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专利号: 2022105237446
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多情景重现期暴雨雨型的演示方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、雨型情景的划分:根据雨量站观测数据的降雨样本资料,统计降雨场次和降雨过程,计算每个实际降雨过程对应的雨峰位置系数,利用雨峰位置系数将降雨过程划分为不同的雨型情景,其计算公式为:式中,ri为雨峰位置系数,ti为降雨峰值时刻,Ti为降雨历时;

S2、暴雨强度公式推求:利用皮尔逊Ⅲ型分布曲线、指数分布曲线和耿贝尔分布曲线,不同理论频率曲线分别进行拟合求解,选择最优的分布曲线进行概率分布模型拟合,得到重现期、降雨强度和降雨历时之间的关系,即p、i、t的关系值,根据p、i、t的关系值,采用最小二乘法求得A1、b、C、n各个参数,即可计算出暴雨强度公式,暴雨强度公式的基本形式为:S3、雨型数据集生成:将雨型情景的划分、不同重现期暴雨强度公式、芝加哥雨型方法进行综合考虑,构建基本降雨过程数据库;

S4、多情景雨型曲线聚类分析:利用K‑means聚类算法,对多情景不同重现期不同历时的雨型数据集进行聚类分析,具体步骤包括:S41、在对某一雨型情景、不同重现期不同历时的数据集进行聚类,k=1;

S42、随机选取数据集中一个样本点,以此作为聚类的中心,即“簇线”;

S43、设定路径查找的宽带限制和引入LB_Keogh距离来优化动态时间规划计算雨型数据集所有样本到“簇线”的距离;

S44、根据得到的各个簇,求出每个簇中距离所有样本点距离最近的样本点,将其作为新的“簇线”;

S45、重复上述操作,不断迭代获得最优的“簇线”,返回聚类中心值;

得到多情景‑不同重现期‑不同历时的雨型。

2.根据权利要求1所述的一种多情景重现期暴雨雨型的演示方法,其特征在于:S3中,所述雨型数据集生成的具体步骤包括:S31、芝加哥雨型法生成基本雨型:根据降雨历时与平均暴雨强度的经验关系计算历时t的暴雨总降雨量,并计算偏导数计算t时刻的瞬时降雨强度,通过引入雨峰位置系数r来修正雨峰的位置,将降雨历时的时间序列分为峰前和峰后两个部分,假设峰前的瞬时强度为i(tb),相应的历时为tb;峰后的瞬时强度为i(ta),相应的历时为ta,则雨峰前后瞬时降雨强度可通过以下公式计算:S32、降雨过程数据库构建:利用芝加哥法雨型,推求多情景下不同历时不同重现期的基本雨型,从而建立降雨过程数据库;

S33、雨型数据扩充:在降雨过程数据库的基础上,利用改进SMOTE算法对降雨过程数据库进行样本的扩充,得到在多情景下不同历时不同重现期的雨型数据集。

3.根据权利要求2所述的一种多情景重现期暴雨雨型的演示方法,其特征在于:S32中,所述降雨过程数据库构建的步骤具体包括:S321、降雨过程数据库构建过程中,雨型情景采用雨峰偏前、雨峰居中、雨峰偏后三个情景,降雨历时采用2h、6h、12h、24h共4个历时,降雨重现期采用5a、10a、20a、30a、50a、100a共6个重现期,采用以步长=5min表示2h降雨历时,以步长=15min表示6h表示降雨历时,以步长=30min表示12h降雨历时,以步长=60min表示24h降雨历时;

S322、针对雨峰偏前0.15≤r≤0.45的雨型情景,根据公式和不同重现期暴雨强度公式参数A、b、n,以及雨峰位置系数r范围,步长取0.03,分别推求不同历时、不同重现期的基本雨型;

S323、针对雨峰居中0.45

S324、针对雨峰偏后0.55≤r≤0.85的雨型情景,根据公式和不同重现期暴雨强度公式参数A、b、n,以及雨峰位置系数r范围,步长取0.03,分别推求不同历时、不同重现期的基本雨型。

4.根据权利要求2所述的一种多情景重现期暴雨雨型的演示方法,其特征在于:S33中,所述雨型数据扩充的具体步骤包括:S331、将降雨过程数据库中各历时各重现期的数据集作为少数类样本X,遍历每一个样本,对于少数类样本中的每一个样本xi,计算它到少数类样本集中所有样本的距离,采用欧氏距离,得到样本xi的k个近邻;

S332、根据样本不平衡比例情况,以确定采样倍率M,取M=1,对于每一个少数类样本xi,(1) (2) (N)从k近邻中随机选择N个近邻,假设选择的近邻为:x ,x ,···x ;

(j)

S333、针对每个随机选取的近邻x (j=1,2,3,···N),分别与原样本进行线性插值,构建新的样本集Xnew;

S334、判断样本集Xnew是否发生重叠:有样本重叠,则进行去重叠操作,输出去重叠样本'X'new;没有样本重叠,则输出新的样本数据集X'new;

'

S335、统计输出去重叠样本X'new或者新的样本数据集X'new样本个数与设定的阈值进行比较:小于阈值,则进行M=1的采样倍率,进行迭代扩充;大于等于阈值,则生成最终的雨型数据集。