發(fā)布時間：2020-04-16 07:31

【摘要】：準(zhǔn)確完整的水文數(shù)據(jù)對于水利工程項目設(shè)計、規(guī)劃和施工是至關(guān)重要的。水文站網(wǎng)可以為水資源管理、水庫運行、洪水預(yù)報等提供必要和實時的水文數(shù)據(jù)信息。現(xiàn)代水文站網(wǎng)應(yīng)在滿足不同的用戶需求同時具備高效節(jié)約的特征。因此,水文站網(wǎng)的優(yōu)化可以采用信息量最優(yōu)與估計誤差最小的原則對已有站網(wǎng)進行增刪。站網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)的不同導(dǎo)致研究方法的差異性。本研究著重從站網(wǎng)信息量和站網(wǎng)估計精度兩個優(yōu)化目標(biāo)分別建立了兩種站網(wǎng)評價模型:CEM模型和KCEM模型。其中CEM模型代表了基于Copula熵的多目標(biāo)水文站網(wǎng)優(yōu)化模型,其充分發(fā)揮Copula熵(copula entropy,CE)理論在多維信息量準(zhǔn)確刻畫的優(yōu)勢,降低了站網(wǎng)優(yōu)化的難度,弱化了常用的直方圖法在互信息估計時的參數(shù)敏感性問題。該模型具體歸納為以下兩個階段:(1)通過對兩站點的Copula信息熵傳遞導(dǎo)向指標(biāo)的定量計算對已有站點進行分類;(2)對已分類的站點重新進行Copula熵為主導(dǎo)的多目標(biāo)最優(yōu)站點組合選取。模型應(yīng)用到伊洛河流域水文站網(wǎng)的優(yōu)化布置中,借助模型評價指標(biāo)(NSC,MNCE和MNCE)的定量分析,結(jié)果表明模型優(yōu)選出的站點組合是客觀合理的�；贑opula熵的站網(wǎng)優(yōu)化模型僅僅是從站網(wǎng)信息總量最優(yōu)角度進行評價的,沒有考慮站網(wǎng)估計精度的影響。為此本文又建立了基于克里金和Copula熵結(jié)合(KCEM)的雨量站網(wǎng)優(yōu)化模型并將其應(yīng)用到上海地區(qū)雨量站網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中。一方面利用了克里金空間插值法對于新增站點雨量數(shù)據(jù)的估計優(yōu)勢,另一方面率先提出了NI-K E準(zhǔn)則(NI-KSE based criterion),將以上兩個目標(biāo)函數(shù)(最大化信息總量和最小化克里金標(biāo)準(zhǔn)誤差值)統(tǒng)一成了單目標(biāo)函數(shù),從而能夠綜合考慮站網(wǎng)系統(tǒng)的信息相關(guān)的統(tǒng)計指標(biāo)和站網(wǎng)估計精度兩個站網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)。對于站網(wǎng)空間變異性的刻畫,采用了 4種潛在的變異函數(shù)模型,包括指數(shù)模型(exponential),球模型(spherical),高斯模型(Gaussian)和Matern模型。交叉檢驗結(jié)果顯示,模擬區(qū)域所有樣本數(shù)據(jù)的空間特征和模式均可以通過選定的變異函數(shù)模型來描述。最終站點組合評判結(jié)果表明,基于克里金和信息熵耦合的模型能夠獲得準(zhǔn)確的雨量估計和最優(yōu)的水文信息量,能夠為水文決策者提供有價值的參考信息。綜合本文研究內(nèi)容,主要得出了以下創(chuàng)新性的研究成果:(1)基于Copula熵的兩階段多目標(biāo)優(yōu)化模型有效量化了站點間的互信息和總相關(guān)量。其中,兩階段的評估方法很好地避免了維度過于復(fù)雜的問題并簡化了評估過程。CDIT(Copula entropy-based directional information transfer)指標(biāo)的提出對流域內(nèi)的站點進行了很好地聚類分析,量化了站點之間的信息傳遞量。在Copula熵計算之前,采用了半?yún)?shù)(semiparametric approach,SP)估計方法得出Copula函數(shù)的參數(shù)θ值,并通過Cramer-von Mises數(shù)據(jù)(5n)對潛在的阿基米德Copula函數(shù)可以準(zhǔn)確得到最優(yōu)的Copula函數(shù),并同樣適用于高維的情形。(2)基于NI-KSE準(zhǔn)則的雨量站網(wǎng)優(yōu)化模型,不僅利用克里金插值法對數(shù)據(jù)缺乏地區(qū)進行數(shù)據(jù)補充,同時考慮克里金標(biāo)準(zhǔn)誤差值(kriging standard Error,KSE)和站網(wǎng)信息量(net information,NI)指標(biāo)兩個目標(biāo)函數(shù),最終模型效果的評價結(jié)果證實了克里金和信息熵相耦合方法的合理性。
【圖文】：

但是考慮到數(shù)據(jù)的長度會因為間隔的增大而減小從而增加了后續(xù)Ｃｏｐｕｌａ函數(shù)參逡逑數(shù)估計時不確定性，本文采用了時間間隔為３天。為了直觀地顯示自相關(guān)的變化，逡逑又顯示了時間間隔由２天變?yōu)椋程斓淖韵嚓P(guān)函數(shù)分析圖（見圖３．２）。由圖中可知，，逡逑當(dāng)時間間隔為２天的情形下，站點１、４和５對應(yīng)的ＡＣＦ值在ｌａｇ＝ｌ時是大于各逡逑自的閾值（圖中的藍色虛線），間接表明了這三個站點的樣本是自相關(guān)的，無法通逡逑過獨立同分布假設(shè)的。而當(dāng)時間間隔定為３天時，在ｌａｇ＝ｌ時各個站點對應(yīng)的逡逑ＡＣＦ值都是小于閾值的，這樣所有站點的選定樣本是可以滿足獨立同分布假設(shè)逡逑的。逡逑表３．１數(shù)據(jù)處理后的Ｌｊｕｎｇ－Ｂｏｘ檢驗結(jié)果逡逑邐時間間隔邐逡逑站點邐Ｉｄ邋２ｄ邋３ｄ邋４ｄ邋５ｄ邋６ｄ邋７ｄ邋８ｄ邋９ｄ邋１０邋ｄ逡逑１邐ＦＦＴＦＦＦＦＴＴＦ逡逑２邐ｐ邋丁丁丁邋丁丁丁邋丁丁丁逡逑３ＦＦＴＦＴＦＴＴＴＴ逡逑４ＦＦＴＦＦＦＦＴＴＴ逡逑５邐ｐｔｔｔｔｔｔｔｔｔ逡逑６ＦＦＴＦＴＦＦＴＴＴ逡逑７ＦＦＴＦＦＦＦＴＴＦ逡逑８ＦＦＴＦＴＦＴＴＴＦ逡逑９ＦＦＴＦＦＦＦＴＴＦ逡逑注：表中Ｔ代表Ｂｏｘ檢驗的ｐ．ｖａｌｕｅ值２邋Ｓ％，即在９５％的置信水平下是滿足獨立性假設(shè)的。逡逑３６逡逑

3Copula模型建立流程圖
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P336

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馮平;李新;;基于Copula函數(shù)的非一致性洪水峰量聯(lián)合分析[J];水利學(xué)報;2013年10期

2 陳穎;袁艷斌;袁曉輝;;基于信息熵的水文站網(wǎng)優(yōu)化研究[J];水電能源科學(xué);2013年07期

3 高超;梅亞東;涂新軍;;基于Copula函數(shù)的區(qū)域降水聯(lián)合分布與特征分析[J];水電能源科學(xué);2013年06期

4 楊志勇;袁U

本文編號：2629544