吉林大学学报(地球科学版) ›› 2015, Vol. 45 ›› Issue (1): 225-231.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.201501204
刘博1,2, 肖长来1,2, 梁秀娟1,2
Liu Bo1,2, Xiao Changlai1,2, Liang Xiujuan1,2
摘要:
利用自组织映射(SOM) 聚类模型优化径向基函数神经网络(RBFN)隐层节点的方法, 减小了RBFN由于自身结构问题在地下水水位预测中产生的误差。采用SOM对已有样本进行聚类, 利用聚类后的二维分布图确定隐层节点的数目, 并根据聚类结果计算径向基函数的宽度, 确定径向基函数的中心, 由此建立SOM-RBFN模型。以吉林市丰满区二道乡为例, 采用20002009年观测的地下水位动态资料, 利用SOM-RBFN模型对地下水位进行预测, 验证其准确性, 并分别以5、7、10 a的地下水位动态数据为研究样本建立模型, 考查样本数量对预测结果的影响。研究结果表明:SOM-RBFN模型预测地下水水位过程中, 均方根误差(RMSE)的均值为0.43, 有效系数(CE)的均值为0.52, 均达到较高标准, 因此SOM-RBFN模型可以作为有效而准确的地下水水位预测方法;同时RBF7的RMSE和CE均值分别为0.38和0.68, 结果优于RBF5和RBF10, 这就意味着在模型计算中样本数量不会直接影响预测结果的精度。
中图分类号:
[1] 金菊良, 杨晓华, 金宝明, 等.基于遗传算法的地下水位动态预测双线性模型[J].水科学进展, 2001, 12(3):361-365. Jin Juliang, Yang Xiaohua, Jin Baoming, et al. A Bilinear Time Series Model Based on Genetic Algorithm for Predicting Groundwater Level Regime[J]. Advances in Water Science, 2001, 12(3):361-365.[2] Savic D A, Walters G A, Davidson J W. A Genetic Programming Approach to Rainfall-Runoff Modeling[J]. Water Resour Manage, 1999, 13(3):219-231.[3] Chen S K, Mangimeli P, West D. The Comparative Ability of Self-Organizing Neural Networks to Define Cluster Structure[J]. Omega, 1995, 23(3):271-279.[4] 杜超, 肖长来, 吕军, 等.地下水水质实时预报系统开发及利用:以下辽河平原为例[J].吉林大学学报:地球科学版, 2014, 44(5):1625-1632. Du Chao, Xiao Changlai, Lü Jun, et al. Development and Application of Real Time Groundwater Quality Prediction System:An Example in Lower Liaohe River Plain[J]. Journal of Jilin University:Earth Science Edition, 2014, 44(5):1625-1632.[5] Box G E P, Jenkins G M. Time Series Analysis, Forecasting and Control[M]. San Francisco:Holden-Day, 1976.[6] Hipel K W, Mcleod A I. Time Series Modeling of Water Resources and Environmental Systems[M]. Amsterdam:Elsevier, 1994.[7] Knotters M, Van Walsum V. Estimation Fluctuation Quantities from Time Series of Water Table Depths Using Models with a Stochastic Component[J]. Journal of Hydrology, 1997, 197(1/2/3/4):25-46.[8] Ahn H, Salas J D. Groundwater Head Sampling Based on Stochastic Analysis[J]. Water Resour Res, 1997, 33(12):2769-2780.[9] Kumar D, Ahmed S. Seasonal Behaviour of Spatial Variability of Groundwater Level in a Granitic Aquifer in Monsoon Climate[J]. Current Science, 2003, 84(25):188-196.[10] Gundogdu K S, Guney I.Spatial Analyses of Ground-water Levels Using Universal Kriging[J]. Journal of Earth System Science, 2007, 116(1):49-55.[11] Nag A K, Mitra A. Forecasting the Dailu Foreign Exchange Rates Using Genetically Optimized Neural Networks[J]. Journal of Forecasting, 2002, 21(7):501-511.[12] Zhang G, Patuwo B E, Hu M Y. Forecasting with Artificial Neural Networks:The State of the Art[J]. International Journal of Forecasting, 1998, 14(1):35-60.[13] Bulsari A, Saxen H. Nonlinear Time Series Analysis by Neural Networks:A Case Study[J]. Int J Neural Syst, 1993, 12(1):1-10.[14] Atiya A F. Prediction for Credit Risk Using Neural Networks:A Survey and New Results[J]. IEEE Trans Neural Netw, 2001, 12(4):929-935.[15] 孟艳, 潘宏侠.PSO聚类和梯度算法结合的RBF神经网络优化[J].自动化仪表, 2011, 32(2):6-8. Meng Yan, Pan Hongxia. Optimization of RBF Neural Network Based on Combination of PSO Clustering and Gradient Algorithms[J]. Process Automation Insterumentation, 2011, 32(2):6-8.[16] 朱明星, 张德龙. RBF网络基函数中心选取的算法研究[J]. 安徽大学学报:自然科学版, 2000, 24(1):72-74. Zhu Mingxing, Zhang Delong. Study on the Algorithms of Selecting the Radial Basis Function Center[J]. Journal of Anhui University:National Science Edition, 2000, 24(1):72-74.[17] 方力智, 张翠芳, 易芳.基于改进差分进化算法的RBF神经网络优化方法[J].成都大学学报:自然科学版, 2009, 28(3):231-234. Fang Lizhi, Zhang Cuifang, Yi Fang. Optimization Approach Based on Modified Differential Evolution Algorithm for RBF Neural Network[J]. Journal of Chengdu University:Natural Science Edition, 2009, 28(3):231-234.[18] 张江涛, 刘旭敏.一种基于代数算法的RBF神经网络优化方法[J].计算机工程与应用, 2008, 44(5):96-98. Zhang Jiangtao, Liu Xumin. Optimization Approach Based on Algebraic Algorithm for RBF Neural Network[J]. Computer Engineering and App-lications, 2008, 44(5):96-98.[19] 马洪伟, 赵志刚, 吕慧显, 等.基于蚁群聚类和裁剪方法的RBF神经网络优化算法[J].青岛大学学报:工程技术版, 2008, 23(3):35-38. Ma Hongwei, Zhao Zhigang, Lü Huixian, et al. Optimization Algorithm of RBF Neural Networks Based on Ant Colony Clustering and Pruning Method[J]. Journal of Qingdao University:Engineering and Technology, 2008, 23(3):35-38.[20] 涂松, 贲可荣, 徐荣武, 等.采用SOM和RBF优化下的水下航行器噪声源识别[J]. 计算机工程与科学, 2007, 29(10):112-114. Tu Song, Ben Kerong, Xu Rongwu, et al. Identification of the Acoustic Fault Sources of the Underwater Vehicles Based on the SOM and RBF Neural Network Optimization[J]. Computer Engineering & Science, 2007, 29(10):112-114.[21] Chen Luhsienm, Chen Chingtien, Pan Yangu.Ground-water Level Prediction Using SOM-RBFN Multisite Model[J]. Journal of Hydrologic Engineering, 2010, 15(8):624-625.[22] ASCE Task Committee on Application of Artificial Neural Networks in Hydrology. Artificial Neural Network in Hydrology[J]. Journal of Hydrologic Eng, 2000, 5(2):142-137.[23] Haykin S.Neural Networks:A Comprehensive Foun-dation[M]. London:Macmillan, 1994. |
[1] | 张代磊, 黄大年, 张冲. 基于遗传算法优化的BP神经网络在密度界面反演中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(2): 580-588. |
[2] | 王宇, 卢文喜, 卞建民, 侯泽宇. 三种地下水位动态预测模型在吉林西部的应用与对比[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(3): 886-891. |
[3] | 杜润林, 刘展. 基于粒子群优化的细胞神经网络油气重力异常信息提取[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(3): 926-933. |
[4] | 潘保芝, 石玉江, 蒋必辞, 刘丹, 张海涛, 郭宇航, 杨小明. 致密砂岩气层压裂产能及等级预测方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(2): 649-654. |
[5] | 刘贺,张弘强,刘斌. 基于粒子群优化神经网络算法的深基坑变形预测方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(5): 1609-1614. |
[6] | 王羽,许强,柴贺军,刘丽,夏毓超,王晓东. 工程岩爆灾害判别的RBF-AR耦合模型[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(6): 1943-1949. |
[7] | 鲁功达,晏鄂川,王环玲,王雪明,谢良甫. 基于岩石地质本质性的碳酸盐岩单轴抗压强度预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(6): 1915-1921. |
[8] | 徐黎明,王清,陈剑平,潘玉珍. 基于BP神经网络的泥石流平均流速预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(1): 186-191. |
[9] | 周晓华, 林君, 陈祖斌, 焦健, 郭同健. 改进的神经网络反演微动面波频散曲线[J]. J4, 2011, 41(3): 900-906. |
[10] | 朴金石, 殷琨, 范黎明. 利用神经网络法预测风动潜孔锤钻速[J]. J4, 2009, 39(5): 882-886. |
[11] | 张晨,陈剑平,肖云华. 基于神经网络对有限元强度折减法分析[J]. J4, 2009, 39(1): 114-0118. |
[12] | 郄瑞卿,薛林福,王满,王丽华. SOFM储层综合评价方法及其在延吉盆地的应用[J]. J4, 2009, 39(1): 168-0174. |
[13] | 秦胜伍,陈剑平. 隧道围岩压力的神经网络时间序列分析[J]. J4, 2008, 38(6): 1005-1009. |
[14] | 郝立波, 蒋艳明,陆继龙,孙淑梅,白荣杰. 利用多目标地球化学数据识别第四纪沉积物类型--基于概率神经网络方法[J]. J4, 2008, 38(6): 1081-1084. |
[15] | 邱道宏,陈剑平,阙金声,安鹏程. 基于粗糙集和人工神经网络的洞室岩体质量评价[J]. J4, 2008, 38(1): 86-0091. |
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