天然河道水位流量预测模型分析

本文提出BP神经网络河道流量水位预测模型,以榆树沟站流量水位预测为例进行分析。采用循环算法确定最佳BP神经网络结构,并在相同网络结构及期望误差等条件下,构建BP神经网络河道流量水位预测模型。结果表明:BP神经网络用于河道流量水位预测是合理可行和有效的,预测准确度可达到92.3%,可为水文预测预报提供新的途径和方法。且BP神经网络模型具有计算简便逼近能力强收敛速度快,能有效避免局部极值等特点,有着广阔的应用前景。     

基于GA-BP与多隐层BP网络模型的水质预测及比较分析

采用循环算法确定最佳BP神经网络结构,建立BP神经网络水质模型进行预测.鉴于BP神经网络学习收敛速度慢、易陷入局部极值等缺点,在相同网络结构及期望误差等条件下,运用GA优化BP神经网络初始权值和阈值,构建GA-BP以及多隐层BP神经网络水质预测模型,以云南省某水库总氮预测为例进行预测与比较分析.结果表明:①GA-BP网络水质模型预测精度高于基本BP网络,表明遗传算法能有效优化BP网络初始权值和阈值.②增加BP神经网络隐层数能进一步提高网络预测精度,但训练时间也随着延长.③GA-BP及多隐层BP可作为提高网络预测精度的有效方法,二者均可用于水质预测预报,可为水质预测预报提供新的途径和方法.相对而言,GA-BP模型收敛速度快、预测精度高,具有一定的计算优势.     

改进的BP神经网络模型在地下水预测中的应用研究

针对传统BP神经网络模型局部较易收敛的缺点,引入小波分析函数对传统BP神经网络模型节点计算进行改进,并将改进的BP神经网络模型在新疆地区地下水预测中进行应用,研究结果表明:改进的BP神经网络模型可解决模型局部较易收敛问题,预测的地下水水位和实测的地下水水位更为接近,预测的地下水水位和实测水位之间的相关性年尺度达到0.85,高于传统BP神经网络模型的预测精度。     

基于相空间重构原理的遗传神经网络模型在城市需水预测中的应用

针对多元变量需水预测模型中变量之间普遍存在多重共线性问题以及BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部极值等缺点,将相空间重构原理及遗传算法(GA)引入BP神经网络需水预测模型中,提出基于相空间重构原理的GA-BP城市需水预测模型,并对上海市需水预测进行实例分析。实例分析结果表明:GA-BP模型对上海市2005—2009年的年用水量预测平均相对误差绝对值和最大相对误差绝对值分别为1.4344%和2.7672%,对2010—2011年的年需水量预测相对误差分别为0.5136%和0.0270%,精度均优于BP神经网络预测模型;基于相空间重构原理的GA-BP需水预测模型具有较好的预测精度和泛化能力,是提高需水预测精度和泛化能力的有效方法。     

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。     

基于免疫蛙跳算法的小波神经网络的水稻需水量预测

为了避免传统小波神经网络采用基于负梯度方向的BP算法学习训练过程中存在收敛速度慢、易陷入局部最小的缺点,采用改进的免疫蛙跳算法对传统的小波神经网络中各个参数进行优化,提高小波神经网络模型的收敛速度和预测精度,提出了基于改进免疫蛙跳算法优化小波神经网络的预测模型,将该模型应用于水稻需水量的预测中,研究结果表明：该耦合模型优于传统的小波神经网络,对水稻需水量有良好的预测性能。     

改进Elman神经网络在径流预测中的应用

针对传统静态前馈神经网络动态性能较差的缺点,提出一种基于遗传算法（GA）优化Elman神经网络连接权值的GA-Elman多元变量年径流预测模型.以新疆伊犁河雅马渡站径流预测为例进行实例分析,并构建传统Elman,传统BP和GA-BP多元变量年径流预测模型作为对比模型,预测结果与文献IEA-BP网络模型预测结果进行对比.结果表明:①GA-Elman模型的拟合及预测效果略优于文献IEA-BP模型,该模型用于多元变量年径流预测是合理可行的,具有较好的预测精度和泛化能力.②在相同网络结构及传递函数等条件下,GA-Elman模型的预测精度和泛化能力优于GA-BP模型,传统Elman模型优于传统BP模型,表明具有适应时变特性的Elman反馈动态递归网络预测性能优于BP网络;GA能有效优化Elman神经网络连接权值,使网络的预测精度和泛化能力有了较大提高.     

基于改进BP神经网络模型的区域农业灌溉用水预测研究

传统BP神经网络模型局部易出现收敛,在模型求解过程,易出现求解不收敛的缺陷.为此引入小波分析函数对传统BP神经网络的节点计算进行改进.并将改进的BP神经网络模型运用于农业灌溉用水预测中,研究结果表明:改进的BP神经网络模型改变了局部易收敛的缺陷,模型求解更为合理.在农业灌溉用水预测精度上也明显好于传统的BP神经网络模型.     

基于遗传神经网络的城市用水量预测研究

介绍了BP(误差反向传播算法)和GA(遗传算法)及GA-BP 3种神经网络,并以此分别对城市用水量进行预测.实验结果表明,基于GA-BP算法的神经网络方法应用于城市用水量的预测问题,能采用遗传学习算法优化BP神经网络模型的初始权重,即先利用遗传学习算法进行全局训练,再用BP算法进行精确训练,使网络收敛速度加快和避免局部极小.GA-BP神经网络在收敛速度和预测精度等方面均优于BP和GA网络,从而为未来短期城市用水量负荷的准确预测提供了新的思路与方法.     

基于改进粒子群算法优化BP神经网络的西江水质预测研究

为了提高西江水质预测的精度,提出一种改进粒子群算法优化BP神经网络的水质预测模型。首先,为提高PSO算法的收敛速度并避免其陷入局部最优,PSO算法种群被划分为普通子群、优良子群和较差子群,提出一种云模型改进PSO惯性权重的云模型粒子群算法;其次,针对BP神经网络存在收敛速度慢和局部最优的问题,运用云模型粒子群算法迭代寻优获取BP神经网络的最佳初始权值和阈值;再次,将影响地表水质等级的主要因素作为CPSO-BP的输入,水质等级作为CPSO-BP的输出,建立CPSO-BP的水质等级预测模型。以西江2011年-2018年的水质监测数据为研究对象,与PSO-BP、GA-BP、DE-BP和BP模型进行了对比,研究结果表明,CPSO-BP水质预测的精度最高,且具有更快的收敛速度。     

RBF与GRNN神经网络模型在城市需水预测中的应用

针对需水量预测具有受诸多因素影响的复杂、高维和非线性等特性,本文基于RBF与GRNN神经网络算法原理,构建RBF与GRNN神经网络需水预测模型,将模型应用于城市需水预测中,并与基本BP神经网络模型以及灰色GM(1,1)需水预测模型的拟合、预测结果进行了对比分析.结果表明:①RBF与GRNN神经网络模型有着较高的拟合、预测精度,平均相对误差均在5％以内,表明研究建立的RBF与GRNN神经网络模型应用于需水预测是合理可行的,模型泛化能力强,预测精度高,算法稳定,与基本BP网络算法相比,RBF与GRNN网络模型还具有收敛速度快、调整参数少和不易陷入局部极小值等优点,可以更快地预测网络,有着良好的应用前景.②相对而言,RBF与GRNN神经网络模型预测精度要优于基本BP网络和灰色GM(1,1)模型.     

岩溶地区生态环境脆弱性与水资源承载力评价方法研究——以云南省西畴县为例

构建岩溶地区生态环境脆弱性与水资源承载力评价的指标体系和分级标准,建立基于GRNN与RBF神经网络算法原理的生态环境脆弱性以及水资源承载力评价模型,采用内插法构造网络训练样本,对典型岩溶地区西畴县不同规划水平年生态环境脆弱性与水资源承载力进行评价分析。结果表明:①西畴县不同规划水平年生态环境脆弱性处于中度脆弱与强度脆弱之间,水资源承载力处于基本可承载与可承载之间,评价结果符合西畴县现状,可为岩溶地区生态环境治理和水资源开发利用提供参考。②GRNN与RBF网络模型对西畴县各水平年生态环境脆弱性与水资源承载力评价结果相同,表明研究建立的生态环境脆弱性与水资源承载力评价模型和评价方法均是合理可行的,同BP等网络算法相比,GRNN与RBF神经网络模型具有收敛速度快、预测精度高、调整参数少,不易陷入局部极小值等优点。     

多组群教学优化算法-神经网络-支持向量机组合模型在径流预测中的应用

采用5个标准测试函数对多组群教学优化(MGTLO)算法进行仿真验证,并将仿真结果与基本教学优化(TLBO)算法、混合蛙跳算法(SFLA)、差分进化(DE)算法和粒子群优化(PSO)算法的仿真结果进行对比。利用MGTLO算法搜寻基于广义回归神经网络(GRNN)、径向基神经网络(RBF)、支持向量机(SVM)模型单元的组合模型的最佳模型参数和组合权重系数,提出MGTLO-GRNN-RBF、MGTLO-GRNN-SVM、MGTLO-RBF-SVM、MGTLO-GRNN-RBF-SVM 4种组合预测模型,以新疆伊犁河雅马渡水文站和云南省某水文站年径流量预测为例进行了实例分析,并将预测结果与MGTLO-GRNN、MGTLO-RBF、MGTLO-SVM和GRNN、RBF、SVM 6种单一模型的结果进行对比分析。结果表明:MGTLO算法寻优精度优于TLBO、SFLA、DE和PSO算法,具有较好的收敛速度和全局极值寻优能力;组合模型融合了MGTLO算法与GRNN、RBF、SVM模型单元的优点,在预测精度、泛化能力等方面均优于单一模型;MGTLO算法能有效优化各组合模型的相关参数和权重系数,MGTLO-GRNN-RBF-SVM模型预测精度最高。     

基于主成分分析的GA-BP模型在城市需水预测中的应用研究

针对城市需水预测模型中需水量影响因子多、影响因子之间普遍存在多重共线问题,以及BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优等缺点,提出一种由主成分分析、遗传算法及BP神经网络三者相结合的改进预测模型。以泰州市为实例,建立以主成分分析筛选需水量主要影响因子,遗传算法优化BP网络连接权值和阈值的需水预测模型,预测结果与BP神经网络预测模型预测结果做对比。结果表明:改进预测模型对泰州市2003-2014年需水量预测的平均相对误差为0.564%,最大相对误差为1.681%,精度优于BP神经网络预测模型;改进预测模型预测值与实际泰州市需水量吻合良好且训练速度更快、预测精度更高,可作为需水预测的一种有效方法。     

基于改进型BP神经网络马尔科夫模型的区域需水量预测

为提高需水量预测的精确度,应用了一种BP神经网络与马尔科夫相结合的预测模型,介绍了它的基本原理及算法,并给出了该模型建立的具体过程,最后该模型被应用于需水量预测工作中,计算证明取得了较好的效果。     

基于随机森林模型的需水预测模型及其应用

为解决需水预测模型精度问题,尝试基于随机森林模型的分类和回归功能构建需水预测模型。以苏州市需水量预测为研究实例,首先应用随机森林模型的分类功能将需水预测因子分类,经计算发现第一产业比例、人口、灌溉面积、万元产值用水量和国民经济生产总值为最重要的解释变量。在此基础上,用随机森林模型的回归功能对需水进行预测,同时采用相同的训练数据建立基于BP神经网络和RBF神经网络的需水预测模型,通过对比3个模型的预测结果,发现随机森林模型能有效预测需水量,且精度较高。     

基于极限学习机的长江流域水资源开发利用综合评价

为能客观、准确地对长江流域水资源开发利用进行综合评价,利用层次分析法构建了符合长江流域水资源开发利用现状的综合评价指标体系和分级标准,基于极限学习机(ELM)算法原理,构建了ELM水资源开发利用综合评价模型对长江流域及主要水系水资源开发利用进行综合评价,并构建RBF、BP神经网络模型作为对比评价模型。采用随机内插的方法在各评价分级标准阈值间生成训练样本和检验样本,在达到预期评价精度后将模型运用于长江流域水资源开发利用综合评价中。结果表明:ELM水资源开发利用综合评价模型对长江流域及主要水系水资源开发利用综合评价等级为4～8级,处于有潜力至失衡之间,与长江流域各主要水系水资源开发利用现状相符;该模型的评价精度和泛化能力均优于RBF及BP神经网络评价模型,是合理可行和有效的,可应用于长江流域水资源开发利用综合评价,具有参数选择简便、评价精度高、泛化能力强等优点。     

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。     

证据理论融合蚁群神经网络的水质预测方法

为了提高水质指标预测的精度,提出了证据理论和蚁群神经网络相结合的组合预测方法。用蚁群神经网络作为单一模型对水质指标进行预测,再由BP、RBF网络对预测误差进行分析建模,获取每个模型的可信度。利用证据理论获取单一模型的权值,实现水质指标的组合预测。该方法克服了常规BP算法收敛速度慢、易陷入局部极值的缺陷,能有效提高预测精度。     

应用优化神经网络算法预报地下水位

根据地下水及其影响因素之间存在的映射关系，在BP网络模型的基础上，提出一种Levenberg-Marquart优化神经网络算法，并用于地下水位的预测．与传统的BP算法相比较，该算法的预测精度较高，计算结果稳定性好，收敛速度快．