[发明专利]一种基于多模型随机线性组合的水文集合区间预报搭建方法

权利要求书

1.一种基于多模型随机线性组合的水文集合区间预报搭建方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：

步骤1，根据研究区域水文和气象资料，搭建不同类型的水文预报模型，然后确定各预报模型的预报对象和预报因子，并率定各预报模型参数，对各预报模型进行精度评定；

步骤2，剔除预报效果明显偏低的经步骤1搭建的预报模型，将剩余多种预报模型通过随机权重进行线性组合，得到集合预报模型；

步骤3，以随机权重的上、下限为决策变量，以集合预报区间宽度最小、区间覆盖度最大、区间对称度最小为优化目标，构建多目标优化数学模型；

步骤4，采用多目标优化算法对步骤3中的随机权重上、下限进行优化，得到Pareto解集，并采用多属性决策方法对Pareto解集进行筛选得到均衡解；基于均衡解，再通过随机模拟生成集合预报样本。

2.根据权利要求1所述的一种基于多模型随机线性组合的水文集合区间预报搭建方法，其特征在于，所述步骤1中预报模型参数率定及精度评定具体为：将预报样本划分为率定期和检验期两部分，基于率定期数据对预报模型参数进行率定，并采用检验期数据对各模型的预报精度进行评定。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于多模型随机线性组合的水文集合区间预报搭建方法，其特征在于，所述步骤1中预报精度评定指标为确定性系数DC与均方根误差QR，计算式分别如下：

式中，T为检验期时段长，Q_t′为第t时段预报值，Q_t为第t时段实测值，为实测值的均值，n为合格预报次数；m预报总次数。

4.根据权利要求1所述的一种基于多模型随机线性组合的水文集合区间预报搭建方法，其特征在于，所述步骤2中集合预报模型的基本型式为：

式中，Ω为包含M组预报值的集合预报样本；M为随机模拟的总次数；F_j为第j次随机模拟的组合预报值；N为单一预报模型的个数；ω_i为第i个模型的随机权重；f_i为第i个模型的预测值；Lb_i和Ub_i分别为第i个模型随机权重的下限和上限；rand为均匀分布随机数。

5.根据权利要求1所述的一种基于多模型随机线性组合的水文集合区间预报搭建方法，其特征在于，所述步骤3中多目标优化模型优化变量为各随机权重的上、下限，如下式：

Solution＝[Lb₁,Lb₂,L,Lb_N,Ub₁,Ub₂,L,Ub_N],Lb_i,Ub_i∈[-1,1] (4)

式中，Solution为多目标优化模型决策变量集合；

所述多目标优化模型优化目标为：平均区间宽度MIWD最小，区间覆盖度ICOV最大，区间不对称度IASY最小，均方根误差RMSE最小，如下式所示：

式中，T为检验期预报样本的总个数，t为编号，Q_t为实测值，F_95％(t)为集合预报样本中95％分位数对应的预报值，F_5％为集合预报样本中5％分位数对应的预报值，#{F_5％(t)≤Q_t≤F_95％(t)}为条件函数，仅当括号内条件同时成立时#{F_5％(t)≤Q_t≤F_95％(t)}＝1，否则#{F_5％(t)≤Q_t≤F_95％(t)}＝0，U_t为集合预报区间的上限，L_t为集合预报区间的下限，为集合预报样本的均值。