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] | 周孙超, 宋腾蛟, 王琰, 蔡宗佑. 基于小龙虾优化算法的BP神经网络模型在滑坡易发性评价中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 937-950. |
| [2] | 李海港, 王涛, 杨艳伟, 董学征, 廖利勇, 付晓东, 刘硕磊, 倪雨苗. 基于深度学习的地下管线探地雷达数据反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 1026-1037. |
| [3] | 胡飞跃, 徐昊翔, 邓成坚, 杨舒铎. 基于深度学习模型的岩溶塌陷易发性评价——以广佛肇地区为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 584-597. |
| [4] | 赵天硕, 宋超, , 刘财, , , , 徐雨歆. 物理信息神经网络地震走时层析成像程函方程因式分解方法 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 694-702. |
| [5] | 高全明, 尚复庆, 柴进, 王一, 孙伟, 赵静. 基于MagTrack-CNN的磁性目标运动轨迹实时定位跟踪方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 2088-2099. |
| [6] | 杨兰, 王运, 邹勇军, 胡宝群, 李满根, 张安, 朱满怀. 基于机器学习的富硒土壤预测模型的构建与比较——以江西省信丰县油山地区为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1629-1643. |
| [7] | 冯媛媛, 李朝奎, 刘松焕, 田沁. SSC-SeNet:一种融合点云与影像数据的露天矿区建筑物语义分割算法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1757-1773. |
| [8] | 齐娇, 曹思远. 基于先验知识的深度学习表面相关多次波压制方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1702-1714. |
| [9] | 李航, 孙宇航, 李佳慧, 李学贵, 董宏丽, . 基于波动方程的地震波数值模拟研究综述 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(2): 627-645. |
| [10] | 王威, 熊艺舟, 王新. NHNet——新型层次化遥感图像语义分割网络[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1764-1772. |
| [11] | 王婷婷, 黄志贤, 王洪涛, 杨明昊, 赵万春. 基于MobileNetV2的岩石薄片岩性识别[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(4): 1432-1442. |
| [12] | 林雨准, 刘智, 王淑香, 芮杰, 金飞. 基于卷积神经网络的光学遥感影像道路提取方法研究进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(3): 1068-1080. |
| [13] | 李瑞友, 白细民, 张勇, 汪靖, 朱亮, 丁小辉, 李广. 基于小波包分解与GA优化BP神经网络的瞬变电磁反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(3): 1003-1015. |
| [14] | 万晓杰, 巩向博, 成桥, 于明浩. 基于DeCNN的逆时偏移低频噪声压制方法 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(5): 1593-1601. |
| [15] | 贺婷, 周宁, 吴啸宇. 基于深度全连接神经网络的储层有效砂体厚度预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(4): 1262-1274. |
|