洪水預報系統中實時校正模型的優選方法
2023-12-08 17:52:26
專利名稱：洪水預報系統中實時校正模型的優選方法
技術領域：
本發明涉及一種對洪水預報系統中的實時校正模型進行優選的方法，屬於洪水預
報技術領域。
背景技術：
在水庫的洪水調度及發電調度中，為了對瞬息萬變的水情做出快速準確的分析和 預報，一般都設有洪水預報系統(根據客觀水文規律以及水、雨、工情等信息對未來水文現 象進行預測的系統)。隨著現代計算機及通信技術的發展，使得水情信息的採集、傳輸處理、 預報數學模型的計算分析、預報信息的發布服務等環節可以聯為一體，又加上控制理論的 實時預報技術大量引入到洪水預報中來，實現自動的實時校正，以解決單純用數學模型計 算以至在許多時候與實際出入過大的問題，從而構建出各種聯機實時水文預報系統，也叫 實時洪水預報系統。 現有的各種實時洪水預報系統的工作流程如圖1所示，在洪水預報過程中一般都 需要進行實時校正步驟以提高預報精度，而進行實時校正步驟時常用的實時校正模型有 基於預報誤差序列的濾波解法模型、基於卡爾曼濾波的馬斯京根矩陣解法模型和反饋模擬 解法模型等。目前在我國，大量的研究主要圍繞實時校正的算法模型本身的改進。但是相關 研究表明，各類實時校正的算法模型均存在一定的適用範圍，同時受到洪水預報模型及洪 水特性的影響，不同實時校正的算法模型及其參數往往只對某些特定洪水過程的預報精度 較高。現有實時洪水預報系統在提供給用戶時，通常由用戶手動選定一種實時校正的算法 模型，在選定並長期在線運行後面對多場不同特性洪水時，用戶不會也難以選擇變更其他 算法模型。因此，現有實時洪水預報系統在面對多場不同特性洪水時，其預報過程的預報精 度常常不穩定，甚至出現部分場次洪水預報過程經實時校正後，預報精度反而下降的情況。
發明內容
本發明解決的技術問題是提出一種對洪水預報系統中實時校正模型進行優選的 方法，運用該方法應當能夠提高洪水預報系統在面對多場不同特性洪水時的預報精度。
為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是一種洪水預報系統中實時校 正模型的優選方法，包括以下步驟 1)根據不同流域特性，為洪水預報系統配置審小二種現有實時柃lH樽型，同時根
據預報要求，為洪水預報系統從現有洪水預報精度評價指標中選定M^Mt!IM ; 2)洪水預報系統初始化參數，針對當前流域，從洪水預報系統的預報時刻起向前
柚取一時段作為試預報時段; 3)將所沭實時校lH樽型分別運用於所沭試預報時段，講行試實時校lH預報,得到l i式輔駐予頁報流氳 所述試實時校正預報流量是 一 根據當前流域的在試實時校正預報開始之前的這
預報前實測l流量和洪水預報系統i十覚屮,的當前流域的實時i十覚流量，由實時柃iH樽型計覚出的當前流域的流量， 所述試預報前實測流量是 一 由現有遙測系統採集並計算出當前流域在實時校lH 樽型計覚起始時刻與試預報時段起始時刻之間的流量; 4)對所述試實時校正預報流量分別統計其所述精度評價指標的數值，選出M^M
髓fe浦Jl優鍾輔駐予頁報流靴鍾白嫂,lH禾糊乍M優'輔駐禾紙
本發明的有益效果是通過使洪水預報系統在實際預報之前先運用多種現有皿
柃iH樽型講行多次試實時柃iH預報並得到多個試實時柃iH預報流量，再分別統計試實時柃 iH予麗腦勺《相麵介德白勺浦，^重斜M麵介德白勺浦，維屮Jl優靠 時校iH樽型。這樣，洪水預報系統就可以在實際預報時運用通過本發明選擇出的M^E ^iEMM對實際預報過程進行最優的實際實時校正預報，從而得到最適合當前流域洪水的 實際預報結果，同時提高洪水預報系統在實際預報時的精度。 上述技術方案的完善是:所沭試預報時段是與洪水預報系統實際預報時長相同的 第一時段和實時柃lH樽型計覚起始時刻與預報時刻之間的第二時段之一 ;當所述第二時段 大於實際預報時長時，所沭試預報時段是第一時段當所沭第二時段小於實際預報時長時，
所述試預報時段是第二時段。 上述技術方案的進一步完善之一是所述精度評價指標是確定性係數、洪峰流量 誤差、洪量誤差和洪峰滯時之一。 上述技術方案的進一步完善之二是所述精度評價指標是對確定性係數、洪峰流 量誤差、洪量誤差和洪峰滯時的組合進行歸一化處理形成的綜合指標。 上述技術方案的進一步完善之三是所述精度評價指標是確定性係數、洪峰流量 誤差、洪量誤差和洪峰滯時的兩種或兩種以上。 上述技術方案的更進一步完善是當所述最優實時校正模型是兩種或兩種以上 時，將其按組合權重進行組合；所述組合權重是依據預報評定要素採用權重算法確定，所述 預報評定要素是洪量和洪峰之一，所述權重算法是最優加權法、均方倒數法、離異係數法之
下面結合附圖對本發明的洪水預報系統實時校正的優選方法作進一步說明。
圖1是現有實時洪水預報系統的工作流程圖。
圖2是本發明實施例洪水預報系統實時校正模型的優選方法的流程圖。 圖3是本發明實施例洪水預報系統實時校正模型的優選方法對應的試實時校正
預報流量之一的曲線圖。 圖4是本發明實施例洪水預報系統實時校正模型的優選方法對應的試實時校正 預報流量之二的曲線圖。 圖5是本發明實施例洪水預報系統實時校正模型的優選方法對應的試實時校正 預報流量之三的曲線圖。 圖6是本發明實施例洪水預報系統實時校正模型的優選方法對應的實際預報流 量之一的曲線圖。 圖7是本發明實施例洪水預報系統實時校正模型的優選方法對應的實際預報流量之二的曲線圖。 圖8是本發明實施例洪水預報系統實時校正模型的優選方法對應的實際預報流 量之三的曲線圖。
具體實施方式
實施例 本實施例的洪水預報系統實時校正的優選方法，如圖2所示，具體按以下步驟進 行 1)根據不同流域特性，為洪水預報系統配置三種現有實時柃lH樽型，分別是皿 船去,、3其斤雄柳麵去,禾口微對隨去,附艮翻報棘，為洪水預報系
統從以下四種現有洪水預報精度評價指標中選定M^Mt!IM。
現有洪水預報精度評價指標一般有洪峰流量誤差(預報洪峰流量與實測洪峰沒
右
:的相對誤差)、洪量誤差(預報洪量與實測洪量的相對誤差)、洪峰滯時(預報洪峰出現
時間與實測洪峰出現時間的相差時長)、確定性係數(洪水預報流量過程與實測流量過禾
之間的吻合程度)，其中確定性係數按下式計算
'王
DC = 1
式中，DC-
y。(i)—— yc(i)—-K-----
一確定性係數(取2位小數) 實測值 預報值
實測值的均值
n-------資料序列長度
本實施例採用確定性係數作為精度評價指標。
2)洪水預報系統初始化參數，針對當前流域，從洪水預報系統的預報時刻起向前 抽取一時段作為試預報時段。 一般來說是抽取與洪水預報系統實際預報時長相同的第一時 段作為試預報時段如果上沭三種實時校iH樽型計算起始時刻與預報時刻之間的第二時段 小於實際預報時長,則抽取第二時段作為試預報時段(當第二時段小於實際預報時長時, 就只能選取第二時段作為試預報時段)。如圖3、圖4和圖5所示，設定預報時段間隔1小 時，確定實際預報時刻是2008年9月27日14時，實際預報時長是108小時(即從2008年 9月27日15時至2008年10月2日2時)，設定上述三種實時校iH模型計算起始時刻是 2008年9月19日7時，則第一時段是108小時，第二時段(即從2008年9月19日7時至 2008年9月27日14時)是200小時。由於第二時段(200小時)大於實際預報時長(108 小時)，因此，本實施例選取第一時段(即從2008年9月23日3時至2008年9月27日14 時)108小時作為試預報時段。 3)將上述三種實時校iH模型分別運用於上述選取的試預報時段進行試實時校iH 皿，得到三個試實時校iH預報流量。 試實時校iH預報流暈是—根據當前流域在試實時校iH預報開始之前的試預報前 實測流量和洪水預報系統計算出的當前流域的實時計算流量,由實時校iH樽型計算出當前
流域的試實時校iH預報流^
運用三種實時校iH模型進行試實時校iH預報得到的三個試實
5時校iH預報流量的過稈曲線分別如圖3、圖4和圖5中所示的曲線L3、曲線L4和曲線L5 ;運 用三種實時校iH樽型講行試實時校iH預報時的實時計算流量的過稈曲線如圖3、圖4和圖5 中所示的同一曲線L1。 試預報前實測l流量是 一 由現有遙測系統採集並計算出當前流域在實時柃iH樽型 計覚起始時刻與試預報時段(即第一時段)起始時刻之間(即圖中從2008年9月19日7 時至2008年9月23日2時)的流量，該流量的過程曲線在圖3、圖4和圖5中均是同一曲 線L2 ; 4)對三個試實時校iH預報流量分別統計其各自的確定性係數的數值，選出確定性 係數數值最優(即最高，確定性係數越高表示洪水預報流量過程與實測流量過程之間的吻 合程度越好)的試實時柃iH預報流量所對應的實時柃iH樽型作為最優實時柃iH樽型。具體 如下 分別計算三種實時校正模型的試校正預報流量的確定性係數，其中運用M^Mi 樽型得到的試實時柃iH預報流量的確定件係數數倌為0. 85，運用馬斯京根矩陣解法樽型得 到的試實時柃iH預報流量的確定件係數數倌為0. 75，運用反饋樽擬解法樽型得到的試實時 柃iH預報流量的確定件係數數倌為0. 90，可見，運用反饋樽擬解法樽型得到的試實時柃if MM1:的確定性係數數值最高。另外，運用三種實時校iH樽型講行試實時校iH預報時的 試預報實測l流量的討i罕曲線如圖3、圖4和圖5中所示的同一曲線L2'，試預報實測l流量 是 一 由現有遙測系統採集並計算出當前流域在試預報時段(即圖3、4、5中從2008年9月 23日3時至2008年9月27日14時)的流量；通過對比曲線L 3、 L4、 L5與曲線L2'的吻 合程度可以看出，曲線L5與曲線L2'最為吻合。因此，本實例選擇確定性係數數值最高的 試實時校iH預報流量所對應的反饋樽擬解法樽型作為最優實時校iH樽型，用於以後洪水預 報系統並實際預報時段的實際實時校iH。 採用本實施例詵出反饋樽擬解法樽型後,將該樽型運用於洪水預報系統實際預報 時段(從2008年9月27日15時以後至2008年10月2日2時)進行實際實時校iH的情 況如圖6所示,得到實際實時預報校iH流量的過稈曲線是L5',經統計計算該實際實時預 報校iH流暈的確定性係數的數倌為0. 98。為了與前述試實時校iH預報進行對比，本實施例 同時又在洪水預報系統中分別運用濾波解法樽型和馬斯京根矩陣解法樽型講行實際預報 時段的實際實時校lH，如圖7和圖8所示，從2008年9月27日15時以後至2008年10月 2日2時的一段實際實時預報校iH流暈的過程曲線分別是L3'和L4'，其確定性係數的數 值經計算分別為0. 93和0. 60。顯然,在洪水預報系統的實際預報時段,運用反饋樽擬解法 模型得到的實際實時預報校iH流暈的確定性係數數倌也是最高的。另外，在2008年10月2 日2時之後可以獲得實際預報時段的實際實時預報實測l流量,該實際預報實測l流量的過禾呈 曲線如圖6、圖7、圖8所示的同一曲線L2〃 ；通過對比曲線L3' 、L4'和L5'與曲線L2〃 的吻合程度可知，曲線L5'與曲線L2〃最為吻合。這樣就可以證明，通過採用本實施例洪 水預報系統實時校iH的優詵方法詵出的反饋樽擬解法樽型是最優實時校iH樽型。
本實施例的洪水預報系統實時校正的優選方法具有以下特點
(I)根據流域特性，實時校lH模型可自由配置、增刪；
②優選目標可根據預報需求任意選取； ③每次在線預報時，本實施例的優選方法可以自適應自動運行，以獲得當前流域
6最話合的一種實時柃iH樽型或兩種及以卜.的實時柃iH樽型的會目合作為最優實時柃iH樽 型； ④整個流域的各個子流域可以獨立詵擇各自適宜的實時校lH樽型。 本發明的洪水預報系統實時校正的優選方法不局限於上述實施例所述的具體技
術方案，對於上述實施例中的一些變化是可以顯而易見的，比如(1) ^MiEMM也可以
不局限於上述實施例的三種模型，也可以是其中的兩種模型，或增加到四種模型或更多種
模型，但至少應是二種；(2)精度評價指標也可以詵定為洪峰流量誤差、洪量誤差和洪峰滯 時中的一種，或者選定為洪峰流量誤差、洪量誤差、洪峰滯時和確定性係數中任二種或二種 以上的組合進行歸一化處理形成的綜合指標，或者選定為洪峰流量誤差、洪量誤差、洪峰滯 時和確定性係數中二種或二種以上的多個指標；(3)第4)歩驟中詵屮,的最優實時柃iH樽型 也可以是兩種或兩種以上，當詵出的最優實時校lH樽型是兩種或兩種以上時，可以將這兩 種或兩種以上的最優實時校lH樽型按組合權重講行組合後運用於洪水預報系統的實際預 報時段的實際實時校iH,組合權重一般是依據預報評定要素採用權重算法確定，預報評定 要素可以是洪量和洪峰之一，權重算法可以是最優加權法、均方倒數法、離異係數法之一； 等等。凡採用等同替換形成的技術方案均為本發明要求的保護範圍。
權利要求
一種洪水預報系統中實時校正模型的優選方法，其特徵在於包括以下步驟1)根據不同流域特性，為洪水預報系統配置至少二種現有實時校正模型，同時根據預報要求，為洪水預報系統從現有洪水預報精度評價指標中選定精度評價指標；2)洪水預報系統初始化參數，針對當前流域，從洪水預報系統的預報時刻起向前抽取一時段作為試預報時段；3)將所述實時校正模型分別運用於所述試預報時段，進行試實時校正預報，得到試實時校正預報流量，所述試實時校正預報流量是--根據當前流域的在試實時校正預報開始之前的試預報前實測流量和洪水預報系統計算出的當前流域的實時計算流量，由實時校正模型計算出的當前流域的流量，所述試預報前實測流量是--由現有遙測系統採集並計算出當前流域在實時校正模型計算起始時刻與試預報時段起始時刻之間的流量；4)對所述試實時校正預報流量分別統計其所述精度評價指標的數值，選出精度評價指標數值最優的試實時校正預報流量所對應的實時校正模型作為最優實時校正模型。
2. 根據權利要求1所述洪水預報系統中實時校正模型的優選方法，其特徵在於所述試預報時段是與洪水預報系統實際預報時長相同的第一時段和實時校正模型計算起始時刻與預報時刻之間的第二時段之一 ；當所述第二時段大於實際預報時長時，所述試預報時段是第一時段；當所述第二時段小於實際預報時長時，所述試預報時段是第二時段。
3. 根據權利要求2所述洪水預報系統中實時校正模型的優選方法，其特徵在於所述精度評價指標是確定性係數、洪峰流量誤差、洪量誤差和洪峰滯時之一。
4. 根據權利要求2所述洪水預報系統中實時校正模型的優選方法，其特徵在於所述精度評價指標是對確定性係數、洪峰流量誤差、洪量誤差和洪峰滯時的組合進行歸一化處理形成的綜合指標。
5. 根據權利要求2所述洪水預報系統中實時校正模型的優選方法，其特徵在於所述精度評價指標是確定性係數、洪峰流量誤差、洪量誤差和洪峰滯時的兩種或兩種以上。
6. 根據權利要求1、2或5所述洪水預報系統中實時校正模型的優選方法，其特徵在於當所述最優實時校正模型是兩種或兩種以上時，將其按組合權重進行組合；所述組合權重是依據預報評定要素採用權重算法確定，所述預報評定要素是洪量和洪峰之一，所述權重算法是最優加權法、均方倒數法、離異係數法之一。
全文摘要
本發明涉及一種洪水預報系統中實時校正模型的優選方法，屬於洪水預報技術領域。該優選方法包括先為洪水預報系統配置至少二種現有實時校正模型並選定精度評價指標；系統初始化後，從洪水預報系統的預報時刻起向前抽取一時段作為試預報時段；將實時校正模型分別運用於試預報時段進行試實時校正預報，得到試實時校正預報流量；對試實時校正預報流量分別統計其精度評價指標，選出精度評價指標最優的試實時校正預報流量所對應的實時校正模型作為最優實時校正模型。該優選方法通過運用多種現有實時校正模型先進行多次試實時校正預報，從而優選出洪水預報系統適合當前流域洪水的實時校正模型，進而提高洪水預報系統在實際預報時的精度。
文檔編號G08B21/00GK101794495SQ201010106038
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者丁傑, 李春紅, 王建平, 王文鵬, 黃春雷 申請人:國網電力科學研究院