專利名稱：多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)及其預(yù)報(bào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于洪水預(yù)報(bào)與計(jì)算機(jī)結(jié)合的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種利用該多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)洪水預(yù)報(bào)方法在應(yīng)用中存在以下幾個(gè)問題一方面，往往局限于某一個(gè)流域、 一段河道、一個(gè)斷面、一個(gè)水庫的應(yīng)用，而且預(yù)報(bào)模型本身和其系統(tǒng)“死死”的綁定在一起， 限制了模型的靈活性，要想將模型應(yīng)用于另一個(gè)流域或河段，可以說除了重做系統(tǒng)外別無 他法，對(duì)于模型的推廣非常不利。另一方面，洪水預(yù)報(bào)模型的應(yīng)用往往停留在某個(gè)流域或河 道的單一模型的應(yīng)用。對(duì)于某個(gè)流域的洪水預(yù)報(bào)，可選的模型不止一個(gè)，如果條件成熟，這 些模型都可以用來進(jìn)行預(yù)報(bào)，并且預(yù)報(bào)效果都是不錯(cuò)的，到底選哪個(gè)方法進(jìn)行預(yù)報(bào)很難確 定。實(shí)際情況往往是，對(duì)于同一個(gè)河段，某場洪水用其中一種是最接近真值的；而對(duì)另一場 洪水，用另一種是最接近真值的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，對(duì)于不同流域、不同河 道及不同斷面可快速搭建出適合的預(yù)報(bào)模型來進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多模型的綜合集成 預(yù)報(bào)。本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行洪水 預(yù)報(bào)的方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，包括依次連接 的五個(gè)模塊單元，即數(shù)據(jù)集成、組件集成、模型集成、方案集成和結(jié)果發(fā)布，
所述的數(shù)據(jù)集成，用于對(duì)不同的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，使其符合模型使用的規(guī)范和 要求，并將各種水文數(shù)據(jù)處理成組提供給組件集成，其中的水文數(shù)據(jù)包括降雨數(shù)據(jù)、蒸發(fā)數(shù) 據(jù)、徑流數(shù)據(jù)、流域和斷面數(shù)據(jù)的基本資料；
所述的組件集成，用于接收數(shù)據(jù)集成輸出的處理成組的水文數(shù)據(jù)，并將其封裝成組件， 同時(shí)將洪水預(yù)報(bào)模型按照其結(jié)構(gòu)拆分成相對(duì)獨(dú)立的模塊，并將該模塊封裝成組件，一并提 供給模型集成，每個(gè)組件都有多個(gè)接入口和輸出口，每個(gè)組件的輸入是經(jīng)過數(shù)據(jù)集成處理 后的數(shù)據(jù)，每個(gè)組件的輸出是提供給模型集成的各種過渡的或最終的結(jié)果；
所述的模型集成，用于將組件集成輸出的各個(gè)組件按照需要搭建成多個(gè)洪水預(yù)報(bào)模 型，并進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，然后，將各個(gè)模型預(yù)報(bào)結(jié)果提供給方案集成；
所述的方案集成，根據(jù)模型來劃分，對(duì)各個(gè)模型預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一化，通過多模型洪水 預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行各個(gè)方案的對(duì)比和優(yōu)選；另外，通過多模型洪水預(yù)報(bào)方案制作體系， 將各個(gè)模型預(yù)報(bào)結(jié)果中的洪水要素提出來，采取洪水要素值中最大值和最小值的區(qū)間作為 參考的預(yù)報(bào)方案；所述的結(jié)果發(fā)布，對(duì)方案集成得到的最終結(jié)果進(jìn)行發(fā)布。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，利用上述的多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行 洪水預(yù)報(bào)的方法，按照以下步驟實(shí)施
步驟1、數(shù)據(jù)的集成采用數(shù)據(jù)集成模塊單元對(duì)歷史或?qū)崟r(shí)的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理， 使其符合組件集成使用的規(guī)范和要求；
步驟2、組件的集成將上步經(jīng)過數(shù)據(jù)集成后得到的數(shù)據(jù)輸入組件集成模塊單元，在該 組件集成模塊單元內(nèi)按照組建的構(gòu)架需要，封裝為多個(gè)組件，包括蒸散發(fā)組件、產(chǎn)流組件、 水源劃分組件、坡地匯流、流域匯流組件、河道匯流組件、流域產(chǎn)匯流組件、退水組件、參數(shù) 估計(jì)組件和精度評(píng)定組件，并將經(jīng)過封裝業(yè)務(wù)處理后的數(shù)據(jù)輸出；
步驟3、模型的集成將上步組件集成得到的若干個(gè)組件輸入模型集成模塊單元，按照 模型的結(jié) 構(gòu)要求，分別進(jìn)行搭建得到多個(gè)洪水預(yù)報(bào)模型，每個(gè)模型按照自己的運(yùn)行得出相 應(yīng)的洪水預(yù)報(bào)結(jié)果；
步驟4、方案的集成將上步模型集成得到的多個(gè)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果輸入方案集成模塊單 元中進(jìn)行統(tǒng)一化處理，采用多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系得到最終的預(yù)報(bào)結(jié)果，采用多模 型洪水預(yù)報(bào)方案制作方法得到最終的預(yù)報(bào)方案；
步驟5、結(jié)果的發(fā)布對(duì)上步的結(jié)果輸入結(jié)果發(fā)布模塊單元進(jìn)行輸出。本發(fā)明的有益效果是，實(shí)現(xiàn)了不同流域、不同河道及不同斷面洪水預(yù)報(bào)模型的快 速搭建，為同一流域提供多方案預(yù)報(bào)的優(yōu)選，從而更有利于領(lǐng)導(dǎo)層快速、科學(xué)地做出決策。


圖1是本發(fā)明多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的方法實(shí)施例東洋河流域多模型洪水預(yù)報(bào)流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1，本發(fā)明多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是，包括依次連接的五個(gè)模塊 單元，即數(shù)據(jù)集成、組件集成、模型集成、方案集成和結(jié)果發(fā)布。其中的數(shù)據(jù)集成為組件集成 提供各種水文數(shù)據(jù)，組件集成接收數(shù)據(jù)將其封裝成組件與已經(jīng)封裝好的模型組件一并提供 給模型集成，模型集成將各個(gè)組件組裝成模型并將各個(gè)模型預(yù)報(bào)結(jié)果提供給方案集成，方 案集成最后進(jìn)行結(jié)果發(fā)布和方案發(fā)布。下面對(duì)這五個(gè)模塊單元進(jìn)行詳細(xì)說明。(1)數(shù)據(jù)集成
數(shù)據(jù)集成主要是對(duì)不同的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的處理，使其符合使用的規(guī)范和要求。數(shù) 據(jù)集成是對(duì)流域水文數(shù)據(jù)的集成，其中的數(shù)據(jù)包括降雨數(shù)據(jù)、蒸發(fā)數(shù)據(jù)、徑流數(shù)據(jù)、流域和 斷面數(shù)據(jù)等的基本資料(圖2中有流域水文數(shù)據(jù)組件)，數(shù)據(jù)集成主要用來解決數(shù)據(jù)的統(tǒng)一 性問題。(2)組件集成
組件是組成洪水預(yù)報(bào)模型的基礎(chǔ)，用于接收數(shù)據(jù)集成輸出的處理成組的水文數(shù)據(jù)，并 將其封裝成組件，同時(shí)將洪水預(yù)報(bào)模型按照其結(jié)構(gòu)拆分成相對(duì)獨(dú)立的模塊，并將該模塊封 裝成組件，一并提供給模型集成。每個(gè)組件都有一個(gè)或多個(gè)接口和輸出口。各組件的輸入是經(jīng)過集成后的數(shù)據(jù)，輸出即是提供給模型集成的各種過渡的或最終的結(jié)果。2.1)輸入和輸出的統(tǒng)一
輸入和輸出的統(tǒng)一是組件集成的核心問題，輸入的不一致和輸出的不一致往往導(dǎo)致組 件無法運(yùn)行。例如，一個(gè)組件的輸入降雨量用大寫P表示，而另一個(gè)組件的降雨量用小寫P 表示，都表示降雨，卻不一致，這必將導(dǎo)致在數(shù)據(jù)傳入的過程中某一個(gè)組件出現(xiàn)bug。因此， 首先必須解決組件的輸入輸出統(tǒng)一問題。為此，采用對(duì)輸入數(shù)據(jù)的識(shí)別機(jī)制，如果數(shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)格式與預(yù)先定義的格式相同則可以進(jìn)行下一步計(jì)算，若不相同則報(bào)錯(cuò)，使錯(cuò)誤停滯到當(dāng) 前，不向下蔓延。2. 2)接口 的統(tǒng)一
接口的統(tǒng)一同組件的統(tǒng)一一樣，接口往往是一個(gè)或多個(gè)get方法，接口的統(tǒng)一主要表 現(xiàn)在get方法的命名統(tǒng)一上。Get方法是否統(tǒng)一也直接決定組件是否能正確運(yùn)行。例如， getTMO方法表示獲取時(shí)間，而另一組件卻用gettmO表示，那么當(dāng)然就不能獲得數(shù)據(jù)。為 此，仍然采用對(duì)于接口的識(shí)別機(jī)制，采用統(tǒng)一的接口，若其它接口與預(yù)先定義的接口不一 致，則不能得到數(shù)據(jù)，也不能進(jìn)行下一步計(jì)算，只有使接口與預(yù)先定義的保持一致才可進(jìn)行 下一步計(jì)算。2. 3)組件的歸類
在輸入、輸出和接口統(tǒng)一以后，組件的獨(dú)立運(yùn)行就不會(huì)出現(xiàn)問題，但此時(shí)的組件是雜亂 無章的聚集在一塊的，無法從眾多組件中看到組件的歸屬。為此，有必要將組件進(jìn)行歸類。 為此，將洪水預(yù)報(bào)模型組件歸為10種類型，分別為蒸散發(fā)組件、產(chǎn)流組件、水源劃分組件、 流域匯流組件、坡地匯流組件、河道匯流組件、流域產(chǎn)匯流組件、退水組件、參數(shù)估計(jì)組件和 精度評(píng)定組件。(3)模型集成
模型本身是在組件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，模型是由一個(gè)個(gè)組件按照模型的結(jié)構(gòu)要求搭建而成。 例如蒸散發(fā)組件可以和產(chǎn)流組件、水源劃分組件、流域匯流組件、河道匯流組件搭建成新安 江模型組件。因而模型的集成是以組件的集成為基礎(chǔ)的。模型集成的主要任務(wù)就是將各個(gè) 組件按照需要搭建成模型，以便同時(shí)采用搭建好的多個(gè)洪水預(yù)報(bào)模型對(duì)流域洪水進(jìn)行多方 案預(yù)報(bào)，然后，將各個(gè)模型預(yù)報(bào)結(jié)果提供給方案集成。(4)方案集成
方案集成的主要目的是進(jìn)行多個(gè)方案的對(duì)比和優(yōu)選，以確定最終參考的預(yù)報(bào)方案。洪 水預(yù)報(bào)方案是在模型預(yù)報(bào)結(jié)果上建立的，所以洪水預(yù)報(bào)方案的集成是以洪水預(yù)報(bào)模型集成 為基礎(chǔ)的。例如，同時(shí)用4種模型進(jìn)行預(yù)報(bào)，那么就會(huì)產(chǎn)生4種預(yù)報(bào)方案，對(duì)這些預(yù)報(bào)方案 進(jìn)行統(tǒng)一化，通過多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行各個(gè)方案的對(duì)比和優(yōu)選；另外，通過多 模型洪水預(yù)報(bào)方案制作體系，將預(yù)報(bào)方案中的各個(gè)要素提出來，而采取各個(gè)要素值中最大 值和最小值的區(qū)間作為最終的預(yù)報(bào)方案，而不是采用一個(gè)定值。多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo) 體系和多模型洪水預(yù)報(bào)方案制作方法，按照以下步驟進(jìn)行評(píng)定 (4.1)多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是針對(duì)多個(gè)模型同時(shí)預(yù)報(bào)的特殊性提出來的。對(duì)于多個(gè) 模型預(yù)報(bào)結(jié)果，首先采用參數(shù)確定性系數(shù)、洪水預(yù)報(bào)合格率、降雨量相似度、前期影響雨量 相似度、降雨歷時(shí)相似度這五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到各個(gè)評(píng)價(jià)數(shù)值，最后采用這五個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)值的加權(quán)值之和作為單個(gè)模型的可信度。那個(gè)模型可信度越大，則該模型預(yù)報(bào)結(jié)果越 可靠，即將可信度最大的模型預(yù)報(bào)流量過程作為推薦預(yù)報(bào)流量。下面對(duì)這五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行逐 一論述
4. 11)參數(shù)確定性系數(shù)。洪水預(yù)報(bào)參數(shù)最好是實(shí)時(shí)率定，那么每次率定參數(shù)都要進(jìn)行洪 水模擬，洪水模擬效果的好壞可以通過確定性系數(shù)來確定，確定性系數(shù)按下式計(jì)算
(I)
式α)中為確定性系數(shù)(取兩位小數(shù))；A為時(shí)段預(yù)報(bào)值，單位是m3/s ；^為時(shí)段 實(shí)測值，單位是m3/s ；^為實(shí)測值的均值為資料系列長度，2 = 2，.·、《。而確定性系數(shù)
越高則率定出的參數(shù)相對(duì)越好，當(dāng)然參數(shù)越好，預(yù)報(bào)的結(jié)果越理想，對(duì)于日模擬，取模擬最 好的那次確定性系數(shù)，對(duì)于次洪模擬可以取各場洪水的均值。因此將確定性系數(shù)作為一個(gè) 評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)好壞的指標(biāo)。4. 12)洪水預(yù)報(bào)合格率。根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》(SL250-2000)的要求，一次預(yù) 報(bào)的誤差小于許可誤差時(shí)，為合格預(yù)報(bào)。合格預(yù)報(bào)次數(shù)與預(yù)報(bào)總次數(shù)之比的百分?jǐn)?shù)為合格 率，表示多次預(yù)報(bào)總體的精度水平，合格率按下式計(jì)算
(2)
式(2)中，βΛ為合格率(取一位小數(shù))力合格預(yù)報(bào)次數(shù) 力預(yù)報(bào)總次數(shù)。則每種 預(yù)報(bào)模型對(duì)于歷史洪水都有一個(gè)合格率，合格本越高說明預(yù)報(bào)模型對(duì)于此流域的預(yù)報(bào)效果 更好，因此將合格率作為一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。4. 13)降雨量相似度。對(duì)于本場要求預(yù)報(bào)的洪水有一個(gè)降雨量，歷史中的每場洪 水同樣有一個(gè)降雨量，那么可以在歷史洪水中找出與本場洪水降雨量相似度最大的那場洪 水。相似度按下式計(jì)算
式(3)中η為第洪水的相似度，戶為預(yù)報(bào)洪水的降雨量，Pi為第,場洪水的降雨量，
Pmx、《fa為歷史降雨量的最大值和最小值，進(jìn)行相似度計(jì)算時(shí)，首先將預(yù)報(bào)洪水降雨量”
放入歷史進(jìn)行降雨量大小排序得到^Lt和^ia,然后按上式進(jìn)行計(jì)算，得到預(yù)報(bào)洪水與歷史 中每場洪水的相似度，然后排序得到相似度的最大值和最大值對(duì)應(yīng)的那場洪水的降雨量， 由于每個(gè)模型均對(duì)此場洪水做過預(yù)報(bào)，將預(yù)報(bào)后的確定性系數(shù)再乘以相似度作為最終 每個(gè)模型的降雨量相似度。4. 14)前期影響雨量相似度。前期影響雨量對(duì)于洪水的過程影響很大。歷史中的 每場洪水同樣有一個(gè)前期影響雨量，那么可以在歷史洪水中找出與本場洪水前期影響雨量 相似度最大的那場洪水。場次洪水前期影響雨量相似度按下式計(jì)算
式(4)中&為第ι場洪水的前期影響雨量相似度，4為預(yù)報(bào)洪水的前期影響雨量，Pm 為第i場洪水的前期影響雨量，^affi、Pjtaiil為歷史前期影響雨量的最大值和最小值，進(jìn)行相 似度計(jì)算時(shí)，首先將預(yù)報(bào)洪水前期影響雨量&放入歷史進(jìn)行前期影響雨量大小排序得到 P她和Pjtatl，然后按上式進(jìn)行計(jì)算，得到預(yù)報(bào)洪水與歷史中每場洪水的相似度，然后排序 得到相似度的最大值和最大值對(duì)應(yīng)的那場洪水的前期影響雨量，由于每個(gè)模型均對(duì)此場洪 水做過預(yù)報(bào)，將預(yù)報(bào)后的確定性系數(shù)DC再乘以相似度作為最終每個(gè)模型的前期影響雨量 相似度。4. 15)降雨歷時(shí)相似度。對(duì)于本場要求預(yù)報(bào)的洪水有一個(gè)降雨歷時(shí)，歷史中的每場 洪水同樣有一個(gè)降雨歷時(shí)，那么可以在歷史洪水中找出與本場洪水降雨歷時(shí)相似度最大的 那場洪水。場次洪水降雨歷時(shí)相似度按下式計(jì)算
式(5)中％為第ζ場洪水的降雨歷時(shí)相似度，馬為預(yù)報(bào)洪水的降雨歷時(shí)，吞為第f場洪 水的降雨歷時(shí)，^a3K、Ih為歷史降雨歷時(shí)的最大值和最小值，進(jìn)行相似度計(jì)算時(shí)，首先將 預(yù)報(bào)洪水降雨歷時(shí)乓放入歷史進(jìn)行降雨歷時(shí)大小排序得到Pft^和^min，然后按上式進(jìn)行
計(jì)算，得到預(yù)報(bào)洪水與歷史中每場洪水的相似度，然后排序得到相似度的最大值和最大值 對(duì)應(yīng)的那場洪水的降雨歷時(shí)，由于每個(gè)模型均對(duì)此場洪水做過預(yù)報(bào)，將預(yù)報(bào)后的確定性系 數(shù)DC再乘以相似度作為最終每個(gè)模型的降雨歷時(shí)相似度。(4.2)多模型洪水預(yù)報(bào)方案制作方法
根據(jù)多模型預(yù)報(bào)結(jié)果可以進(jìn)行預(yù)報(bào)方案的制作。預(yù)報(bào)方案涉及洪峰流量、峰現(xiàn)時(shí)間和 徑流量三個(gè)指標(biāo)，預(yù)報(bào)方案制作中并不采用推薦的預(yù)報(bào)流量，而選取每個(gè)模型預(yù)報(bào)洪水的 特征值，再以這些特征值的區(qū)間作為預(yù)報(bào)方案，從而形成帶有范圍的預(yù)報(bào)方案，更有利于實(shí) 際決策。(5)結(jié)果發(fā)布
結(jié)果發(fā)布主要是將方案集成提供的預(yù)報(bào)方案進(jìn)行發(fā)布，可以通過聯(lián)網(wǎng)上傳，通過顯示 設(shè)備顯示，或者打印等方式輸出。如圖2所示，是本發(fā)明方法應(yīng)用在東洋河流域，進(jìn)行多模型綜合集成預(yù)報(bào)的實(shí)施 例。一方面，通過多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行各個(gè)方案的對(duì)比和優(yōu)選首先從 組件庫中通過Web服務(wù)的方式定制所需的洪水預(yù)報(bào)模型組件，然后將其搭建成所要的幾個(gè) 洪水預(yù)報(bào)模型，然后連接?xùn)|洋河流域數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行預(yù)報(bào)。圖2中，每一個(gè)方框代表一個(gè)組 件，方框中的名稱為其所代表的組件的名稱，連接線代表數(shù)據(jù)流，方向代表數(shù)據(jù)的流向，這 只是列出其中一種實(shí)施例的選模方式，并不是每個(gè)模型都要用全部的組件。選取新安江模 型、薩克拉門托模型、水箱模型和陜北模型，采集公同的流域水文數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)集成的步驟。然后，四個(gè)模型按照各自的特點(diǎn)搭建具體洪水預(yù)報(bào)模型
其中新安江模型，通過參數(shù)率定，得到蒸發(fā)產(chǎn)流參數(shù)、水源劃分參數(shù)、坡地匯流參數(shù)、河道匯流參數(shù)，依次進(jìn)一步得到蒸發(fā)產(chǎn)流、水源劃分、坡地匯流、河道匯流四個(gè)組件，連同設(shè)置 在水源劃分與坡地匯流之間的單位線，得到了預(yù)報(bào)洪峰流量和預(yù)報(bào)洪水過程的結(jié)果；
薩克拉門托模型，通過流域水文數(shù)據(jù)、模型參數(shù)和單位線得到單元流域產(chǎn)匯流，結(jié)合河 道匯流參數(shù)得到河道匯流組件，得出預(yù)報(bào)洪峰流量和預(yù)報(bào)洪水過程的結(jié)果；
水箱模型，依次通過模型參數(shù)率定、水箱模型預(yù)報(bào)，得到預(yù)報(bào)洪水過程的結(jié)果； 陜北模型，依次通過超滲產(chǎn)流參數(shù)、坡地匯流參數(shù)、河道匯流參數(shù)分別得到超滲產(chǎn)流、 坡地匯流、河道匯流組件，再通過超滲產(chǎn)流和坡地匯流之間的單位線，分別得出預(yù)報(bào)洪峰流 量和預(yù)報(bào)洪水過程的結(jié)果；
可見，上述四個(gè)模型分別通過相應(yīng)的組件搭建后，對(duì)東洋河流域進(jìn)行預(yù)報(bào)，得到了四組 各自的預(yù)報(bào)結(jié)果，對(duì)于這四組結(jié)果并不知道那組最好，然后再通過多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指 標(biāo)體系的評(píng)估計(jì)算，如表1所示，新安江模型的可信度為0. 798，薩克拉門托為0. 773，陜北 模型為0. 77，水箱模型為0. 752。綜合表1中的結(jié)果，推薦新安江模型預(yù)報(bào)流量過程為優(yōu)選 的流域預(yù)報(bào)流量過程。表1、四種洪水預(yù)報(bào)模型的可信度評(píng)定表
另一方面，通過多模型洪水預(yù)報(bào)方案制作方法進(jìn)行預(yù)報(bào)方案的制作從表2中可以看 出，東洋河流域1982年這場洪水共有2個(gè)洪峰，1號(hào)洪水洪峰流量的最小值為1797，最大值 為2364，則1號(hào)洪水洪峰流量預(yù)報(bào)方案為[1797，2364]這個(gè)區(qū)間，峰現(xiàn)時(shí)間和洪量可以以此 類推得到。表2各個(gè)模型得到的洪水預(yù)報(bào)特征值
綜上所述，本發(fā)明的多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，靈活實(shí)現(xiàn)了不同流域洪水預(yù)報(bào) 系統(tǒng)的快速搭建，為同一流域洪水預(yù)報(bào)提供多方案預(yù)報(bào)，從而更有利于領(lǐng)導(dǎo)層做出更加科 學(xué)的決策。
權(quán)利要求
一種多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的五個(gè)模塊單元，即數(shù)據(jù)集成、組件集成、模型集成、方案集成和結(jié)果發(fā)布，所述的數(shù)據(jù)集成，用于對(duì)不同的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，使其符合模型使用的規(guī)范和要求，并將各種水文數(shù)據(jù)處理成組提供給組件集成，其中的水文數(shù)據(jù)包括降雨數(shù)據(jù)、蒸發(fā)數(shù)據(jù)、徑流數(shù)據(jù)、流域和斷面數(shù)據(jù)的基本資料；所述的組件集成，用于接收數(shù)據(jù)集成輸出的處理成組的水文數(shù)據(jù)，并將其封裝成組件，同時(shí)將洪水預(yù)報(bào)模型按照其結(jié)構(gòu)拆分成相對(duì)獨(dú)立的模塊，并將該模塊封裝成組件，一并提供給模型集成，每個(gè)組件都有多個(gè)接入口和輸出口，每個(gè)組件的輸入是經(jīng)過數(shù)據(jù)集成處理后的數(shù)據(jù)，每個(gè)組件的輸出是提供給模型集成的各種過渡的或最終的結(jié)果；所述的模型集成，用于將組件集成輸出的各個(gè)組件按照需要搭建成多個(gè)洪水預(yù)報(bào)模型，并進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，然后，將各個(gè)模型預(yù)報(bào)結(jié)果提供給方案集成；所述的方案集成，根據(jù)模型來劃分，對(duì)各個(gè)模型預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一化，通過多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行各個(gè)方案的對(duì)比和優(yōu)選；另外，通過多模型洪水預(yù)報(bào)方案制作體系，將各個(gè)模型預(yù)報(bào)結(jié)果中的洪水要素提出來，采取洪水要素值中最大值和最小值的區(qū)間作為參考的預(yù)報(bào)方案；所述的結(jié)果發(fā)布，對(duì)方案集成得到的最終結(jié)果進(jìn)行發(fā)布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，其特征在于，所述的組件集 成中封裝成的組件，包括蒸散發(fā)組件、產(chǎn)流組件、水源劃分組件、流域匯流組件、坡地匯流組 件、河道匯流組件、流域產(chǎn)匯流組件、退水組件、參數(shù)估計(jì)組件以及精度統(tǒng)計(jì)組件。
3.利用權(quán)利要求1所述的多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)的方法，其特征 在于，按照以下步驟實(shí)施步驟1、數(shù)據(jù)的集成采用數(shù)據(jù)集成模塊單元對(duì)歷史或?qū)崟r(shí)的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理， 使其符合組件集成使用的規(guī)范和要求；步驟2、組件的集成將上步經(jīng)過數(shù)據(jù)集成后得到的數(shù)據(jù)輸入組件集成模塊單元，在該 組件集成模塊單元內(nèi)按照組建的構(gòu)架需要，封裝為多個(gè)組件，包括蒸散發(fā)組件、產(chǎn)流組件、 水源劃分組件、坡地匯流、流域匯流組件、河道匯流組件、流域產(chǎn)匯流組件、退水組件、參數(shù) 估計(jì)組件和精度評(píng)定組件，并將經(jīng)過封裝業(yè)務(wù)處理后的數(shù)據(jù)輸出；步驟3、模型的集成將上步組件集成得到的若干個(gè)組件輸入模型集成模塊單元，按照 模型的結(jié)構(gòu)要求，分別進(jìn)行搭建得到多個(gè)洪水預(yù)報(bào)模型，每個(gè)模型按照自己的運(yùn)行得出相 應(yīng)的洪水預(yù)報(bào)結(jié)果；步驟4、方案的集成將上步模型集成得到的多個(gè)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果輸入方案集成模塊單 元中進(jìn)行統(tǒng)一化處理，采用多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系得到最終的預(yù)報(bào)結(jié)果，采用多模 型洪水預(yù)報(bào)方案制作方法得到最終的預(yù)報(bào)方案；步驟5、結(jié)果的發(fā)布對(duì)上步的結(jié)果輸入結(jié)果發(fā)布模塊單元進(jìn)行輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟2中的組件集成按照下述方法實(shí) 施組件輸入和輸出的統(tǒng)一，接口的統(tǒng)一，及組件的歸類2.1)輸入和輸出的統(tǒng)一采用對(duì)輸入數(shù)據(jù)的識(shí)別機(jī)制，如果數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式與預(yù)先定 義的格式相同則進(jìn)行下一步計(jì)算，若不相同則報(bào)錯(cuò)，使錯(cuò)誤停滯到當(dāng)前，不向下蔓延；2.2)接口的統(tǒng)一采用對(duì)于接口的識(shí)別機(jī)制，采用統(tǒng)一的接口，若其它接口與預(yù)先定義的接口不一致，則不能得到數(shù)據(jù)，也不能進(jìn)行下一步計(jì)算，只有使接口與預(yù)先定義的保持一 致再進(jìn)行下一步計(jì)算；2. 3)組件的歸類將洪水預(yù)報(bào)模型組件歸為10種類型，分別為蒸散發(fā)組件、產(chǎn)流組件、 水源劃分組件、坡地匯流、流域匯流組件、河道匯流組件、流域產(chǎn)匯流組件、退水組件、參數(shù) 估計(jì)組件和精度評(píng)定組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟4中的多模型洪水預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo) 優(yōu)選方法，具體實(shí)施過程是采用參數(shù)確定性系數(shù)、洪水預(yù)報(bào)合格率、降雨量相似度、前期影響雨量相似度、降雨歷 時(shí)相似度五個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別得到單個(gè)模型的各個(gè)評(píng)價(jià)數(shù)值，再采用該五個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)值 的加權(quán)值之和作為單個(gè)模型的可信度，將可信度最大的模型預(yù)報(bào)流量過程作為推薦預(yù)報(bào)流 量，41. 1)參數(shù)確定性系數(shù)，洪水預(yù)報(bào)參數(shù)是實(shí)時(shí)率定，確定性系數(shù)按下式計(jì)算 式(1)中DC為確定性系數(shù)，取兩位小數(shù)；A為時(shí)段預(yù)報(bào)值，單位是m3/s ；^為時(shí)段實(shí)測值，單位是m3/s ；冗為實(shí)測值的均值力資料系列長度，S =；41. 2)洪水預(yù)報(bào)合格率，洪水預(yù)報(bào)合格率按下式計(jì)算 式(2)中，QR為合格率，取一位小數(shù)；《為合格預(yù)報(bào)次數(shù) 為預(yù)報(bào)總次數(shù)； 41. 3)降雨量相似度，降雨量相似度按下式計(jì)算 P-P 式(3)中η為第場洪水的相似度，ρ為預(yù)報(bào)洪水的降雨量 力第f場洪水的降雨量，Pmk、Pmm為歷史降雨量的最大值和最小值，進(jìn)行相似度計(jì)算時(shí)，首先將預(yù)報(bào)洪水降雨量τ放入歷史進(jìn)行降雨量大小排序得到^ffi和^in ,按上式進(jìn)行計(jì)算，得到預(yù)報(bào)洪水與歷史中每 場洪水的相似度，然后排序得到相似度的最大值和最大值對(duì)應(yīng)的那場洪水的降雨量，將預(yù) 報(bào)后的確定性系數(shù)DC再乘以相似度作為最終每個(gè)模型的降雨量相似度；41. 4)前期影響雨量相似度，在歷史洪水中找出與本場洪水前期影響雨量相似度最大的那場洪水，場次洪水的前期影響雨量相似度按下式計(jì)算 式(4)中&為第ι場洪水的前期影響雨量相似度，慫為預(yù)報(bào)洪水的前期影響雨量，Pm為第 場洪水的前期影響雨量，、^kil為歷史前期影響雨量的最大值和最小值，首先將 預(yù)報(bào)洪水前期影響雨量G放入歷史進(jìn)行前期影響雨量大小排序得到^ek和ikh，然后按 上式進(jìn)行計(jì)算，得到預(yù)報(bào)洪水與歷史中每場洪水的相似度，然后排序得到相似度的最大值 和最大值對(duì)應(yīng)的那場洪水的前期影響雨量，將預(yù)報(bào)后的確定性系數(shù)TC再乘以相似度作為 最終每個(gè)模型的前期影響雨量相似度；，41. 5)降雨歷時(shí)相似度，對(duì)于本場要求預(yù)報(bào)的洪水有一個(gè)降雨歷時(shí)，歷史中的每場洪水 同樣有一個(gè)降雨歷時(shí)，在歷史洪水中找出與本場洪水降雨歷時(shí)相似度最大的那場洪水，降 雨歷時(shí)相似度按下式計(jì)算 式(5)中作為第 場洪水的降雨歷時(shí)相似度，馬力預(yù)報(bào)洪水的降雨歷時(shí)，Pn為第i場洪水的降雨歷時(shí)，Ito、ikfa為歷史降雨歷時(shí)的最大值和最小值，進(jìn)行相似度計(jì)算時(shí)，首先將預(yù)報(bào)洪水降雨歷時(shí)乓放入歷史進(jìn)行降雨歷時(shí)大小排序得到和巧mm，然后按上式進(jìn)行 計(jì)算，得到預(yù)報(bào)洪水與歷史中每場洪水的相似度，然后排序得到相似度的最大值和最大值 對(duì)應(yīng)的那場洪水的降雨歷時(shí)，將預(yù)報(bào)后的確定性系數(shù)再乘以相似度作為最終每個(gè)模型 的降雨歷時(shí)相似度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟4中的多模型洪水預(yù)報(bào)方案制作 方法是預(yù)報(bào)方案包括洪峰流量、峰現(xiàn)時(shí)間和徑流量三個(gè)指標(biāo)，選取每個(gè)模型預(yù)報(bào)洪水的特 征值，再以這些特征值的區(qū)間得到帶有范圍的預(yù)報(bào)方案。
全文摘要
本發(fā)明公開的多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，包括依次連接的數(shù)據(jù)集成、組件集成、模型集成、方案集成和結(jié)果發(fā)布模塊。本發(fā)明還公開了利用上述多模型綜合集成洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)的方法通過數(shù)據(jù)集成對(duì)歷史或?qū)崟r(shí)的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的處理，使其符合組件集成使用的規(guī)范和要求；將上步得到的各組數(shù)據(jù)，按照組建的構(gòu)架需要，封裝為多個(gè)組件；將上步得到的若干個(gè)組件按照模型的結(jié)構(gòu)要求，分別進(jìn)行搭建得到多個(gè)洪水預(yù)報(bào)模型，得出相應(yīng)的洪水預(yù)報(bào)結(jié)果；將上步得到的多個(gè)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一化處理，得到最終的預(yù)報(bào)結(jié)果及預(yù)報(bào)方案；對(duì)最終的結(jié)果進(jìn)行發(fā)布。本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了多種洪水預(yù)報(bào)模型的快速搭建，能夠提供多方案預(yù)報(bào)及方案優(yōu)選。
文檔編號(hào)E02B1/00GK101864750SQ20101021169
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者孫博, 張剛, 張建龍, 張永進(jìn), 朱記偉, 李建勛, 汪妮, 羅軍剛, 解建倉, 郭建華 申請人:西安理工大學(xué)