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基于支持向量机的钱塘江潮时预报方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2016-11-08
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2017-06-23
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-02-09
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2036-11-08
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201610981643.8 申请日 2016-11-08
公开/公告号 CN106779134B 公开/公告日 2021-02-09
授权日 2021-02-09 预估到期日 2036-11-08
申请年 2016年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 G06Q10/04G06K9/62 主分类号 G06Q10/04
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 6 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 章国稳、孙映宏、姬战生、邱超、李留东、王英英、胡其美、汪华平、车弘书 第一发明人 章国稳
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 9
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州君度专利代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
杜军
摘要
本发明公开了基于支持向量机的钱塘江潮时预报方法,本发明具体步骤是:读取历史涌潮到达时间以及高潮位数据,计算得到隔日时间差;对历史高潮位数据和连续两日隔日时间差数据进行归一化处理;根据预报日从历史数据中挑选同条件下的数据构造训练样本;利用训练样本训练支持向量机模型;利用支持向量机模型结合输入参数得到预测数据。该发明是一种泛化能力强、计算效率高的钱塘江潮时预报方法,预测可靠性比传统方法要高,整个分析过程快速方便,容易被使用者掌握。
  • 摘要附图
    基于支持向量机的钱塘江潮时预报方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-02-09 授权
2 2017-06-23 实质审查的生效 IPC(主分类): G06Q 10/04 专利申请号: 201610981643.8 申请日: 2016.11.08
3 2017-05-31 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.基于支持向量机的钱塘江潮时预报方法,其特征在于,该方法的具体包括以下步骤:
步骤1:读取历史涌潮到达时间td(n)、对应站点和闻家堰的前一次高潮位g(n-1)、gw(n-
1),根据连续两日涌潮到达时间计算隔日时间差数据dt(n),以分钟作为单位,dt(n)=td(n+1)-td(n) n=1,2,3,...                   (1)
步骤2:历史高潮位数据和连续两日隔日时间差数据进行归一化处理
根据式(2)对历史高潮位数据进行归一化,
其中xmax为历史高潮位数据中的最大值,xmin为历史高潮位数据中的最小值;x为待处理的历史高潮位数据,为历史高潮位数据归一化处理后的值;
连续两日隔日时间差数据归一化处理方法为:
步骤3:根据预报日从历史数据中挑选同条件下的数据构造训练样本;
农历上,将不同年相似月的数据作为同条件下的数据,而其他不同月的数据作为不同条件下的数据;这里根据预测日期的不同而分别建立训练模型,选择的训练样本同预测日期为同条件下的数据,即选择训练样本与预测日期不同年相似月的数据;为保证训练样本与预测日的相关性足够大,选择预测日期近5年内相似月份的隔日时间差数据作为训练样本;
利用归一化后的历史数据构造训练样本,将预报日前4个连续两日隔日时间差
4日中最后一次涌潮高潮水位 以及相
应的闻家堰高潮水位 作为6个输入,第i日的隔日时间差作为输出值;以此类推可以构建输入矩阵P和目标矩阵T;因此输入矩阵P每行为6个数据,目标矩阵每行为1个数据;
同样,该两矩阵均为N-3行,N为历史数据长度;
其中,i表示预测目标日的农历日序号;k表示预测目标年份序号,即k=0表示预测年,k=1表示预测年前一年,以此类推;
步骤4:利用训练样本训练支持向量机模型;
调用Matlab7.10.0函数库中的svmtrain函数进行支持向量机模型训练,参数包括核函数选取、损失函数ε和惩罚因子参数C的确定;支持向量机常用核函数选用RBF函数;损失函数ε取值为(0.0001~0.01);惩罚因子参数C取值为(1~1000);
步骤5:利用步骤4得到的支持向量机模型结合输入参数得到预测数据;
为了预测第j天的隔日时间差,将第j日的前4个连续两日隔日时间差
4日中最后一次涌潮高潮水位 以及相
应的闻家堰高潮水位 作为6个输入,调用Matlab7.10.0函数库中的svmpredict函数预测第j日的隔日时间差
步骤6:反归一化处理隔日时间差,计算预测潮时;
利用公式(5)对预测隔日时间差dt(j)predict进行反归一化处理,通过式(6)得到预测隔日时间差绝对值
td,predict(j)=t(j-1)+dt(j)                     (6)
t(j-1)表示第j-1日的涌潮到达时间。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于测控技术领域,具体是一种基于支持向量机的钱塘江潮时预报方法。

背景技术

[0002] 当东海潮进入杭州湾后,由于河口突然由宽变窄,促进水位的骤然升高,形成明显的潮头,随着后面潮水的继续涌入,最终形成了惊涛骇浪,万马奔腾的壮观涌潮奇景,即为闻名中外的钱塘江涌潮。随着钱塘江流域经济迅速发展,外来游客和居住人口逐年增加,为保障沿江居民安全、船舶航行安全以及沿岸工程设施,精确的涌潮预报越发受到各方关注。
[0003] 实际应用中,钱塘江涌潮预报主要采用依据经验模型的隔日滞后法,即通过前一天涌潮到达各个站点的时间预报该天涌潮到达各个站点的时间。这类方法主要缺点是受预报日当天江道地形、涌潮的流速、风向及大小和上游洪水等自然因素的影响,使得预报精度不够理想。
[0004] 支持向量机(Support Vector Machine-SVM),是近年发展起来的一种适用于小样本的统计学习理论。与人工神经网络相比,具有结构简单、计算效率高、所需训练样本少以及泛化能力强等优点。这些特点使其更适用于钱塘江涌潮预报。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术的不足,提供一种基于支持向量机的钱塘江潮时预报方法,目的在于对钱塘江潮时进行准确预报。
[0006] 该方法的具体步骤是:
[0007] 步骤1:读取历史涌潮到达时间td(n)、对应站点和闻家堰的前一次高潮位g(n-1)、gw(n-1),根据连续两日涌潮到达时间计算隔日时间差数据dt(n),以分钟作为单位,[0008] dt(n)=td(n+1)-td(n) n=1,2,3,...    (1)
[0009] 步骤2:历史高潮位数据和连续两日隔日时间差数据进行归一化处理[0010] 根据式(2)对历史高潮位数据进行归一化,
[0011]
[0012] 其中xmax为历史高潮位数据中的最大值,xmin为历史高潮位数据中的最小值。x为待处理的历史高潮位数据,为历史高潮位数据归一化处理后的值。
[0013] 连续两日隔日时间差数据归一化处理方法为:
[0014]
[0015] 步骤3:根据预报日从历史数据中挑选同条件下的数据构造训练样本。
[0016] 农历上,不同年相似月的数据可近似认为同条件下的数据,而其他不同月的数据为不同条件下的数据。这里根据预测日期的不同而分别建立训练模型,选择的训练样本同预测日期为同条件下的数据,即选择训练样本与预测日期不同年相似月的数据。另一方面,随着时间延迟增大,不同年相似月数据相关性亦逐渐减小,为保证训练样本与预测日的相关性足够大,选择预测日期近5年内相似月份的隔日时间差数据作为训练样本。
[0017] 利用归一化后的历史数据构造训练样本,将预报日前4个连续两日隔日时间差4日中最后一次涌潮高潮水位 以及相
应的闻家堰高潮水位 作为5个输入,第i日的隔日时间差作为输出值。以此类推可以构建输入矩阵P和目标矩阵T。因此输入矩阵P每行为6个数据,目标矩阵每行为1个数据。
同样,该两矩阵均为N-3行,N为历史数据长度。
[0018]
[0019]
[0020] 其中,i表示预测目标日的农历日序号;k表示预测目标年份序号,例如k=0表示预测年,k=1表示预测年前一年,以此类推。
[0021] 步骤4:利用训练样本训练支持向量机模型。
[0022] 调用Matlab7.10.0函数库中的svmtrain函数进行支持向量机模型训练,主要参数包括核函数选取、损失函数ε和惩罚因子参数C的确定。支持向量机常用核函数包括多项式核函数、径向基函数(RBF)核函数、Sigmoid核函数,通常选用RBF函数;损失函数ε决定了回归误差期望,其取值大小将会影响相应模型的支持向量数量以及泛化能力,ε取值越大,相应模型支持向量减小,预测精度越低,反之亦然,ε一般取为(0.0001~0.01);惩罚因子参数C主要用于平衡逼近误差以及模型复杂度,C的值越大,相应模型拟合误差则越小,对数据的拟合程度越高,但模型复杂程度亦越大,C一般取为(1~1000);
[0023] 步骤5:利用步骤4得到的支持向量机模型结合输入参数得到预测数据。
[0024] 为了预测第j天的隔日时间差,将第j日的前4个连续两日隔日时间差4日中最后一次涌潮高潮水位 以及相
应的闻家堰高潮水位 作为5个输入,调用Matlab7.10.0函数库中的svmpredict函数预测第j日的隔日时间差
[0025] 步骤6:反归一化处理隔日时间差,计算预测潮时。
[0026] 利用公式(5)对预测隔日时间差dt(j)predict进行反归一化处理,通过式(6)得到预测隔日时间差绝对值
[0027]
[0028] td,predict(j)=t(j-1)+dt(j)    (6)
[0029] t(j-1)表示第j-1日的涌潮到达时间。
[0030] 本发明的有益效果是:
[0031] 1.本方法根据预报日不同而分别建立训练模型,从历史数据中挑选同条件下的数据构造训练样本,使得预报模型更加准确,预测结果更加可靠。
[0032] 2.支持向量机是一种适用于小样本、泛化能力强的预测模型,使得本方法具有更高泛化能力,同时分析时间较短满足在线分析需求。
[0033] 3.整个分析过程快速方便,容易被使用者掌握,同时易于编程实现。

实施方案

[0035] 以下结合附图对本发明的方法作进一步描述。
[0036] 如图1所示,为基于支持向量机的钱塘江潮时预报方法流程图,具体实施步骤如下:
[0037] 步骤1:读取历史涌潮到达时间td(n)、对应站点和闻家堰的前一次高潮位g(n-1)、gw(n-1),根据连续两日涌潮到达时间计算隔日时间差数据dt(n),以分钟作为单位,[0038] dt(n)=td(n+1)-td(n) n=1,2,3,...    (1)
[0039] 步骤2:历史高潮位数据和连续两日隔日时间差数据进行归一化处理[0040] 根据式(2)对历史高潮位数据进行归一化,
[0041]
[0042] 其中xmax为历史高潮位数据中的最大值,xmin为历史高潮位数据中的最小值。x为待处理的历史高潮位数据,为历史高潮位数据归一化处理后的值。
[0043] 连续两日隔日时间差数据归一化处理方法为:
[0044]
[0045] 步骤3:根据预报日从历史数据中挑选同条件下的数据构造训练样本。
[0046] 农历上,不同年相似月的数据可近似认为同条件下的数据,而其他不同月的数据为不同条件下的数据。这里根据预测日期的不同而分别建立训练模型,选择的训练样本同预测日期为同条件下的数据,即选择训练样本与预测日期不同年相似月的数据。另一方面,随着时间延迟增大,不同年相似月数据相关性亦逐渐减小,为保证训练样本与预测日的相关性足够大,选择预测日期近5年内相似月份的隔日时间差数据作为训练样本。
[0047] 利用归一化后的历史数据构造训练样本,将预报日前4个连续两日隔日时间差4日中最后一次涌潮高潮水位 以及相
应的闻家堰高潮水位 作为5个输入,第i日的隔日时间差作为输出值。以此类推可以构建输入矩阵P和目标矩阵T。因此输入矩阵P每行为6个数据,目标矩阵每行为1个数据。
同样,该两矩阵均为N-3行,N为历史数据长度。
[0048]
[0049]
[0050] 其中,i表示预测目标日的农历日序号;k表示预测目标年份序号,例如k=0表示预测年,k=1表示预测年前一年,以此类推。
[0051] 步骤4:利用训练样本训练支持向量机模型。
[0052] 调用Matlab7.10.0函数库中的svmtrain函数进行支持向量机模型训练,主要参数包括核函数选取、损失函数ε和惩罚因子参数C的确定。支持向量机常用核函数包括多项式核函数、径向基函数(RBF)核函数、Sigmoid核函数,通常选用RBF函数;损失函数ε决定了回归误差期望,其取值大小将会影响相应模型的支持向量数量以及泛化能力,ε取值越大,相应模型支持向量减小,预测精度越低,反之亦然,ε一般取为(0.0001~0.01);惩罚因子参数C主要用于平衡逼近误差以及模型复杂度,C的值越大,相应模型拟合误差则越小,对数据的拟合程度越高,但模型复杂程度亦越大,C一般取为(1~1000);
[0053] 步骤5:利用步骤4得到的支持向量机模型结合输入参数得到预测数据。
[0054] 为了预测第j天的隔日时间差,将第j日的前4个连续两日隔日时间差4日中最后一次涌潮高潮水位 以及相
应的闻家堰高潮水位 作为5个输入,调用Matlab7.10.0函数库中的svmpredict函数预测第j日的隔日时间差
[0055] 步骤6:反归一化处理隔日时间差,计算预测潮时。
[0056] 利用公式(5)对预测隔日时间差dt(j)predict进行反归一化处理,通过式(6)得到预测隔日时间差绝对值
[0057]
[0058] td,predict(j)=t(j-1)+dt(j)    (6)
[0059] t(j-1)表示第j-1日的涌潮到达时间。

附图说明

[0034] 图1为基于支持向量机的钱塘江潮时预报方法流程图。
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