展延水库后续来水的动态数据挖掘方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明一种展延水库后续来水的动态数据挖掘方法及系统，所述方法包括如下步骤：对历史洪水按调度期内总水量大小进行排频，根据总水量频率阈值将历史洪水分为若干个量级；对历史洪水资料作标准化处理；选择洪水相似性指标，并将各个指标进行组合，形成不同的洪水相似性指标组合方案；相似洪水动态识别，构建相似洪水集；相似洪水选取；相似洪水展延。本发明通过相似洪水的动态识别与展延预估了水库的后续来水过程和水量，有效地弥补了当前洪水预报预见期过短的问题。
【专利说明】展延水库后续来水的动态数据挖掘方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于水利工程领域中的水库实时防洪调度技术，尤其涉及一种展延水库后 续来水的动态数据挖掘方法及系统。
【背景技术】
[0002] 对于实时防洪调度而言，水库后续来水的预测对其具有重要意义，因此需要结合 实时洪水预报的成果来指导防洪调度决策。然而限于技术水平，目前的洪水预报只能在有 限预见期内给出满足精度的洪水预报结果，难以满足水库实时防洪调度的要求。
[0003] 为了解决洪水预报预见期过短的问题，目前主要有两条途径：
[0004] 第一条途径：采用短期气象预报与产汇流模型相耦合的方法进行洪水预报，该方 法虽然能够在一定程度上延长洪水预报的预见期，但是考虑到降雨的时空分配具有较强的 随机性特点，其应用效果欠佳。
[0005] 第二条途径：对历史洪水进行归类和洪水相似性识别，已有的研究均基于洪水全 过程，所选择的相似性评价指标（暴雨笼罩面积、暴雨总历时、洪水重现期、洪水组成等）都 是在洪水全过程之后才能获得，无法满足水库实时防洪调度的要求，不具有实用价值。
[0006] 此外，不同量级的洪水存在不同的内在机制差别，具体表现为不同量级的洪水在 前期降雨时空分布、区间来水、前期土壤含水量等因素上具有较大的差异，而现有的技术均 未涉及分量级的相似洪水识别研究。在部分缺资料地区，由于洪水相似性指标的资料不完 备，因此缺资料地区的相似洪水的识别和展延也是亟需解决的问题。
【发明内容】
[0007] 发明目的：一个目的是提供一种展延水库后续来水的动态数据挖掘方法，以解决 当前洪水预报预见期过短而无法满足水库实时防洪调度的要求的问题。
[0008] 进一步的目的是提供一种展延水库后续来水的动态数据挖掘系统，以实现上述方 法。
[0009] 技术方案：一种展延水库后续来水的动态数据挖掘方法，包括如下步骤：
[0010] 对历史洪水按调度期内总水量大小进行排频，根据总水量频率阈值将历史洪水分 为若干个量级；对历史洪水资料作标准化处理；选择洪水相似性指标，并将各个指标进行 组合，形成不同的洪水相似性指标组合方案；相似洪水动态识别，构建相似洪水集；相似洪 水选取；相似洪水展延。
[0011] 进一步的实施例中，包括如下步骤：
[0012] 步骤1 :对历史洪水按调度期内总水量大小进行排频，根据总水量频率阈值将历 史洪水分为若干个量级，将已经出现时长的时段累积水量在历史洪水数据库中同等时长的 时段累积水量序列中排频，在相应的数据中进行相似洪水检索，获取相关历史洪水资料数 据；
[0013] 步骤2 :对历史洪水资料做标准化处理，以每一场历史洪水降雨开始时刻作为原 点，将历史洪水发生的绝对时间转换为时序；
[0014] 步骤3 :选择洪水相似性指标，并将各个指标进行组合，形成不同的洪水相似性指 标组合方案，所述洪水相似形指标包括起涨流量、时段累积降雨量和时段累积水量；
[0015] 步骤4 :相似洪水动态识别，构建相似洪水集，将历史若干场洪水各自视为一类， 计算各类之间的距离，将距离最小的两个类合并成一个新类，然后在新的类别的分化下，重 新计算各类之间的距离，再将距离最小的两个类合并成一个新类，直到所有模式聚成两类 为止；
[0016] 步骤5 :选取相似洪水；若处于涨洪段或仍有较大的后续降雨，则从相似洪水集中 选择历时长、洪量大的相似洪水或取相似洪水集的外包线；若处于降雨过程的尾部，则从相 似洪水集中选择历时短、洪量小的相似洪水或取相似洪水集的内包线；其他情况则选择相 似洪水集的平均过程；
[0017] 步骤6 :相似洪水展延；在实时洪水预报预见期内，采用实时洪水预报的成果；在 预见期外，从相似洪水集中选择相似洪水进行拼接。
[0018] 构建相似洪水集的步骤进一步包括：
[0019] 步骤41、初始化分类，选取历史N场资料较为齐全的洪水，计算各场洪水K个相似 性指标数值，将历史N场洪水各自视为一类，记为和 ((1) = {Xi}i = 1，2, "·，Ν，N、K为自然 数；
【权利要求】
1. 一种展延水库后续来水的动态数据挖掘方法，其特征在于，包括如下步骤： 对历史洪水按调度期内总水量大小进行排频，根据总水量频率阈值将历史洪水分为若 干个量级；对历史洪水资料作标准化处理；选择洪水相似性指标，并将各个指标进行组合， 形成不同的洪水相似性指标组合方案；相似洪水动态识别，构建相似洪水集；相似洪水选 取；相似洪水展延。
2. 如权利要求1所述的展延水库后续来水的动态数据挖掘方法，其特征在于，进一步 包括如下步骤： 步骤1 :对历史洪水按调度期内总水量大小进行排频，根据总水量频率阈值将历史洪 水分为若干个量级，将已经出现时长的时段累积水量在历史洪水数据库中同等时长的时段 累积水量序列中排频，在相应的数据中进行相似洪水检索，获取相关历史洪水资料数据； 步骤2 :对历史洪水资料做标准化处理，以每一场历史洪水降雨开始时刻作为原点，将 历史洪水发生的绝对时间转换为时序； 步骤3 :选择洪水相似性指标，并将各个指标进行组合，形成不同的洪水相似性指标组 合方案，所述洪水相似形指标包括起涨流量、时段累积降雨量和时段累积水量； 步骤4 :相似洪水动态识别，构建相似洪水集，将历史若干场洪水各自视为一类，计算 各类之间的距离，将距离最小的两个类合并成一个新类，然后在新的类别的分化下，重新 计算各类之间的距离，再将距离最小的两个类合并成一个新类，直到所有模式聚成两类为 止； 步骤5 :选取相似洪水；若处于涨洪段或仍有较大的后续降雨，则从相似洪水集中选择 历时长、洪量大的相似洪水或取相似洪水集的外包线；若处于降雨过程的尾部，则从相似洪 水集中选择历时短、洪量小的相似洪水或取相似洪水集的内包线；其他情况则选择相似洪 水集的平均过程； 步骤6 :相似洪水展延；在实时洪水预报预见期内，采用实时洪水预报的成果；在预见 期外，从相似洪水集中选择相似洪水进行拼接。
4.如权利要求1所述的展延水库后续来水的动态数据挖掘方法，其特征在于，所述相 似洪水延展步骤进一步包括： 对于洪水拼接时刻实时预报值与相似洪水流量值不一致的情况，采用整体平移相似洪 水过程的方法实现平滑衔接，可采用以下公式进行计算：
5.如权利要求1至4任一项所述的展延水库后续来水的动态数据挖掘方法，其特征在 于，还包括步骤7 : 评价洪水展延效果；通过后续水量展延增益率和确定性系数增量评价洪水展延效果； 后续水量展延增益率采用以下公式进行计算：
其中，(t)为实测洪水过程；T为调度期，h为当前时刻，Q(t)为实时洪水预报的流 量过程；Q2(t)为相似洪水展延流量过程； 确定性系数增量采用以下公式进行计算： Δ DC = DC2-DC 其中，DC2为相似性展延洪水过程的确定性系数；DC为实时预报洪水过程的确定性系 数； 分别采用以下公式进行计算：
6. -种展延水库后续来水的动态数据挖掘系统，其特征在于，包括如下模块： 排频分类模块，用于对历史洪水按调度期内总水量大小进行排频，并根据总水量频率 阈值将历史洪水分为若干个量级； 标准化处理模块，用于对历史洪水资料作标准化处理； 相似性指标选取模块，用于选择洪水相似性指标，并将各个指标进行组合，形成不同的 洪水相似性指标组合方案； 相似洪水动态识别模块，用于相似洪水的动态识别； 相似洪水集构建模块，用于构建相似洪水集； 相似洪水选取模块，用于相似洪水的选取； 相似洪水展延模块，用于相似洪水展延。
7.如权利要求6所述的展延水库后续来水的动态数据挖掘系统，其特征在于，进一步 为： 排频分类模块：用于对历史洪水按调度期内总水量大小进行排频，根据总水量频率阈 值将历史洪水分为若干个量级，将已经出现时长的时段累积水量在历史洪水数据库中同等 时长的时段累积水量序列中排频，在相应的数据中进行相似洪水检索，获取相关历史洪水 资料数据； 标准化处理模块：用于对历史洪水资料做标准化处理，以每一场历史洪水降雨开始时 刻作为原点，将历史洪水发生的绝对时间转换为时序； 相似性指标选取模块：用于选择洪水相似性指标，并将各个指标进行组合，形成不同的 洪水相似性指标组合方案，所述洪水相似形指标包括起涨流量、时段累积降雨量和时段累 积水量； 相似洪水动态识别模块：用于相似洪水动态识别，构建相似洪水集，将历史若干场洪水 各自视为一类，计算各类之间的距离，将距离最小的两个类合并成一个新类，然后在新的类 别的分化下，重新计算各类之间的距离，再将距离最小的两个类合并成一个新类，直到所有 模式聚成两类为止； 相似洪水选取模块：用于选取相似洪水，具体地，若处于涨洪段或仍有较大的后续降 雨，则从相似洪水集中选择历时长、洪量大的相似洪水或取相似洪水集的外包线；若处于降 雨过程的尾部，则从相似洪水集中选择历时短、洪量小的相似洪水或取相似洪水集的内包 线；其他情况则选择相似洪水集的平均过程； 相似洪水展延模块：用于相似洪水延展，在实时洪水预报预见期内，采用实时洪水预报 的成果；在预见期外，从相似洪水集中选择相似洪水进行拼接。
步骤45、构建相似洪水集，根据层次聚类分析的结果，取前若干场洪水构建相似洪水 集。
9.如权利要求6所述的展延水库后续来水的动态数据挖掘系统，其特征在于，所述相 似洪水展延模块进一步包括： 对于洪水拼接时刻实时预报值与相似洪水流量值不一致的情况，采用整体平移相似洪 水过程的方法实现平滑衔接，可采用以下公式进行计算：
【文档编号】G06F17/30GK104090974SQ201410344401
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】钟平安, 吴业楠, 朱非林, 万新宇, 徐斌 申请人:河海大学