Evaluation of rainfall networks using entropy: I. Theoretical development

This paper, the first in a series of two, develops an entropy-based approach for evaluating rainfall networks. Space and time dependencies between raingages are examined by autocovariance and cross-covariance matrices. Multivariate distributions, associated with different dependencies, are obtained using the principle of maximum entropy (POME). Formulas for entropy (uncertainty in data of one raingage), joint entropy (uncertainty in data of two or more raingages) and transinformation (common information content among two or more raingages) are derived for each distribution, based on normal data. The decision whether to keep or eliminate a raingage depends entirely on reduction or gain of information at that raingage. The lines of equal information (isoinformation contours) are defined by considering two raingages (bivariate case) and many raingages (multivariate case).     

Regional estimation of short duration rainfall extremes

The present study proposes a method for estimating the distribution of short-duration (e.g., 1 hour) extreme rainfalls at sites where data for the time interval of interest do not exist, but rainfall data for longer-duration (e.g., I day) are available (partially-gaged sites). The proposed method is based on the recently developed “scale-invariance” (or “scaling”) theory. In this study, the scaling concept implies that statistical properties of the extreme rainfall processes for different temporal scales are related to each other by a scale-changing operator involving only the scale ratio. Further, it is assumed that these hydrologic series possess a simple scaling behaviour. The suggested methodology has been applied to extreme rainfall data from a network of 14 recording raingages in Quebec (Canada). The Generalised Extreme Value (GEV) distribution was used to estimate the rainfall quantiles. Results of the numerical application have indicated that for partially-gaged sites the proposed scaling method is able to provide extreme rainfall estimates which are comparable with those based on available at-site rainfall data.     

低热水泥胶凝体系力学及热学综合性能评价

为了对低热硅酸盐水泥胶凝体系力学和热学综合性能进行评价,从而为低热水泥在大体积混凝土中的应用提供参考,以胶凝材料不同龄期抗压强度、抗折强度和水化热为指标,通过限定上限/下限线性计算规则建立评价目标函数,计算不同矿物掺合料下的低热水泥胶凝体系综合性能满意度,并绘制满意度等值线图。研究结果表明:低热水泥胶凝体系综合性能满意度等值线分布可以近似看作系列同心椭圆线;粉煤灰掺量在区间、矿渣粉掺量在区间范围内其综合性能满意度较高,具备较好的早强低热性能。该性能评价函数以及满意度等值线图的联合运用,为复合胶凝材料体系力学及热学综合性能评价提供了新的思路。     

淮河堤防土体抗剪强度指标概率模型与参数优化估计

进行堤防风险评价和可靠性分析,首先需要确定堤身与堤基土体抗剪强度指标概率的类型与统计参数。针对小区域测试段样本数量少、离散性大的情况,引入历史大范围的勘察钻探资料,利用统计数学上的A-D检验方法对土体抗剪强度指标进行了分布假设检验,发现堤身、堤基土抗剪强度指标可接受正态分布或对数正态分布。将上述结果作为先验信息,与小样本测试结果相结合,使用Bayes理论,实现了具体堤防段抗剪强度指标概率分布参数的优化估计,降低了参数的变异强度,为堤防风险分析提供了可靠数据。     

基于多源信息融合技术的旱情评价

介绍了多源信息融合的基本概念以及其在旱情评价中的应用思路。对研究区从气象、水文以及农作物状况3个方面选取信息源,通过3个层次的融合,实现了由旱情评价多源信息的收集到各旱情评价指标的确定过程,并最终得到旱情综合评价指标。利用得到的旱情评价结果与历史旱情规律对比,验证了本方法的可靠性。     

基于SQL-Server数据库的渡槽健康状态综合评价

为提高渡槽安全评价效率和信息化管理水平,运用模糊数学和层次分析法建立渡槽安全评价模型,基于.Net开发平台下winform控件和SQL-Server数据库,开发了渡槽健康状态综合评价管理系统,对现役渡槽进行数据管理和安全评价,形成相关处理建议;采用该评价系统对宁夏某渡槽的实际状态进行评价,成功指导了渡槽除险加固工作。表明该系统能够满足渡槽信息化管理和安全评价的要求,可切实提高渡槽数据的管理效率,并可为未来渡槽智能化管理和评价提供数据支持和技术借鉴。     

基于改进模糊集对评价法的水资源承载力评价——以龙川江流域为例

水资源承载力对一个国家或地区可持续发展有至关重要的影响。综合考虑滇中龙川江高原流域特点和影响水资源承载力的因素,选取14项指标,建立水资源承载力评价指标体系;以集对分析理论为基础,对模糊集对评价模型进行改进,采用最小信息熵原理将层次分析法和熵权法确定的权重进行主客观耦合得到综合权重,建立水资源承载力的模糊集对评价模型。为比较,分别采用改进的模糊集对评价模型和模糊综合评价模型对龙川江高原流域进行水资源承载力评价分析,结果表明:采用模糊综合评价法,5个水平年的水资源承载力等级均为2级,采用模糊集对评价法,5个水平年的水资源承载力分别为2级、1级、2级、2级和1级。通过比较分析得出改进的模糊集对评价模型,对指标信息挖掘充分、计算简洁,评价结果可为龙川江高原流域进一步推行"河长制"的水资源保护与管理和清洁小流域治理提供科学依据。     

淮河堤防土体抗剪强度指标概率模型与参数优化估计

进行堤防风险评价和可靠性分析,首先需要确定堤身与堤基土体抗剪强度指标概率的类型与统计参数。针对小区域测试段样本数量少、离散性大的情况,引入历史大范围的勘察钻探资料,利用统计数学上的A-D检验方法对土体抗剪强度指标进行了分布假设检验,发现堤身、堤基土抗剪强度指标可接受正态分布或对数正态分布。将上述结果作为先验信息,与小样本测试结果相结合,使用Bayes理论,实现了具体堤防段抗剪强度指标分布参数的优化估计,降低了参数的变异强度,为堤防风险分析提供了可靠数据。     

多介质复杂区域四边形网格自动剖分算法及应用

提出一种四边形网格自动剖分的改进行波算法。无需设置背景网格,将多介质复杂区域分成多个封闭子域,由AutoCAD模型自动提取各封闭子域边界的点线信息,利用网格密度参数和封闭域点线的拓扑关系控制内部节点的生成,采用总体密度和临近子域的相对大小控制网格疏密,通过网格质量评价体系和多重优化措施保证网格质量。先将计算域剖分为三角形网格, 优化后通过合并、分解生成四边形单元,再次对四边形单元进行优化处理即可获得优良的四边形网格。某铁路路堤工程断面和瀑布沟电站厂房2#机组断面计算域的网格剖分实例验证了该方法的可行性和可靠性。     

基于云模型的病险水闸除险加固效果综合评价

病险水闸除险加固效果评价是一个复杂的系统工程,其评价指标信息、权重和评语集均具有模糊性与不确定性。为了对病险水闸除险加固效果进行综合评价,根据《中央政府投资项目后评价管理办法》,建立了包含5个一级评价指标和21个二级评价指标的综合评价指标体系,拟定了百分制下的评价等级划分标准。在此基础上,引入云模型理论,建立了权重云模型、评语集云模型和评价指标信息云模型,进而利用云模型的数字特征来量化评价过程中不确定性的传播效应和评价结果的可信性及稳定性。太浦闸实例分析验证了此方法的可行性与实用性,结果表明权重的不确定性对评价结果有较大影响,该闸除险加固效果处于“效果极佳”等级,与实际情况相符。提出的评价指标体系和云模型评价方法可用于其他病险水利工程的除险加固效果评价中。     

大坝安全评价中的信息赋权模型

为了充分挖掘大坝安全评价指标样本中的数据信息，以合理确定各评价指标的权重，提出直接由样本数据驱动基于投影追踪分析新型算法的赋权模型，来提取各样本数据信息中所反映的各评价指标的权重。实例计算结果表明，该新模型利用样本数据的信息比常规方法充分，计算结果合理，在大坝安全分析评价和辅助决策中具有一定的推广应用价值。     

A Method for Evaluating Sea Dike Safety

To implement the maintenance and management of the sea dike engineering, the qualitative factors and quantitative factors need to be combined to evaluate the sea dike safety. Firstly, the evaluation index system and evaluation grading criterions of sea dike safety are established. Secondly, a new weight structure of evaluation indexes is proposed to combine the subjective weight and objective weight. Fuzzy Analytic Hierarchy Process method is used to determine the subjective weight and implement the qualitative analysis for sea dike safety. Projection Pursuit algorithm is introduced to calculate the objective weight and implement the quantitative analysis for sea dike safety. Based on the minimum relative information entropy principle, above two weights are combined. Thirdly, an evaluation model of sea dike safety is built with the improved Set Pair Analysis method. Finally, the proposed analysis method is used to assess one sea dike safety in China. It is shown that the combined weight can describe both the subjective information of expert experience and objective variation information of samples values, the uncertainty of information can be handled by the improved Set Pair Analysis method. The evaluation model has the clear physical concepts and intuitive modeling process. The calculation result is reasonable. The proposed method can be applied to sea dike safety evaluation and other complex systems evaluation as well.     

激光点云中电力线的提取和建模方法研究

当利用LiDAR激光点云进行电力线路危险点检测时,需要对电力线进行建模。为此提出了一种在激光点云中提取电力线并建模的算法。该算法首先利用激光雷达回波信息和电力线在三维空间中的线性特征,过滤掉大部分非电力线的点,然后在点云的XY平面内利用霍夫变换提取最长且相互平行的线性地物作为电力线,连接因数据遮蔽而造成的段线,并利用线的交点和沿线小网格内高程变化特征找出杆塔位置,最后在电力线断面内对多根电力线进行分割,分别计算悬链线模型。基于云南某500 kV线路实际数据的实验表明,该方法自动化程度高,电力线提取和建模准确度高。针对进一步提高该算法的通用性和自动化程度,提出了下一步的研究方向。     

基于结果验证的信息量法地质灾害易发性评价——以贵州省开阳县为例

传统信息量法将所有评价因子的信息量值进行综合，未对评价因子作优化选择，选择带有主观性。鉴于此，采用结果验证对信息量法进行改进，选取工程岩组、断层、河流、道路、坡度、坡向、剖面曲率7个评价因子。首先利用地质灾害编录数据与评价因子进行空间叠加分析，计算单因子信息量，然后利用成功率曲线法评价单因子评价结果的模型拟合能力，按照模型拟合能力从高到低将单因子信息量排序，并依次进行总信息量试算，得到7组试算结果。最后对7组试算结果进行模型拟合能力评价，确定AUC为前4的因子组合为最优的因子组合。     

基于GIS和支持向量机的土石坝溃决损失评估模型

针对土石坝溃决损失评估涉及众多地理空间对象且影响因素多而复杂的特点,基于GIS空间信息格网模型与支持向量机建立了土石坝溃决损失评估模型.利用GIS空间信息格网模型组织和管理大量空间信息数据,应用支持向量机评估溃坝生命损失率.以评估模型为基础,构建了土石坝溃决损失评估系统.实例应用研究表明,利用该系统可实现土石坝溃决损失快速评估,精度较高,效果较好.可为土石坝风险管理以及防灾减灾、救援决策提供参考.     

基于LiDAR技术的单个建筑物信息提取研究

利用机载激光雷达测量（LiDAR）等先进的遥测技术辅助进行洪水灾害的预警、评估和灾后重建是目前水利研究的热点。首先介绍了建筑物信息提取的主要方法,提出了基于机载LiDAR技术对单个建筑物信息进行提取的方法。利用LiDAR点云得到nDSM,并借助ArcGIS软件获取建筑的高度和面积信息,并对如何提高精度进行了分析和评价。结果表明,该方法能够满足精度要求,对于建筑物洪水灾害评估有重要的意义。     

A method for extracting drainage networks with heuristic information from digital elevation models

Depression filling and direction assignment over flat areas are critical issues in hydrologic analysis. This paper proposes a method to handle depressions and flat areas in one procedure. Being different from the traditional raster neighbourhoods processing with little heuristic information, the method is designed to compensate for the inadequate searching information of other methods. The proposed method routes flow through depressions and flat areas by searching for the outlet using the heuristic information. Heuristic information can reveal the general trend slope of the DEM (digital elevation models) and help the proposed method find the outlet accurately. The method is implemented in Pascal and experiments are carried out on actual DEM data. It can be seen from the comparison with the four existing methods that the proposed method can get a closer match result with the ground truth network. Moreover, the proposed method can avoid the generation of the unrealistic parallel drainage lines, unreal drainage lines and spurious terrain features.     

乌江梯级水电站优化调度效益评价体系

分析对梯级水电站优化调度效益影响的因素和评价指标计算方法,设计符合乌江梯级水电站优化调度工作标准及其指标体系,拟定了乌江梯级水电站优化调度效益评价管理办法,用于提高效益评价工作过程中信息的准确性、完整性和实时性,推动优化调度工作的开展。     

基于粗糙集——信息熵的水质综合评价方法研究

水质评价是水环境治理和水环境保护的基础,如何客观地设定各水质评价指标的权重是水质评价的重点和难点。首次将改进的基于粗糙集和条件信息熵权重的确定方法应用到水质评价中,科学、有效地确定了各水质评价指标的权重,并在此基础上进一步建立了基于粗糙集和条件信息熵的水质评价模型。利用该模型,对重庆市南川凤嘴江的实测水质数据进行了综合评价。应用结果表明:运用该方法得出的评价结果更加科学、合理,而且能够对同一等级的水质开展进一步的细化分级。研究成果可为水质监测和水质评价提供一种新的思路。     

基于属性间偏好信息的评标方法

设计了评标的指标体系,通过运用蒙特卡罗模拟法对定性指标下的评价作了定量化处理,提出运用部分信息分析法来对属性间存在偏好信息的方案进行决策,并应用到评标中,示例了一个项目的评标方法。