生物启发技术在复杂水系灾害预警的研究

发布时间：2020-03-17 23:14

【摘要】：我国山洪地质灾害频发,每年造成的损失十分巨大,因此有效的山洪监测预警对保证人民生命财产安全,维护社会稳定具有重要意义。由于缺乏相应的历史资料,在山区小尺度流域内应用传统的阈值判别法进行灾害预蝥时,需要耗费大量人力物力设计合理阈值,并且所取得的阂值对于不同的观测地点适用度不高。因此在复杂多变的山区水文监测中采用生物启发技术,通过机器智能处理和经验自学习的方法对山区水文状态进行动态识别,实现对诱发山洪的多特征量间的关联分析,进而提高山洪灾害发现预警的科学性和适用性。本文结合特征聚类理论,提出了利用免疫克隆选择算法对水文状态进行异常识别的山洪灾害识别预警方法,进而实现动态预警效果。主要包含了设计一种自适应免疫克隆选择聚类算法,提高了聚类分析的效率;而且在该算法的基础上实现了山洪灾害识别预警方法的设计:并开发相应的复杂水系预警系统。实验结果表明:该方法具有良好的预警效果。概括起来,本文的研究成果主要体现在以下几个方面:(])提出了一种自适应的免疫克隆选择聚类算法。对标准的免疫克隆选择算法进行了以下方面的优化:1.引入P矩阵编码方式对可行解进行编码,缩小了搜索空间;2.引入聚类目标函数构造抗体-抗原亲和度准则,指导寻优搜索方向:3.设计自适应克隆算子,提高对最优解的搜索灵敏度;4.制定模糊修正策略,抑制搜索碰撞。以国际标准数据库进行仿真实验,结果表明该算法数据特征聚类效果良好,并且具有较高的收敛速度和聚类精度。(2)设计了一种山洪灾害识别预警方法,并在自适应的免疫克隆选择聚类算法的基础上进行灾害智能聚类分析。其中,针对复杂水系特性,建立以降雨量、水流量、浑浊度和水位为主的4参量山洪灾害特征模型;同时构造内嵌的灾害经验自学习机制,提高对异常水文状态的识别速度:在聚类分析的结果基础上,设计灾害诊断评估机制,结合流域上下游的观测节点位置信息计算出山洪预警等级。经过水文数据验证,本方法具有良好的山洪预警效果。(3)应用山洪灾害识别预警方法开发复杂水系灾害预警系统。具体设计了灾害信息感知网,实现了对灾害特征参量的采集、传输;同时设计相应的远程监控预警平台,实现了对相关水文信息的接收、储存和可视化。
【图文】：

递进关系,数据特征,基础理论,聚类

无监督聚类的范畴。由于本文所构造的新算法主要涉及模糊Ｋ均值聚类、遗传搜索进化、逡逑克隆选择寻优，分属于聚类迭代计算和生物启发计算，其中生物启发计算是迭代计算的基逡逑础上结合仿生学发展而来，下面分别对该三种算法进行介绍。如图２．１所示为本文数据特逡逑征聚类方法基础理论递进关系图。逡逑数据特征聚类方法逡逑”逦＾邋ｒ逦”逡逑＿逦传疫逡逑１逦生物启发、搜邋强化指导ｉ克逡逑２

进化过程,遗传算法,迭代计算,强化指导

无监督聚类的范畴。由于本文所构造的新算法主要涉及模糊Ｋ均值聚类、遗传搜索进化、逡逑克隆选择寻优，分属于聚类迭代计算和生物启发计算，，其中生物启发计算是迭代计算的基逡逑础上结合仿生学发展而来，下面分别对该三种算法进行介绍。如图２．１所示为本文数据特逡逑征聚类方法基础理论递进关系图。逡逑数据特征聚类方法逡逑”逦＾邋ｒ逦”逡逑＿逦传疫逡逑１逦生物启发、搜邋强化指导ｉ克逡逑２
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X43;TP277

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