组合多元线性回归模型在径流预测中的应用研究

为提水文预测预报精度,研究提出混合蛙跳算法(SFLA)-组合多元线性回归(CMLR)径流预测模型。首先基于主成分分析(PCA)数据降维和不降维构建CMLR模型;然后利用SFLA同时优化CMLR常数项、偏回归系数和组合权重系数,建立SFLA-CMLR径流预测模型;最后将SFLA-CMLR模型应用于2个年径流预测实例,并构建基于PCA降维处理的SFLA-PCA-MLR、SFLA-PCA-支持向量机(SVM)、最小二乘法(LS)-PCA-MLR、PCA-SVM和未经降维处理的SFLA-MLR、SFLA-SVM、LS-MLR、SVM作对比预测模型。结果表明:SFLA-CMLR模型对2个实例年径流预测的平均相对误差分别为1.54%、4.63%,预测精度均优于SFLA-PCA-MLR等8种模型,具有较好的预测精度和泛化能力。     

基于WPD-TSO-ELM模型的月径流时间序列预测

为提高径流时间序列预测精度,减少计算规模,基于“分解-预测-重构”思想,提出小波包分解(WPD)-金枪鱼优化(TSO)算法-极限学习机(ELM)组合预测模型,并应用于云南省龙潭站、革雷站月径流预测。结果表明,TSO算法具有较好的寻优精度和全局搜索能力,寻优精度优于HHO、GWO、SFO、PSO算法。WPD-TSO-ELM模型对实例龙潭站、革雷站月径流预测的平均绝对百分比误差分别为0.175%、0.121%,预测误差小于WPD~2-TSO-ELM模型,较WPD~1-TSO-ELM、SSA-TSO-ELM、VMD-TSO-ELM模型降低1个数量级以上。WPD-TSO-ELM模型预测精度高、计算规模小,是一种简洁高效的径流时间序列预测模型。     

基于多种混合模型的径流预测研究

变化环境下径流的波动不断加大,给径流的精准预报带来新的挑战。基于"分解-合成"策略的混合径流预报模型来提高预报精度是当前研究的热点之一。以往研究聚焦在单一的混合预报模型而忽视了它们的适用性研究。基于此,以渭河流域为例,在优选多元线性回归(MLR)、人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)单一预报模型的基础上,分别基于经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)和小波分解(WD)构建了多种混合模型,并融合了大气环流异常因子的信息。结果表明:(1)SVM模型预测精度高于ANN和MLR;(2)混合预测模型预测精度均高于单一模型,混合模型中WD-SVM的预测精度优于EMD-SVM和EEMD-SVM;(3)融合大气环流异常因子后WD-SVM模型预测精度最高,对极值预报精度的提高较为明显。     

基于GEO-RVM模型的枯水期月径流预报研究

为提高枯水期月径流预测精度,研究提出金雕优化(GEO)算法与相关向量机(RVM)相融合的预测方法。基于云南省某水文站67 a的径流资料,选取预报月之前具有较好相关性的月径流作为预报影响因子,通过主成分分析(PCA)对影响因子进行降维处理,利用GEO算法优化RVM核宽度因子和超参数,建立GEO-RVM模型对该站枯水期11月、12月和次年1—4月月径流进行预报,预报结果与基于GEO算法优化的支持向量机(SVM)模型(GEO-SVM)作对比。结果表明：GEO-RVM模型对实例11月、12月和次年1—4月月径流预报的平均相对误差分别为8.59%、7.34%、5.97%、6.07%、5.99%、5.04%,预报精度优于GEO-SVM模型。GEO算法能有效优化RVM核宽度因子和超参数,GEO-RVM模型具有较好的预报精度,将其用于枯水期月径流预报是可行的。     

基于多元变量组合的回归支持向量机集成模型及其应用

为进一步提高径流预测的精度和泛化能力,提出基于多元变量组合的回归支持向量机(SVR)集成年径流预测模型,以云南省龙潭站年均径流预测为例进行实例研究。首先,以实例1—10月月均流量作为预测因子,采用相关分析法确定预测因子与年均径流量的相关系数,按照相关系数大小顺序依次选取预测因子,构建2维输入变量~10维输入变量的9种SVR模型对实例后12年的年均径流量进行预测。最后,采用简单平均(SA)和加权平均(WA)两种集成方法对具有较高预测精度的7种SVR模型的预测结果进行综合集成。结果表明:①SVR模型的预测精度随着输入变量维数的增加明显提高。②SA-SVR和WA-SVR模型对实例后12年年均径流量预测的平均相对误差绝对值分别为1.73%和1.79%,最大相对误差绝对值分别为6.34%和6.47%,精度和泛化能力均优于各SVR模型。相对而言,由于采用多个SVR模型进行集成,SA-SVR模型预测效果略优于WASVR模型。     

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WT-HBBO-RBF模型的年径流时间序列预测

利用4个基准函数对HBBO进行仿真测试；采用WT分解处理年径流时序数据；通过突变点检测方法Mann-Kendal(M-K)划分训练、预测样本，构建RBF适应度函数，利用HBBO优化RBF神经网络输出层权值、基函数中心和隐含层节点宽度，建立WT-HBBO-RBF模型，并构建WT-HBBO-SVM、WT-HBBO-BP、WT-RBF、WT-SVM、WT-BP、HBBO-RBF、HBBO-SVM、HBBO-BP作为对比分析模型。以云南省龙潭站、落却站年径流时间序列预测实例对模型进行验证的结果表明，HBBO具有较好的寻优精度及全局搜索能力；WT-HBBO-RBF模型对龙潭站、落却站年径流时间序列预测误差小于其他对比模型，具有较好的预测精度和泛化能力；HBBO能有效优化RBF神经网络输出层权值、基函数中心和隐含层节点宽度，提高RBF神经网络预测性能；WT能科学降低径流序列的复杂性，提高预测精度。     

基于SMA-LSSVM的径流中长期预测

径流中长期预测对防洪减灾和提高水资源利用效率极为重要。为解决预测模型参数对预测精度的影响,提出一种基于黏菌算法(SMA)优化LSSVM的径流中长期预测模型。首先,选取5个标准测试函数,对比在不同维度条件下SMA和PSO算法的仿真结果;其次,利用SMA优化LSSVM的惩罚参数和核参数,并构建LSSVM、PSO-LSSVM对比模型;最后,通过漫湾水电站水库入库月径流和莺落峡水文站月径流预测实例对各模型进行验证。结果表明,SMA-LSSVM模型相比LSSVM、POS-LSSVM模型,对漫湾站月径流预测的均方误差分别降低了29.26%、7.42%,对莺落峡站月径流预测的均方误差分别降低了32.61%、6.61%,预测精度更高。提出的SMA-LSSVM模型综合预测性能更好,也为中长期径流预测提供了一种新方法。     

基于EMD-LSTM-ANFIS模型的年径流预测研究

为提高径流预测精度,提出基于经验模态分解(EMD)和长短期记忆(LSTM)神经网络、自适应神经模糊推理系统(ANFIS)相结合的径流预测模型。通过EMD将原始径流序列分解成多个更具规律的分量序列,利用自相关函数法(AFM)和虚假最邻近法(FNN)对每个分量序列进行相空间重构,确定输入、输出向量,建立EMD-LSTM-ANFIS预测模型,并构建EMD-LSTM、EMD-ANFIS、LSTM、ANFIS作对比模型,利用建立的5种模型对云南省龙潭站年径流进行预测及对比分析。结果表明:EMD-LSTM-ANFIS模型对实例年径流预测的平均相对误差为3.18%,平均相对误差较EMD-LSTM、EMD-ANFIS、LSTM、ANFIS模型分别降低55.0%、65.2%、68.1%、78.4%,具有更高的预测精度和更强的泛化能力。EMD-LSTM-ANFIS模型用于径流预测是可行和可靠的。     

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...     

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。     

WPA-BP神经网络模型在枯水期月径流预测中的应用

通过8个高维复杂函数对一种新型仿生群体智能算法——狼群算法(WPA)进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法进行对比。针对BP神经网络易陷入局部极值及初始权阈值参数难以确定的不足,利用WPA算法优化BP神经网络初始参数,提出WPA-BP径流预测模型,以云南省龙潭站枯水期月径流预测为例进行实例验证,并与PSO-BP及BP模型进行比较。结果表明:1WPA算法收敛精度远远优于PSO算法,具有较好的计算鲁棒性和全局寻优能力;2WPA-BP模型预测精度优于PSO-BP及BP模型,具有较好的预测精度和泛化能力。利用WPA算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,可有效提高BP神经网络的预测精度和泛化能力。     

基于多组群教学优化的随机森林预测模型及应用

为有效提高水文预测预报精度,提出了一种基于多组群教学优化(MGTLO)的随机森林(RF)预测方法,利用MGTLO算法对RF两个关键参数进行优化,构建MGTLO-RF预测模型,并与基于MGTLO算法优化的支持向量机(SVM)、BP神经网络两种常规预测模型作对比分析。以云南省龙潭站月径流和年径流预测为例进行实例研究,利用前44 a和后10 a资料对MGTLO-RF等3种模型进行训练和预测。结果表明:所提出的MGTLO-RF模型具有更好的预测精度和泛化能力,可作为水文预测预报和相关预测研究的一种有效工具。     

基于模拟退火算法支持向量机在枯水期月径流预测中的应用

鉴于支持向量机(SVM)最佳算法参数难以确定的不足,利用模拟退火算法(SA)搜索SVM学习参数,提出SA-SVM预测模型,并与基于遗传算法(GA)搜索SVM学习参数的GA-SVM模型作对比,以云南省龙潭站枯水期1-3月月径流预测为例进行实例研究,利用实例前43年和后10年资料对模型进行训练和预测。结果表明:SA-SVM模型对实例后10年枯水期1-3月月均径流预测的平均相对误差绝对值分别为3.11%、4.93%和6.75%,精度优于GA-SVM模型,表明SA-SVM模型具有较高的预测精度和泛化能力。SA算法通过赋予搜索过程一种时变且最终趋于零的概率突跳性,有效避免了算法陷入局部极值并最终趋于全局最优。     

回归支持向量机集成模型在年径流预测中的应用

为进一步提高径流预测精度和泛化能力,根据回归支持向量机(SVR)特性及基本原理,提出考虑不同影响因子(输入向量)的SVR集成预测模型,以云南省南盘江西桥站1961—2007年径流预测为例进行实例研究。首先,利用相关分析法选取年径流预测的若干影响因子,依次构建不同影响因子的SVR单一模型对研究实例进行预测,并构建对应的RBF模型作为对比预测模型;然后,采用加权平均和简单平均2种方法对具有较好预测精度和互补性的单一模型的预测结果进行综合集成。结果表明基于SVR的加权平均和简单平均2种集成模型径流预测的平均相对误差绝对值分别为1.27%和1.54%,最大相对误差绝对值分别为2.99%和2.74%,其精度和泛化能力均大幅优于各单一模型以及基于RBF的加权平均和简单平均集成模型,表明加权平均SVR和简单平均SVR集成模型具有较高的预测精度和泛化能力。相对而言,加权平均集成模型赋予了预测效果好的模型更大的权重,预测精度和泛化能力均优于简单平均集成模型。预测模型和方法可为相关预测研究提供参考和借鉴。     

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。     

基于Bayes分类的Markov径流量预测模型

针对河川径流成因复杂性和水文过程随机性的特点,且用单一预测法存在一定局限性的现状,提出混合Bayes-Markov预测模型。先用Bayes公式对径流进行丰枯分类,然后采用加权Markov分析方法建立预测模型,该模型可综合利用Bayes和Markov方法的优点,提高径流预测精度。以兰州站河川径流量预测为例,进行模型验证。结果表明,2003～2009年径流量预测精度达到85.7%,能满足规范要求。     

基于奇异谱分析与梯度优化算法优化的RVM、SVM月径流预测研究

基于序列分解—参数优化—分项预测—结果叠加思想,构建奇异谱分析（SSA）-梯度优化（GBO）算法与相关向量机（RVM）、支持向量机（SVM）集成的中长期月径流预测模型。首先采用SSA方法对实例月径流数据进行处理,提取多个独立的子序列;其次介绍GBO算法原理,基于6个典型函数对GBO算法进行仿真测试。利用GBO算法优化RVM核宽度因子和超参数、SVM惩罚因子和核函数参数,分别建立SSA-GBO-RVM、SSA-GBO-SVM模型对各子序列进行预测,叠加后作为最终月径流预测结果;最后以云南省龙潭站65年共780个月月径流预测为例,选取实例前53年作为训练样本,后10年共120个月作预测样本对SSA-GBO-RVM、SSA-GBO-SVM模型进行检验。结果表明:GBO算法在不同维度条件下寻优效果优于MPA、PSO算法,具有较好的寻优精度和全局搜索能力。SSA-GBO-RVM、SSA-GBO-SVM模型对实例120个月月径流预测的平均绝对百分比误差分别为6.20%、7.82%,平均绝对误差分别为0.88、1.00 m³/s,纳什系数分别为0.992 6、0.991 3,均...     

基于粒子群最小二乘支持向量机的径流预测

为了处理好径流模拟预测中的确定性和随机性影响因素,提出了粒子群算法PSO(Particle Swarm Opti-mization)优化最小二乘支持向量机LS-SVM(Least Square SVM)参数的径流预测模型。PSO算法能够基于群体智能进行随机优化,计算简单易于实现且具有更强的全局优化能力。利用参数优化前后的LS-SVM模型,对新疆伊犁河雅子渡站23 a实测径流进行模拟,并对径流进行预测,结果表明,该模型收敛速度和预测精度令人满意。