Прогнозирование притока реки Обь в створе Новосибирской ГЭС на основе вариативного моделирования

• Автор: Альсова, Ольга Константиновна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 245 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЗАДАЧА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРИТОКА РЕКИ ОБЬ

1.1. Роль И ЗНАЧЕНИЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРИТОКА СТОКА РЕКИ ОБЬ В УПРАВЛЕНИИ

Новосибирским водохранилищем и ГЭС

1.2. Специфика речного стока с точки зрения прогнозирования.

1.3. Специфика гидрологических данных.

1.4. Обзор методов прогнозирования притока стока

1.5. Требования к прогнозным моделям

1.6. Выбор программного обеспечения для решения задачи

прогнозирования притока

1.6.1. Критерии качества прикладного статистического программного обеспечения

1.6.2. Методика выбора прикладного статистического
программного обеспчения.
1.6.3. Выбор по предложенной методике прикладного статистического пакета для
РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ РОГНОЗИРОВАНИЯ ПРИТОКА
1.7. Этапы создания АСППР по управлению Новосибирским водохранилищем и ГЭС
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ .
ГЛАВА 2. ВАРИАТИВНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
2.1. Основные определения и понятия.
2.2. Актуальность и области приложения вариативного моделирования.
2.3. Уровни поливариантности
2.4. Технологический процесс вариативного моделирования на основе использования вероятностностатистических моделей
2.5. Требования к исходному и итоговому набору моделей
2.6. Методы формирования набора моделей.
2.6.1. Условия применения различных методов формирования набора моделей
2.6.2. Алгоритм метода целенаправленного перебора.
2.6.3. Формирование исходного набора моделей для решения задачи прогнозирования притока реки Обь методом целенаправленного перебора.
2.7. Интеллектуальный анализ данных. Место вариативного моделирования в интеллектуальном анализе данных
2.7.1. Вводные определения и понятия
2.7.2. Термин интеллектуальный анализ данных. Связь интеллектуального анализа данных с вариативным моделированием.
2.7.3. Задачи, методы и средства интеллектуального анализа данных .
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИГОДНОСТИ ВАРИАТИВНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРИТОКА РЕКИ ОБЬ.
3.1. Результаты предварительной статистической обработки гидрологических данных.
3.2. Исследование возможности прогнозирования притока на основе использования рангового корреляционного анализа
3.3. Исследование возможности применения моделей временных рядов для
ПР нозиров ания притока
3.3.1. Исследование возможности применения трендовых моделей и моделей гармонических функций.
3.3.2. Исследование возможности применения моделей авторегрессии и проинтегрированного скользящего среднего.
3.4. Исследование возможности прогнозирования притока на основе использования регрессионных моделей.
3.5. Исследование возможности изучения и прогнозирования временных рядов притока методом главных компонентов.
3.5.1. Исследование внутренней структуры временных рядов притока методом главных компонентов
3.5.2. Исследование взаимосвязи солнечной активности и годового объема притока методом главных компонентов
3.5.3. Исследование возможности прогнозирования временных рядов притока методом главных компонентов. Методика прогнозирования
3.5.4. Общие выводы о применении метода главных компонентов для изучения гидрологических рядов.
3.6. Исследование влияния погрешности в исходных данных на точность прогнозирования объема притока.
3.6.1. Исследование влияния погрешности в исходных данных на точность прогнозирования объема притока по линейнорегрессионным моделям.
3.6.2. Исследование влияния погрешности в исходных данных на точность прогнозирования объема притока на основе использования метода главных компонентов.
3.7. Формирование итогового набора моделей прогнозирования притока реки Обь
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
ПРИТОКА РЕКИ ОБЬ, ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ
НАБОРА МОДЕЛЕЙ.
4.1. Программная система прогнозирования притока и расчета режимов работы водохранилища .
4.1.1. Общая характеристика программной системы.
4.1.2. Функции подсистемы скользящего прогнозирования притока.
4.1.3. Функционирование подсистемы скользящего прогнозирования притока
4.2. Программное обеспечение задачи прогнозирования притока на основе использования метода главных компонентов.
4.2.1. Программа РЮЫСОМР, реализующая метод главных компонентов для временных рядов г.
4.2.2. Технология решения задачи прогнозирования притока с помощью метода главных компонентов в среде БТАТБТСА
4.3. Методика прогнозирования притока на основе разработанного программного обеспечения
4.4. Разработка экспертной системы формирования набора моделей методом целенаправленного перебора в рамках вариативного моделирования.
4.4.1. Основные этапы и общие принципы разработки экпертной системы
4.4.2. Экспертная система формирования набора вероятностностатистических моделей прогнозирования временных рядов.
4.4.2.1. Актуальность разработки экспертной системы
4.4.2.2. Функциональная структура экспертной системы.
4.4.2.3. Разработка базы знаний экспертной системы.
4.4.2.4. Функционирование экспертной системы на примере формирования набора моделей гидролог ических временных рядов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Еще одной причиной наличия корреляции в рядах годового стока является наличие корреляции в наблюдениях годовых осадков и испарения, которые в основном определяют величину годового стока. Степень коррелированности значений стока неодинакова для разных рек и зависит от значимости вклада подземной составляющей, годовых осадков, испарения в формирование величины стока. Инерционность процесса речного стока может быть использована при прогнозировании. Периодичность изменения речного стока во времени. Периодическая составляющая в колебаниях стока, устанавливающая зависимость их от времени, это годовой цикл, связанный с обращением Земли вокруг Солнца. Эта закономерность имеет ясное происхождение и отчетливо выражена в типичном для каждой реки сезонном распределении стока . Большое внимание в литературе уделяется выделению в многолетних изменениях речного стока периодических составляющих в составе вероятностного процесса , , , , , 1. В колебаниях стока рек выделяют циклы переменной длительности и амплитуды. Их появление связывают , с , и 0 летними циклами солнечной активности, 9 и летними вариациями приливообразующих сил, различными видами цикличности в изменениях атмосферных условий. Анализ гидрологических рядов наблюдений стока реки Обь различной дискретности приведен в п. Рассмотренные особенности позволяют сделать следующий вывод речной сток сложный, многофакторный процесс, имеющий стохастическую природу. Вследствие этого, невозможно построить математическую модель, которая адекватно описывала бы все свойства, особенности изменения речного стока во времени для разных целей описания и исследования его. Любая модель лишь упрощенно представляет реальный процесс речного стока, что может привести к значительным ошибкам при прогнозировании. Возможным выходом из положения является использование для идентификации и прогнозирования речного стока набора взаимодополняющих или уточняющих друг друга моделей, которые, с одной стороны будут отражать влияние разных факторов и условий на сток, с другой стороны позволят решать разные задачи. Изучение закономерностей и прогнозирование изменений речного стока во времени основывается на данных количественных измерений стока. Один из основных измерителей расход м3с или объем км3 воды притока, протекающей через поперечное сечение русла реки за тот или иной промежуток времени . Объем притока в км3 за данный период времени равен произведению расхода притока в м3с за данный период времени и количества секунд в данном периоде времени, деленному на 9. Еще один источник информации данные наблюдений за формирующими сток явлениями, в первую очередь метеорологическими, и данные наблюдений гео и гелиофизических процессов, таких как солнечная активность, приливноотливные силы, отражающие гравитационное взаимодействие планет и т. В диссертационной работе в качестве исходных данных для исследования закономерностей и прогнозирования притока используются гидрологические ряды месячных, квартальных, годовых объемов км3 притока реки Обь в створе Новосибирской ГЭС за гг. Вольфа за гг. Рассмотрим специфику гидрологических рядов притока с точки зрения прогнозирования и выделим следующие важные моменты точность данных и модели представления данных. Точность данных. Следует отметить низкую точность данных. Погрешности в исходных данных обусловлены рядом причин. Вопервых, неточностью измерения величины притока изза несовершенства методов измерения. Вовторых, ошибками, которые имеют место при обработке результатов измерений и вычислении величин стока за различные временные интервалы. В отмечено, что применительно к зимнему стоку те и другие погрешности возрастают. Главная причина, осложняющая учет зимнего стока, это наличие на реке различного рода ледовых образований ледяной покров, шуга, наледь и другое. Кроме этого, в гидрологических рядах расходов и объемов притока реки Обь были обнаружены явные ошибки регистрации. Очевидно, что точность прогноза находится в прямой зависимости от точности исходных данных. В приводятся практические результаты, согласно которым величина ошибки при прогнозировании значений притока в раза превышает величину ошибки в значениях исходных данных. Модели представления данных.