[发明专利]基于深度学习的洪水流量预测系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于深度学习的洪水流量预测系统和方法，站点端向预测端发送单端原始降雨数据和原始流量数据；预测端获取单端发送数据、未来P小时的先验降雨数据和N个水文站点的原始位置信息；将原始降雨数据、先验降雨数据、原始流量数据以及原始位置信息进行预处理；基于处理后降雨数据、处理后先验降雨数据以及处理后位置信息，形成网格化降雨数据；对网格化降雨数据提取空间分布特征，并提取历史T小时和未来P小时的降雨数据的时序特征，得到第一输出特征；对处理后流量数据，提取历史T小时的流量数据的时序特征，得到第二输出特征；对第一输出特征以及第二输出特征进行合并分类预测，得到目标水文站点未来P小时的流量预测值。

技术领域

本发明属于洪水流量预测领域，具体涉及一种基于深度学习的洪水流量预测系统和方法。

背景技术

洪水是常见的自然灾害之一，每年有上亿人受洪水影响，流离失所，而洪水所造成的财力物力损失也非常巨大。有效地预测洪水流量并及时发出预警对于防洪减灾具有重大意义。

当前的洪水流量预测模型主要分为传统物理模型和智能洪水预测模型。传统物理模型例如新安江模型，其是在充分挖掘当地的地形地貌、蒸发量、植被覆盖率等物理特征的前提下，进行物理过程的参数计算，最终制定出的一套具有区域针对性的预测模型。而智能洪水预测模型是以海量的历史数据作为先验知识，利用机器学习等智能方法得到的从输入特征到输出特征的函数映射或者联合分布。

但现有的洪水流量预测模型多属于单点预测，即只能预测未来一个时间点的流量情况，预测得到的单个时间点的流量数据缺乏实际应用价值。并且，现有的洪洪水流量预测模型在利用降雨数据时仅仅将其作为时间序列进行分析，并未考虑降雨量的空间分布情况，因此无法完全挖掘实际降雨数据所描述的信息，预测的准确性不高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于深度学习的洪水流量预测系统和方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供的一种基于深度学习的洪水流量预测系统，包括N个站点端和一个预测端，其中所述N个站点端是预定流域的N个水文站点对应的终端，所述N个水文站点中有一个目标水文站点位于所述预定流域的出口断面处；

每个站点端，用于向所述预测端发送表征该水文站点历史K年各小时降雨数据的单端原始降雨数据，且所述目标水文站点对应的站点端还向所述预测端发送表征该目标水文站点历史K年各小时流量数据的原始流量数据；

所述预测端，用于获取所述单端原始降雨数据、所述原始流量数据、未来P小时各个水文站点的先验降雨数据和所述N个水文站点的原始位置信息，并由获取到的所有单端原始降雨数据得到原始降雨数据；将所述原始降雨数据、所述先验降雨数据、所述原始流量数据以及所述原始位置信息进行预处理，分别得到处理后降雨数据、处理后先验降雨数据、处理后流量数据以及处理后位置信息；基于所述处理后降雨数据、所述处理后先验降雨数据以及所述处理后位置信息，形成网格化降雨数据；基于所述网格化降雨数据，利用预先训练得到的基于深度学习的洪水流量预测模型的第一分支网络提取空间分布特征，以及提取历史T小时和未来P小时的降雨数据的时序特征，得到第一输出特征；基于所述处理后流量数据，利用所述基于深度学习的洪水流量预测模型的第二分支网络提取历史T小时的流量数据的时序特征，得到第二输出特征；利用所述基于深度学习的洪水流量预测模型的第三网络对所述第一输出特征以及所述第二输出特征进行合并分类预测，得到所述目标水文站点未来P小时的流量预测值，N、K、T和P均为大于1的自然数，且T小于等于所述K年对应的小时数。

可选的，所述预测端将所述原始降雨数据、所述先验降雨数据、所述原始流量数据以及所述原始位置信息进行预处理，分别得到处理后降雨数据、处理后流量数据以及处理后位置信息，包括：

对所述原始降雨数据进行数据剔除、数据补全处理以及归一化处理，得到处理后降雨数据；

将所述先验降雨数据进行归一化处理，得到处理后先验降雨数据；