全信息模式单位线的推求与应用

项丽媛，许海军

(1.辽宁省汤河水库管理局，辽宁辽阳 111000;2.辽宁省供水局，辽宁 沈阳 110003)

全信息模式单位线的推求与应用

项丽媛1，许海军2

(1.辽宁省汤河水库管理局，辽宁辽阳 111000;2.辽宁省供水局，辽宁 沈阳 110003)

提出了全信息智能模式单位线汇流方法，考虑了单位线面临时刻的所有影响因素，在全信息状态空间条件下采用粗糙集理论生成模式单位线;在单位线应用时，采用模糊推理模型选择单位线.实例研究说明全信息模式单位线是可行的.

粗糙集;模糊推理;全信息;模式单位线

单位线法存在代表性不强、智能化水平低的问题.文献［1－2］提出了模式单位线的方法，在一定程度上解决了此问题.但其考虑的因素不全，没有把现有的可观测到的所有因素都考虑进去.另外，只在结构性模型上研究，很难较好地解决这个问题.笔者提出了全信息智能模式单位线，把影响单位线的信息分为数字信息和模糊语言信息两大类，并把数字信息和模糊语言信息的集合定义为全信息，而基于这种全信息的空间称为全信息状态空间.在全信息状态空间上应用粗糙集理论来推求模式单位线;在应用单位线时，采用模糊推理模型选择单位线.

1 全信息智能模式单位线的推求

一次降雨形成的天气系统、降雨历时、降雨分布与强度、流域下垫面、流域地理特征等是产生洪水过程的诸种影响因素.

降雨发生季节、降雨开始时间不同，则产生的洪水过程线亦不同.可将汛期按旬标记为1，2，…，n.如辽宁省汛期时间为6月1日至9月20日，分旬标记为1，2，…，11.若降雨发生在7月21日，则降雨时间T标记为6.

降雨的天气类型不同，净雨过程也不同，则汇流产生的洪水过程线亦不同.如辽宁的辽浑太流域形成大暴雨的天气系统主要有:华北或江淮气旋、低压冷峰、高空槽、台风、高空槽加台风、气旋加台风等［3］.由浑河流域1951—1991年的资料归纳出来的一次暴雨过程分配类型如图1所示，图中的数字表示一次暴雨过程中各天分配的权重系数.

图1 一次暴雨过程各天权重分配

由图1可知，产生降雨的天气系统将对净雨过 程产生较大影响，进而影响单位线形状.降雨的天气系统表示为 W，W=1，2，…，n.

形成洪水的降雨空间分布和平均时段净雨的大小对单位线形状也将产生较大影响.降雨的空间分布可用数字标记为D.D=1，指均匀分布;D=2，指上游;D=3，指中游;D=4，指下游.D的取值由分布在上、中、下游雨量站的平均降雨量占坝址以上流域总平均雨量的百分比决定.平均时段净雨按分级定量标识.根据流域降雨特性，将时段净雨定量分级，并对每个量级用数字标识.如辽宁柴河水库时段净雨可分4 级:Y0＜2.5，2.5≤Y0＜5.0，5.0≤Y0＜6.0，Y0≥6. 0;可用数字1，2，3，4 对应标识.

全信息智能单位线是由前期的影响因素和相应的单位线组成的，上面分析了影响因素，接着将讨论相应单位线的分析.分析方法采用传统分析法、试错法，依净雨时段数量而定.

由于全信息智能模式单位线综合考虑面临时刻的所有信息，因此每次历史洪水都必须分析出其单位线.把每次历史洪水分析出的单位线编号，与其相应的影响因素一起作为全信息智能单位线表中的一条记录.如果历史洪水很多，则表的内容变得十分复杂，而且随着水库运行时间的延长，这个表将愈来愈复杂.因此，采用粗糙集理论来简化此表，并从中发现决策规则，为在径流预报中应用单位线创造条件.

全信息智能单位线及其影响因素，一起构成了一个信息表［4］，即

利用粗糙集理论约简信息表Su，计算过程如图2所示.

图2 信息系统Su的约简过程

全信息智能单位线信息表的最小约简MR可视为去掉了冗余信息的决策表.决策规则由决策表中产生，则在洪水预报时可用此规则选择单位线.

2 全信息智能模式单位线的应用

在实际洪水预报时，需考虑实时观测到的影响因素与规则的前件符合程度，以及对各模糊规则的适用度.采用模糊推理模型可解决这些问题.

单位线选择模糊推理系统可用包括输入层、隶属度函数层、规则层和解模糊层的模糊神经网络(Fuzzy Neural Network，FNN)来实现［5］.输入变量隶属函数选为高斯型函数.用xki表示第k层的第i个输入，netkj表示第k层的第j个节点的净输入，ykj表示第k层的第j个节点的输出，即ykj=xkj+1，则FNN的各层处理过程表示如下.

1)输入层.

式中:x1i为FNN的第i个输入;i=1，2.该层只有2个节点.

2)隶属度函数层.

式中mij和σij分别为第i个输入变量的第j个模糊集合的高斯型隶属函数的均值和标准差.该层共有10个节点.

3)规则层.

式中:y41为FNN的输出;θi为第3，4层间的可调权系数.该层只有1个节点［3］.

3 实例研究

清河水库位于辽宁省铁岭市清河区境内，辽河左岸支流清河偏下游处，是一座以防洪灌溉为主，工业供水、养鱼等综合利用的多年调节的大型水利枢纽工程.用全息智能模式单位线方法预报1995年7月30日洪水，部分洪水预报和实际过程见表1.由表1可知，预报洪峰流量略大于实际洪峰流量，峰现时间吻合，说明全信息智能模式单位线是可行的.

表1 1995年7月30日洪水预报与检验

4 结语

基于单位线的应用存在其自身代表性不强的问题，提出了全息智能模式单位线方法.首先考虑了单位线的所有影响因素，在全信息空间条件下选择单位线;其次在单位线选择规则产生方面，采用粗糙集理论，完全从数据集中发现知识，主观成份较少;在单位线应用时，应用模糊推理模型，解决了模糊推理系统中的若干参数识别问题.该方法易于在计算机上实现，且易于掌握和推广.清河水库洪水预报的应用实例，说明该方法可行.

［1］王本德，程春田.模式单位线的推求与应用［J］.水文，1994(5):11 －15，64.

［2］程春田.水库防洪预报调度系统研究及应用［D］.大连:大连理工大学，1993.

［3］王本德.水库模糊优化调度［M］.大连:大连理工大学出版社，1990.

［4］Skowron A，Rauszer C.Matrices and functions in information systems，in intelligent decision support，handbook of applications and advances of the rough sets theory［M］.The Netherlands:Kluwer，1992.

［5］Horikawa S，furubashi T，Uchikawa Y.On modeling using fuzzy neural networks with the back-propagation algorithm［J］.IEEE Transactions on Neural Networks，1992，5(3):801－806.

Derivation and Application of Available Information Model Unit Hydrograph

XIANG Li-yuan1，XU Hai-jun2
(1.Liaoning Province Tanghe Reservoir Administration Bureau，Liaoyang 111000，China;2.Liaoning Province Water Supply Bureau，Shenyang 110003，China)

A conflux method of available informational and intelligent unit hydrograph is presented.Considering all influence factors of the unit hydrograph，the model unit hydrograph is obtained using rough sets theory in the available information space.The fuzzy reference is used to choose the unit hydrograph when applying the unit hydrograph.The case study proves this method is feasible.

rough sets;fuzzy reference;available information;model unit hydrograph

1002－5634(2012)03－0034－03

2012－03－16

项丽媛(1970—)，女，辽宁绥中人，高级工程师，主要从事水文与水库调度方面的研究.

(责任编辑:陈海涛)