专利名称：一种预测降雨量和径流量相似度的模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种预测降雨量和径流量相似度的模型，属于气象监测技术领域。
背景技术：
近来由于河道及水文情势的变化，土壤侵蚀、泥沙淤积、水质污染、生物多样性的丧失和其他跨国界问题引起了国际社会的广泛关注。在过去的半个多世纪中，森林砍伐、水土流失、气候变化、人类活动等影响成为自然灾害的根本原因。保护、合理管理和利用水资源成为国家层面战略规划的关键问题。据知，降雨是水资源的主要来源，同时降雨量与径流量呈一致性正相关，然而，这种相关性往往显示出大的波动。另外，气候变化和人类活动对生态环境的共同作用要对2001年来降雨量和径流量关系的变化负主要责任。在水文方面，降雨量与径流量之间的关系是许多学者多年来不断探索的重要课题，之前的研究主要聚焦于降雨量与径流量的关系模型，这些模型一般是在给定一个降雨量序列的情况下对径流量进行模拟，这些研究大多显示降雨量与径流量具有相似的变化。笔者认为，这种相似性是不可避免的。但是在不同的地区，由于复杂的气候和人类活动的影响降雨量和径流量的相关系数呈现一定的波动。事实上，相似的降雨量和径流量由于生态环境恶化和人类活动的影响变得越来越突出，探索一些降雨量与径流量相似的规律性的波动是一个非常有趣和富有挑战性的工作。为给气象部门提供参考，对某地区的水文情况起指导作用，利用以往降雨量和径流量数据，构建降雨量和径流量相似度的模型具有一定的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为气象部门提供参考，构建一种具有较高的应用价值的、简单易行的预测降雨量与径流量相似度的模型。本发明是采用现有的技术小波阀值去噪法去噪，再运用数学中常用的线性变换对去噪后的降雨量和径流量数据进行归一化处理，再计算归一化后降雨量和径流量数据之间的欧式距离之和的最小值，并用现有的最小二乘法拟合降雨量和径流量的相似度函数。本发明通过下列技术方案实现一种预测降雨量和径流量相似度的模型，包括下列各步骤
(1)利用水文站监测获得降雨量和径流量数据，采用现有的技术小波阀值去噪法将水文站点收集到的降雨量和径流量数据进行去噪处理，即通过调节现有软件matlab中的小波去噪函数wden的阀值得到同一降雨量或径流量输入信号的不同去噪信号，并用输入信号与各去噪信号分别计算信噪比(信噪比越大，说明混在输入信号里的噪声越小，也就是说信噪比越大越好)，比较各信噪比大小，选取使信噪比最大的小波阀值作为去噪阀值，从而得到去噪效果最好的降雨量和径流量数据；
(2)对步骤(I)采集的数据采用数学中常用的线性变换对去噪后的降雨量和径流量数据进行归一化处理，即将去除单位后无量纲的降雨量和径流量数据以年为时间间隔表示在同一平面直角坐标系中；
(3)对步骤(2)采集的数据采用数学中常用的欧氏距离公式构建降雨量和径流量之间的相似性模型，即通过计算归一化处理后的降雨量和径流量之间的欧氏距离，求得连续几年内的欧式距离之和，然后计算欧氏距离之和的最小值，用以衡量降雨量和径流量的相似度；
(4)将步骤(3)中得出的数据采用现有的最小二乘法，运用常用的matlab软件，拟合出降雨量和径流量的相似度函数，用以评估降雨量和径流量的相似度。为使去噪后的降雨量和径流量数据具有可参照性，运用数学中常用的线性变换将去除单位后无量纲的降雨量和径流量数据以年为时间间隔表示在同一平面直角坐标系中，从而完成降雨量和径流量数据的归一化处理。运用现有的欧式距离计算公式，计算归一化处理后的降雨量和径流量之间的欧氏距离，求得连续几年内的欧式距离之和，然后计算欧氏距离之和的最小值，用以衡量降雨量和径流量的相似度。通过现有的matlab软件，利用现有的最小二乘法，拟合出降雨量和径流量的相似度函数，用以评估降雨量和径流量的相似度。本发明具备的效果和优点
1、构建了一个基于降雨量与径流量之间的欧氏距离的相似度模型；
2、本发明的预测模型简单易行，可以灵敏、快速、可靠地预测某地区的降雨量和径流量的相似度，对于很多地区的气象部门都有可参考和应用的价值，给它们提供参考，对某地区的水文情况，起到指导作用。本发明的预测模型适用于所有地区的降雨量与径流量的相似度预测。一方面为气象部门提供参考，对某地区的水文情况，起到指导作用；另一方面可根据降雨量与径流量相似度的变化情况，监测某地区的气候环境变化，分析人类活动的影响，生态环境的破坏情况。
图1为本发明的降雨量原始数据；
图2为本发明的径流量原始数据；
图3为本发明的小波阀值降噪后的降雨量数据；
图4为本发明的小波阀值降噪后的径流量数据；
图5为本发明的变换后的降雨量和径流量数据；
图6为本发明的拟合初始的数据的相似性函数；
图7为本发明的去噪的数据的相似性函数。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。为了解某地区降雨量和径流量相似度的变化情况，监测该地区的气候环境变化，分析人类活动的影响以及生态环境的破坏情况，构建了一种预测降雨量和径流量相似度的模型。从气象部门得到该地区降雨量和径流量每日测量的10年(从2001至2010年)水文数据(如图1所示)，运用小波阀值去噪法去噪，由于信噪比等于输入信号与噪声之比，噪声无法直接度量，所以用输入信号与其去噪信号之差表示噪声，而信噪比越大，说明混在输入信号里的噪声越小，也就是说信噪比越大越好。通过调节matlab中现有小波去噪函数wden的阀值得到同一降雨量或径流量输入信号的不同去噪信号，并用输入信号与各去噪信号分别计算信噪比，比较各信噪比大小，通过比较降雨量和径流量最大的信噪比分别为18. 31和64. 25，故选取其对应的小波阀值作为去噪阀值，从而得到该地区降雨量和径流量去噪后的水文数据(如图2所示)。为使去噪后的降雨量和径流量数据具有可参照性，运用数学中常用的线性变换将去除单位后无量纲的降雨量和径流量10年数据以线性折线的形式表示在同一平面直角坐标系中，实现去噪后降雨量和径流量数据的归一化处理，得到变换后的降雨量和径流量数据(如图3所示)。通过计算从2001年至2010年的降雨量和径流量的欧式距离发现降雨量和径流量之间相似关系后，采用现有的最小二乘法拟合出降雨量和径流量的相似度函数为Y=20X-100，且降雨量和径流量去噪前后的相关系数分别为O. 982和O. 983(如图4所示)。通过以上简单易行的操作过程，本预测模型灵敏、快速、可靠地预测出了该地区降雨量和径流量的相似度。
权利要求
1.一种预测降雨量和径流量相似度的模型，其特征在于包括下列各步骤 (1)利用水文站监测获得降雨量和径流量数据，采用现有的技术小波阀值去噪法将水文站点收集到的降雨量和径流量数据进行去噪处理，即通过调节现有软件matlab中的小波去噪函数wden的阀值得到同一降雨量或径流量输入信号的不同去噪信号，并用输入信号与各去噪信号分别计算信噪比(信噪比越大，说明混在输入信号里的噪声越小，也就是说信噪比越大越好)，比较各信噪比大小，选取使信噪比最大的小波阀值作为去噪阀值，从而得到去噪效果最好的降雨量和径流量数据； (2)对步骤(I)采集的数据采用数学中常用的线性变换对去噪后的降雨量和径流量数据进行归一化处理，即将去除单位后无量纲的降雨量和径流量数据以年为时间间隔表示在同一平面直角坐标系中； (3)对步骤(2)采集的数据采用数学中常用的欧氏距离公式构建降雨量和径流量之间的相似性模型，即通过计算归一化处理后的降雨量和径流量之间的欧氏距离，求得连续几年内的欧式距离之和，然后计算欧氏距离之和的最小值，用以衡量降雨量和径流量的相似度； (4)将步骤(3)中得出的数据采用现有的最小二乘法，运用常用的matlab软件，拟合出降雨量和径流量的相似度函数，用以评估降雨量和径流量的相似度。
2.根据权利要求1所述的一种预测降雨量和径流量相似度的模型，其特征在于为使去噪后的降雨量和径流量数据具有可参照性，运用数学中常用的线性变换将去除单位后无量纲的降雨量和径流量数据以年为时间间隔表示在同一平面直角坐标系中，从而完成降雨量和径流量数据的归一化处理。
3.根据权利要求1所述的一种预测降雨量和径流量相似度的模型，其特征在于运用现有的欧式距离计算公式，计算归一化处理后的降雨量和径流量之间的欧氏距离，求得连续几年内的欧式距离之和，然后计算欧氏距离之和的最小值，用以衡量降雨量和径流量的相似度。
4.根据权利要求1所述的一种预测降雨量和径流量相似度的模型，其特征在于通过现有的matlab软件，利用现有的最小二乘法，拟合出降雨量和径流量的相似度函数，用以评估降雨量和径流量的相似度。
全文摘要
本发明提供了一种预测降雨量和径流量相似度的模型，采用现有的技术小波阀值去噪法去噪，再运用数学中常用的线性变换对去噪后的降雨量和径流量数据进行归一化处理，再计算归一化后降雨量和径流量数据之间的欧式距离之和的最小值，并用现有的最小二乘法拟合降雨量和径流量的相似度函数。本发明适用于所有地区的降雨量与径流量的相似度预测。一方面为气象部门提供参考，对某地区的水文情况，起到指导作用；另一方面可根据降雨量与径流量相似度的变化情况，监测某地区的气候环境变化，分析人类活动的影响，生态环境的破坏情况。
文档编号G06F17/50GK103020390SQ20121058933
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者桑秀丽, 徐建新, 苏俞真, 肖汉杰, 高松 申请人:昆明理工大学