基于Box-Cox变换与Lasso回归的支持向量回归模型在月径流预报中的应用

为进一步提高中长期径流预报的精度,从而为水库调度决策及水资源配置管理提供更可靠的信息支撑,针对径流序列的偏态性和非线性特点,将Box-Cox变换与Lasso回归引入支持向量回归(SVR)模型,构建基于Box-Cox变换与Lasso回归的支持向量回归月径流预报模型(BC-LSVR Model),在对原径流序列进行相空间重...     

不同流域的自回归径流预报效果对比

对未来月径流的可靠预报对于水力发电计划的制定和水资源调度管理具有重要的实际应用价值.由于相应预见期的气象预报不可靠以及月径流序列具有明显的非线性和随机性,导致已有模型的预报效果差异大,即使采用同一种模型,在不同流域的预报效果也显著不同.本文选取了自回归滑动平均(ARMA)模型、人工神经网络(ANN)模型和支持向量回归(SVR)模型这3种常见的径流预报模型对3个研究区域的未来一个月的径流进行预报,并用反映相对误差的平均绝对百分误差(MAPE)对预报效果进行了评估和对比分析.3个流域的预报效果对比分析表明预报效果与历史径流序列的变异系数CV以及一阶自相关系数Rlag1有关.此外,各月的径流预报的MAPE和该月历史月径流序列的CV以及Rlag1的绝对值|Rlag1|也显著相关,用CV和|Rlag1|拟合MAPE的决定系数为0.80.3个流域的流域特性分析则表明预报效果的差异本质上是由流域特性差异造成的,可以通过计算历史径流序列的CV、|Rlag1|判断是否适合运用数据驱动模型进行月径流预报.     

新安江模型和支持向量机模型实时洪水预报应用比较

选择新安江模型和支持向量机模型分别在浙江省、陕西省的4个流域进行实时洪水预报,并使用K-最近邻实时校正法对新安江模型预报结果实时校正,比较2种模型在不同流域的应用效果,其中选择确定性系数、峰现时间误差、洪峰相对误差和均方误差作为模型预报评价指标。进一步改变预报预见期并分析2种模型在不同预见期内的预报精度。研究结果表明,新安江模型和支持向量机模型在不同流域洪水预报中各有优势,支持向量机模型预报精度受降雨精度影响较大。当预报预见期较长时,新安江模型预报结果更好;随着预见期缩短,支持向量机模型预报精度显著提高,在短预见期实时预报中支持向量机模型优势更明显。在预报难度较大的半湿润半干旱流域,新安江模型和支持向量机模型在率定期和实时预报过程中均具有较高精度。     

基于预报因子聚类分级的日径流预报深度信念模型及应用

径流预报是水库运行调度的重要决策依据,提高入库径流预报精度,对水库优化调度和水资源高效利用具有重要意义.本文提出一种基于大样本数据分级策略的深度信念网络模型(Deep Belief Networks,DBN),以龙羊峡入库径流预报为例,采用Fuzzy C-means(FCM)聚类方法,将总样本训练集分为不同训练样本子集;不同样本子集下,对不同预报因子(只考虑降雨、考虑不同时期的降雨及同时考虑降雨及前期径流),分别建立DBN模型和人工神经网络模型(Artificial Neural Network,ANN),分析样本分级和考虑不同因子情况下不同模型的预报结果.结果表明:与不考虑预报因子分级的预报模型相比,基于时间序列聚类的预报模型显著提高了径流预报的精度;通过FCM聚类,将样本分为3类,考虑降雨及前期径流作为预报因子进行分级时,比只考虑降雨、考虑不同时期的降雨时建立的预报模型的预测精度更高.用该模型进行龙羊峡水库入流日径流预报,提高了预报精度,可为龙羊峡水库调度提供决策支持.     

滑动窗口二次自回归模型在径流预报中的应用

为提高径流预报精度,采用滑动窗口二次自回归模型进行径流中长期预报,提出自适应优化、平稳滑动窗口和均方根误差最小的综合选取模型参数的方法.实例应用结果表明:该方法不仅提高了模型的预报精度,而且保证了模型的稳定性;与人工神经网络模型相比,滑动窗口二次自回归模型的1步预报具有更高的精度,可用于中长期径流预报.     

基于多因子最近邻抽样回归模型的径流相似性预报

针对传统径流预报精度不高、预见期不足的问题,提出基于降雨、径流相似性的径流预报方法,采用大数据挖掘在历史降雨产流过程中搜索相似过程,预测后期径流最可能的过程线。为了延长径流预报预见期,实时接入降雨预报信息,提出3种径流滚动预报方式,实现了7 d预见期的径流逐日滚动预报;针对流域在涨退水等不同阶段的产汇流特性,建立可根据实时水雨情自适应切换的降雨、径流输入模式,进一步提高径流预报精度。该研究成果在大渡河的应用表明预报效果达到预期:3 d预见期的纳什系数大于0.9,平均相对误差小于10%;7 d预见期的纳什系数大于0.8,平均相对误差小于15%。     

Boosting集成支持向量回归机的滑坡位移预测

支持向量回归机(SVR)在实际的学习应用中,由于数据时空的复杂性和算法本身的参数选择,学习模型难以达到预期的效果.针对这个问题,提出了基于Boosting集成的支持向量回归机方法.通过在原始数据集加权采样的基础上,进行多次迭代子SVR机器学习,不断调整样本权值再采样,优化机器学习模型,然后对迭代所得的每级支持向量回归结果按某种组合方法进行集成,得到最终的回归函数形式.应用该方法进行了仿真试验和滑坡变形时序预测研究.结果表明:使用集成的SVR进行回归预测较之单一的SVR具有更高的准确性和更好的泛化性.对Boosting与Bagging 2种不同的集成SVR,进行了比较研究,试验结果表明,2种算法性能相差不大,总体上前者强于后者.     

基于SVR的GF1号遥感影像森林蓄积量估测

国产高分辨率卫星遥感影像已成为森林资源调查和监测的重要数据源。基于国产卫星遥感的森林蓄积量估算成为重要的研究方向之一。本研究以福建省将乐县为研究区,选择国产高分辨率高分一号卫星2 m分辨率遥感影像为主要数据源,加以辅助野外实地调查数据,分别采用多元线性回归和SVM(support vector machine)回归方法开展亚热带针叶林蓄积量估算效果评价研究。首先,从融合影像中提取遥感因子,包括11个光谱因子和10个纹理因子等;其次,对21个遥感因子进行相关性分析,选取皮尔森相关系数较大的6个遥感因子;第三,应用多元线性回归和支持向量机回归(support vector regression,SVR)对所选遥感因子建立模型,选取最优模型反演将乐县蓄积量分布图。结果表明:支持向量机回归(SVR)估测蓄积量的模型预估精度达到98. 22%。     

基于深度置信网络模型框架的长期径流预报

长期径流预报是保障水利水电工程科学运行管理的重要支撑.随着社会经济的发展，生产实践对长期径流预报精度和预见期长度的更高要求与当前预报的表现出现了矛盾.该研究提出了一种基于深度置信网络(DBN)模型的考虑气候系统指数的长期径流预报框架，并探索了其在预见期1～12个月时的预报表现.结果表明：(1)基于该框架进行预见期为1～12个月的径流预报时，在测试期的纳什效率系数(NSE)值均高于0.50,平均相对误差(MRE)值均低于35%,预报精度较高，且随着预见期的延长，径流预报能力并未呈现下降趋势；(2)在各预见期下，训练期和测试期的预报效果评估指标相差不大，说明采用的基于DBN模型的径流预报框架不存在过拟合的问题，具有优秀的泛化能力；(3)在各预见期下，汛期的径流预报效果在NSE和决定系数R²指标上优于非汛期，在MRE指标上劣于非汛期.     

水库中长期水文预报模型研究（Ⅰ）

中长期水文预报模型库是水库中长期水文预报系统的核心。本研究面向预报对象,利用多要素预报法探索外界各种因素对水文预报对象的影响,分析预报对象与影响因子的相互联系及其变化的物理成因,利用数理统计方法建立了7个基于径流及其影响因子的成因统计关系的预报模型,重点介绍了其中的多维混合回归、模糊分析、门限回归模型,这些模型为有效地进行水文对象的中长期预报提供了坚实的基础。     

新型非平行平面支持向量回归机及其应用

支持向量回归机(SVR)和孪生支持向量回归机(TSVR)是机器学习中的常用算法.受TSVR启发,针对SVR训练速度和预测精度问题,提出一种新型非平行平面支持向量回归机(NNHSVR).NNHSVR的优势如下:(1)NNHSVR模型构造的是两个较小规模的二次规划问题,最终求解得到2个非平行平面,训练速度较SVR快;(2)NNHS-VR在目标函数中加入调节参数u,对边界函数进行约束,使得模型对离群点更加鲁棒.人工数据集和UCI数据集上的实验表明:NNHSVR算法不仅有较好的泛化性能,而且训练速度快.将NNHSVR算法应用于传染病预测问题,取得了比传统传染病预测模型BP神经网络更好的效果.     

支持向量回归用于氨基酸描述符在肽QSAR建模中的性能评价

采用支持向量回归方法用3个数据集来评价z-scales、c-scales、ISA-ECI、MS-WHIM、PRIN等5个氨基酸描述符在肽QSAR支持向量回归模型构建中的性能并对核函数进行选择,采用留一法交叉检验的结果显示径向基核函数要好于多项式核函数和线性核函数;在以径向基核函数的支持向量回归模型中表明z-scales的预测准确度要略优于其它描述符,且在同一描述符的情况下SVR的预测效果要好于其它线性方法,说明SVR在肽QSAR模型构建中是一个可行的方法.     

多尺度多模型的梯级水库优化调度决策支持系统

梯级水库群优化调度因来水预报不确定性强、水库群优化变量维数高、决策评估目标多等特点,一直是学术界和工程界的研究热点.本文分析了不同时间尺度的水文预报模型与优化调度模型的基本特征与数据需求,建立了多尺度多模型的梯级水库优化调度决策支持系统.该决策支持系统将数值天气预报的有效预报期(15d)作为短期调度模块与中长期调度模块的时间分界.短期调度模块采用数值天气预报降水量和数字流域模型预测未来15d的日径流过程,使用预报结果进行短期的梯级水库优化调度;中长期调度模块采用基于自回归和遥相关的组合预报模型,预报未来1年的月径流过程,用于中长期的优化调度.本文采用面向服务的软件架构(SOA),将年、月和日尺度的预报和调度模型集成,构建决策支持系统,可以实现多时间尺度的水情滚动预报和梯级水库优化调度.本系统在黄河上游干流梯级水库群和大通河流域梯级水库进行试验应用,结果表明该系统能够快速集成分析相关水情数据,开展梯级水库优化调度演算,及时为决策者提供清晰有效的决策辅助信息.     

一种支持向量回归中超参数自适应方法

在贝叶斯框架下支持向量回归SVR可视为最大化后验MAP回归函数估计的扩展.贝叶斯方法可用来实现模型中超参数的自适应,同时保持SVR稀疏性和凸二次规划的优点.在对SVR的MAP解做Laplace近似获得关于超参数的SVR模型中证据的平滑表达式,使用基于梯度的优化法可导出使证据最大化的最优超参数.通过引入ARD参数到高斯协方差函数中,可进行输入属性的相关性分析和特征选择.给出了在人工和实际回归问题上的应用及其他方法的对比分析.     

径流中长期预报模糊优选神经网络模型应用研究

预报因子选择与模型训练精度确定,是模糊优选神经网络模型应用于径流中长期预报时有待研究解决的两个重要问题.应用预报因子集与预报量间的复合非线性相关分析方法选择预报因子(集),克服了通常单因子线性相关分析选择预报因子的不适用性;通过定义综合效应系数来综合评价模糊优选神经网络模型的拟合能力与外推预报能力,为研究模型的拟合精度高而外推预测精度低的问题提供了一种解决方法.     

水库中长期水文预报模型研究（Ⅱ）

中长期水文预报模型库是水库中长期水文预报系统的核心。本研究面向预报对象,利用多要素预报法探索外界各种因素对水文预报对象的影响,分析预报对象与影响因子的相互联系及其变化的物理成因,利用数理统计方法建立了3个基于径流及其影响因子的成因统计关系的预报模型,分别为投影寻踪回归、时间序列—马尔可夫分析、非线性动力系统学以及神经网络模型,这些模型为有效进行水文对象的中长期预报提供了坚实的基础。     

基于支持向量回归的定性-定量因子混合建模方法

在科学研究及工程实践中,输入参数经常同时包含定性因子与定量因子,为实现此类数据的有效建模,提出基于支持向量回归(SVR)的定性-定量因子建模方法,以用于工程实验及数值仿真的定性定量因子分析．引入超球面分解量化定性因子相关关系,构建了一种新型核函数描述定性因子与定量因子关联关系,提出了定性-定量因子支持向量回归算法实现定性定量数据的混合建模与预测．通过数值算例和经典工程算例,发现所提算法能提供相比于普通的支持向量回归算法及基于高斯过程回归的定性-定量因子算法更优的预测结果．以种植体骨应力分析为例,其中种植体材料类型为定性因子、结构参数为定量因子,实验结果表明所提算法能够显著提升骨应力预测精度,可为种植体的设计优化提供模型基础,揭示了所提算法的工程可用性．     

基于改进支持向量回归机的煤炭物流成本预测

煤炭物流成本控制的必要条件就是对其成本进行预测,这样才能对煤炭物流成本进行科学合理地控制。本文提出一种鸡群算法(CSO)和支持向量回归机(SVR)结合模型,即CSO-SVR煤炭物流成本预测模型。模型利用CSO算法对SVR进行参数优化,优化后的支持向量回归机模型进行煤炭物流成本预测。通过CSOSVR模型对已有煤炭物流成本数据预测仿真。模拟结果显示,从煤炭物流成本预测精度角度出发,CSO-SVR模型预测结果优于GA-SVR、SVR、BPNN等算法。     

一种新的支持向量回归预测模型

运用支持向量机（SVM）理论，建立了一种新的支持向量回归（SVR）预测模型.模型的求解可转化为二次规划问题，并能实现模型参数的自动选择.用此模型对我国粮食产量增长率的预测表明，模型具有较好的概化能力.     

引汉济渭工程调水区月径流预报模型研究

针对各预报模型预报结果精度评价不统一的现状,考虑径流具有非线性、突变及非平稳性等特点,本文构建了包含均方根误差(RMSE)、平均绝对百分误差(MAPE)和Nash效率系数(NSE)三项指标的综合评价系统,对自回归滑动平均模型(ARMA)、人工神经网络模型(ANN)和支持向量机模型(SVM)在径流汛期和非汛期内进行了预报精度评价。结果表明:(1)单一评价指标下,ARMA模型与SVM模型预报结果精度相近,而综合评价系统表明,SVM模型预报精度优于ARMA模型;(2)三种模型在非汛期预报精度均高于汛期预报精度,SVM预报效果均最好。将径流进行分割后预报,预报精度可提高。本研究获得了可靠性和精度较高的月径流预报模型,可为工程水资源高效配置提供理论和技术支撑。