基于信息熵的雨量站网优化研究

基于信息熵理论,研究金沙江下游流域站点信息熵对降雨信息量和时空变异性特征的反映程度,发现信息熵能够在降雨量级和时空分布上充分表达降雨信息,确定了熵理论运用于本流域雨量站网规划的合理性;采用与组内互信息量最小为原则对三个实验流域站点进行重要性排序,以组内站点信息量和与组外互信息量总和最大为目标函数进行末位淘汰优选站网,结果显示站点优先级顺序一定程度上表达了其本身的信息量和在流域内的空间信息,优化后的站网比原站网数量减少15%~25%。     

雨量站网布设对水文模型不确定性影响的比较

雨量站网布设会影响径流模拟精度,研究不同雨量站密度和空间分布的径流响应规律对提高径流模拟精度和减小不确定性具有重要意义。应用新安江模型和HBV（Hydrologiska Fyrans Vattenbalans）模型,以湘江流域为研究对象,采用贝叶斯方法比较分析在不同雨量站密度及空间分布下径流模拟的不确定性。结果表明:增加雨量站密度可以降低面雨量的估计误差,使模型在不同的雨量站空间分布下具有较高的模拟精度;通过优化雨量站空间分布,可以减小雨量站网布设导致的模型不确定性,从而提高径流模拟精度;在相同的降雨输入和参数采样方法下,新安江模型和HBV模型对降雨输入导致的不确定性响应规律具有相似性,但是本研究结果显示在湘江流域新安江模型的模拟精度更高,而HBV模型的不确定性更大。     

基于分布式水文模拟的三峡区间洪水预报(Ⅱ)——雷达测雨应用

降雨时空分布信息缺失是影响洪水预报精度的一个重要因素,尤其是雨量站点稀疏的山区,站点观测的降雨信息难以充分地表征山区降雨的空间差异.本文针对长江三峡区间,利用雨量站点观测值来校准雷达测雨数据,并作为分布式水文模型的降雨输入,借助水文模拟结果综合评价雷达测雨数据的适用性.两个示例小流域的研究结果表明:相对于雨量站而言,雷达估测的降雨信息更能体现降雨的空间变化,它与分布式水文模型相结合,是提高洪水预报精度的有效途径.     

基于差异序列信息熵的降雨分区研究

充分挖掘降雨变量语法信息,利用基于差异序列信息熵测度理论的遗传算法聚类分析方法,对淮河流域蚌埠站以上区域99个雨量站进行了分区研究。根据各子区域内雨量站降雨序列差异测度得到最优分区,从而使得降雨信息在区域内具有较大的同质性。最后,以插值精度为标准,将不分区的情况为参照对象,对2、4、8三种分区结果进行校验,结果显示,相对于不分区,分区明显提升了降雨插值的精度。     

应用流域水文模型分析配套雨量站数

中小河流流域内配套雨量站网的合理化布设问题,仍然是雨量站网规划中的重要课题。本文试用新安江四水源流域水文模型,对江西雨量站网实验区内所观测到的高密度雨量站点资料,以流量作为目标函数,重演水文站的出流过程,在给定允许误差条件下,确定了最佳配套雨量站数。     

基于信息熵的水文站网优化准则的应用与评价

将基于信息熵的四类水文站网优化准则,即熵-互信息(H-T)准则、联合熵-总相关(H-C)准则、联合熵-互信息-总相关(H-T1-C/H-T2-C)准则以及信息传递指数(TI)准则,应用于太湖西南山丘区雨量站网,对四类准则进行对比和评价。以2007—2016年日降水序列为样本,根据各优化准则,分别采用3种数值离散化方法计算站点秩次,分析秩次相关性、对多目标准则中指标权重的敏感性以及秩次年际变化。结果表明,H-C准则对应秩次的代表性最好,对指标权重的敏感度最低,秩次年际变化小;H-T2-C准则对指标权重最敏感,秩次年际变化显著。H-C准则有利于反映基于信息熵的基本优化原则(增大信息量和降低冗余度),而H-T2-C准则有利于体现决策偏好。     

基于信息熵的水文站网优化准则的应用与评价

将基于信息熵的四类水文站网优化准则,即熵-互信息(H-T)准则、联合熵-总相关(H-C)准则、联合熵-互信息-总相关(H-T1-C/H-T2-C)准则以及信息传递指数(TI)准则,应用于太湖西南山丘区雨量站网,对四类准则进行对比和评价。以2007—2016年日降水序列为样本,根据各优化准则,分别采用3种数值离散化方法计算站点秩次,分析秩次相关性、对多目标准则中指标权重的敏感性以及秩次年际变化。结果表明,H-C准则对应秩次的代表性最好,对指标权重的敏感度最低,秩次年际变化小;H-T2-C准则对指标权重最敏感,秩次年际变化显著。H-C准则有利于反映基于信息熵的基本优化原则(增大信息量和降低冗余度),而H-T2-C准则有利于体现决策偏好。     

基于相关分析的雨量站选择及洪水预报方法

在分析历史降雨资料的基础上,建立流域内各雨量站点雨量与流域平均面雨量的相关关系。结合流域水文站分布图选出与流域面雨量相关性高且有区域代表性的雨量站作为遥测系统的关键测站,保证其稳定运行。利用定点定面关系分析方法,由流域内关键测站的时段雨量推求流域时段面雨量,并带入洪水预报模型进行洪水预报。该方法不依赖流域内全部测站的降雨信息,可有效解决流域内雨量站缺测或数据错误时的洪水预报问题。该方法可为无资料或资料短缺地区及新建水库因资金限制只能建设少量测站时的洪水预报提供参考。     

地下水观测网的若干问题与基于信息熵的研究方法

观测站点分布的任意性、随意性和层次不清以及观测数据的冗余性等是中国地下水观测网普遍存在的问题 ,这些问题制约着观测网提供可靠和有效数据信息的能力。文章以河北平原地下水观测网为例 ,分析了观测网几个问题的表现和原因 ,并对国内外观测网优化设计的指导思想、技术方法的现状和进展作了简要介绍。在参考大量国内外研究成果的基础上 ,主要介绍了基于信息熵原理研究观测网优化设计的方法 ,包括基本概念、原理和解决观测孔层次分类、信息冗余以及空间优化布局的技术思想。笔者认为 ,信息熵方法是一种能够评价地下水观测网信息 (而不是数据 )收集能力和优化观测网布局的很具发展潜力的技术方法。     

用于水资源系统观测网空间布局优化设计的技术方法

论述了观测网空间优化设计的重要性和我国目前观测网点布设存在的问题,在综合国内外水资源科学研究状的基础上,介绍了目前用于观测网优化设计的几种技术方法,包括数据理论方法,克里格技术和信息熵方法,特别推荐基于信息熵与随机数学相结合而发展起来的优化设计方法,这种根据观测数据信息含量大小建立信息关系度量的技术手段,特别适合在基础数据不完整的情况下运用。     

地下河系统水动态监测网络优化对比分析:以桂林海洋-寨底地下河系统为例

基于我国南方地区岩溶发育极不均匀、水位水质动态变化快的特点,通过对信息熵法和防污性能法所得结果的对比,分析在缺少系列监测资料条件下,利用岩溶水系统防污性能评价结果快速布设地下河系统水动态监测网的可行性及其布设原则。根据防污性能评价结果,结合水循环特征,桂林海洋-寨底地下河系统水动态监测网需由17个监测站组成;采用信息熵法对现有35个监测站进行优化后,认为只需要12个监测站就可组成最优监测网,但这12个监测站点与采用防污性能评价法得到的点位完全重合,且均位于防污性能差的地区。对比分析认为,以地下水系统防污性能评价结果布设地下水动态监测网是可行性的,因为岩溶发育区既是防污性能差的地区,也是地下水动态变化快的地区,能充分反映地下河系统水质水量变化。采用防污性能评价法布设地下水动态监测网时,需要充分认识和了解地下河系统水文地质条件和地下河管道结构特征,且需要遵循以下原则:(1)在岩溶发育相对较弱的系统中部(基本上不存在防污性能差的地区)不设置监测站点;(2)在距离地下河出口较近的岩溶发育区内(即防污性能差的地区)监测站点可由地下河出口替代;(3)对于多支管道系统,岩溶发育相对较弱且距离较短的小型支管道上可以不布设监测站,由支管道与主管道交汇处的监测站代替。     

基于分形维数和信息熵的土地利用景观格局变化研究——以西安市为例

信息熵和分形理论为研究地理学中系统的有序性和复杂结构现象的不稳定性提供了一条新途径,为研究土地利用景观格局变化提供了新的思路。以信息熵和分形理论为指导,在遥感和GIS技术支持下,对西安市土地利用景观格局演变的分形特征和信息熵进行分析,结果表明:1999-2008年,西安市土地利用景观结构趋于简单化,景观类型在空间上的稳定性逐渐增大;土地利用景观结构信息熵总体上呈逐渐下降趋势,即土地利用有序度逐渐上升,而无序度逐渐降低。     

国内外雨量站网布设和实验研究工作简介

一、概述河流水情预报和水利工程设计往往需要使用雨量资料,而流域总雨量又必须通过必要的雨量站来加以估算。测站愈多,算得的流域总雨量愈精确,但建站和观测费用相应地也会增加。因此,对所有地区都布设稠密的雨量站网往往是不现实的,而且也是不经济的。目前的做法是在普遍布设一般雨量站网(密度较小)     

宁德市降水量异常点剔除的影响分析

发现异常点是对逐时降水资料质量控制的有效方法,但简单的剔除未修正的异常点必然会影响其周围一定范围内降水量的空间变化。本文提出综合评分法定量的分析不同时段不同异常监测点被剔除后对降水量变化幅度的影响,探讨剔除区域异常点后降水量的时空变化分布特征。对宁德市降水资料进行实例验证,分析结果表明:在相邻站点数大于12个、相邻站点最近距离小于3km、相邻站点平均监测值大于6mm时,其降水量变化幅度相对较小,可剔除异常点。综合考虑三个相邻站点指标的综合分析可以显著表现不同时段不同监测站点降水量空间变化的地带性分布,在宁德市西北和东南区域出现高变化幅度站点的概率最高,呈现出高变化幅度站点多、分布范围广特点;在其东北区域监测站点分布不均匀,降水高变化幅度站点易受逐时降水量大小影响,呈现出小雨大范围、大雨小范围分布;在其西南和中部区域监测站点分布密集,出现高变化幅度站点的可能性最小。因此,综合分析可剔除区域异常点对降水量空间变化的影响特征,确定对降水量变化幅度影响最小的监测站点,有效提高了降水资料的质量控制水平。     

信息熵在甘南西部金矿预测中的应用研究

文章论述了信息熵的概念、熵函数及其在地质成矿预测中的应用,其中着重论述了熵的几个重要性质与地质体状态的对应关系,同时介绍了在GIS(地理信息系统)平台上研究地质体信息熵异常的步骤,最后在甘南西部地区地学空间数据库建立的基础上,利用熵函数公式,计算出地质体的信息熵异常,并将该区的地质体信息熵异常作为一个信息图层,再结合研究区的物探、化探、遥感信息,对该区金矿进行了预测,圈出了金成矿远景区.     

冀东沿海滦河以东地区雨量站网密度分析

用多级雨量站网的面雨量误差分析方法对冀东沿海滦河以东地区站网密度进行分析,求得满足面雨量精度要求的最适宜的站网密度.对今后该地区的站网布设提供可供利用的数据.     

多源降雨信息质量评估技术

多源降雨信息质量评估遇到的基本问题是各类降雨信息的空间特征不同,信息采集传输的时间频次不同和降雨真值不明。本文在地面站雨量为点降雨真值、经地面雨量站校正后的雷达观测产品反映了降雨真值的空间分布等假定基础上,提出了单点雨量、区域点雨量、面雨量、降雨空间分布和洪水预报系统产品等5个层次的多源降雨信息质量评估体系和技术。     

DEM支持下的梅雨区雨量站网规划研究

雨量站网是水文站网整体功能中极其重要的一个组成部分,雨量资料的准确性和代表性,将直接影响洪水预报的精度,科学地规划和优化雨量站网,使雨量资料最大程度地反映流域的实际降雨情况,可以大大提高洪水预报系统的精度。根据水文技术发展的现状,采用抽站法,基于GIS技术,加入地形、气象等下垫面因素综合考虑,对梅雨地区雨量站网进行优化研究。     

赣南于都县遥感生态指数与地质建造空间相关性研究

地质建造是生态环境的基础,地表信息是生态环境的直接表现,研究地质建造与地表信息之间的空间关系对了解和评价区域生态环境质量具有重要意义.本文首先对赣南于都县三期遥感影像进行遥感生态指数(RSEI)提取,再利用Moran's I分析RSEI的空间自相关性,同时引入信息熵研究地质建造与RSEI之间的空间相关性,最后详细分析各类地质建造中RSEI变化情况.研究结果表明:于都县RSEI存在显著空间自相关性,地质建造与RSEI之间存在一定的空间相关性,其中中生代红色碎屑岩建造、第四纪松散堆积建造、新元古代变质碎屑岩建造、晚古生代碎屑岩建造、早古生代变质碎屑岩建造中的RSEI稳定性较差,易发生变化;晚侏罗世花岗岩建造、南华纪变质岩建造、晚古生代碳酸盐岩建造中的RSEI稳定性较好,在三个时期基本无变化.     

应用信息熵方法对区域地下水观测网的优化研究

数据冗余是观测网优化需要解决的主要问题之一, 冗余数据既造成数据噪音又增加观测网运行成本.减少数据冗余的主要手段是减少观测孔的数量, 但前提是不影响原有观测网提供信息的能力.作者基于信息熵概念和随机技术的结合, 提出了一种优化观测孔数量的方法, 这种方法的基本原理是利用信息熵理论来评价每一个观测孔数据信息含量大小, 计算观测网中每一对观测孔之间的信息流交换, 并建立观测孔之间信息传递与距离的统计关系, 这种关系是判断冗余性观测孔的基础.这种方法被用来优化河北平原区域地下水观测网, 不仅解决了数量问题, 同时也可确定具体冗余性观测孔.最后结果对比证明, 将河北平原地下水观测孔的数量减少2 6%, 几乎没有影响现有观测网提供数据信息的能力.