模型在区域人水和谐评价中的应用

为科学评价区域人水和谐状况,构建新型萤火虫算法(NFA)-投影寻踪(PP)评价模型。以文山州2006-2018年资料为例进行实例研究。选取8个典型测试函数对NFA进行仿真验证,并与教学优化(TLBO)等4种优化算法的仿真结果进行对比。从水资源、经济社会、生态环境3个方面遴选16个指标构建区域人水和谐度评价指标体系和分级标准,在各分级标准阈值间采用随机内插的方法生成样本构建人水和谐度评价投影目标函数,利用NFA优化求解该目标函数的最佳投影向量,构建NFA-PP模型对研究区2006-2018年人水和谐状况进行评价。结果表明:NFA寻优效果优于TLBO等4种算法,具有较好的寻优精度、极值寻优能力和全局搜索能力。NFA-PP模型对实例2006-2011年人水和谐度评价为"不和谐",2012-2016年评价为"基本和谐",2017-2018年评价为"较和谐"。2006-2018年文山州人水和谐度呈上升趋势,且上升趋势显著。