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基于随机森林的作物模型光温产量潜力模拟优化方法
1
作者 徐浩 宋华鲁 +2 位作者 张海波 张小虎 王帅 《湖北农业科学》 2024年第8期132-139,共8页
为有效降低作物模拟所需数据量,提高计算效率,基于机器学习建立冬小麦光温产量潜力估算模型。以中国冬麦区129个农业气象站点1980—2009年光温产量潜力为研究对象,选择影响光温产量潜力模拟较大的温度、日照时数、经纬度等构建特征变量... 为有效降低作物模拟所需数据量,提高计算效率,基于机器学习建立冬小麦光温产量潜力估算模型。以中国冬麦区129个农业气象站点1980—2009年光温产量潜力为研究对象,选择影响光温产量潜力模拟较大的温度、日照时数、经纬度等构建特征变量。选择生长季与月份2个时间范围,基于WheatGrow模型输入输出数据建立生长季变量的随机森林模型(RF_GS)与月份变量的随机森林模型(RF_Mon),最后利用均方根误差(RMSE)评价随机森林模型的性能。结果表明,随机森林模型可在保证模拟精度的前提下降低数据需求量,且RF_GS精度优于RF_Mon;变量重要性检验与部分依赖图分析结果表明,纬度、生长季日照时数、5月日照时数、3月最低温度对光温产量潜力模拟影响较大;若模型验证数据的范围超出训练数据的范围,利用随机森林模型无法保证建模精度。 展开更多
关键词 作物模型 WheatGrow模型 随机森林 光温产量潜力 模拟优化方法
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基于模拟-优化方法的地下水污染源溯源辨识 被引量：24
2
作者 潘紫东 卢文喜 +2 位作者 范越 李久辉 王涵 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1698-1705,共8页
以抚顺市某煤矸石堆放场为研究区,根据研究区的实际条件建立地下水污染质运移模拟模型,预测地下水污染质未来时空变化特征.基于正演预报结果构建了假想例子,应用模拟-优化方法对地下水污染源源强及场地的渗透系数进行反演识别.为减小优... 以抚顺市某煤矸石堆放场为研究区,根据研究区的实际条件建立地下水污染质运移模拟模型,预测地下水污染质未来时空变化特征.基于正演预报结果构建了假想例子,应用模拟-优化方法对地下水污染源源强及场地的渗透系数进行反演识别.为减小优化模型反复调用模拟模型所产生的计算负荷,分别采用Kriging方法和BP神经网络方法建立了模拟模型的替代模型.最后运用模拟退火法求解优化模型,得到反演识别结果.研究表明:应用Kriging方法建立的替代模型输出结果的平均相对误差为0.3%;应用BP神经网络方法建立替代模型的输出结果平均相对误差为1.5%,应用两种替代模型对污染源源强识别的相对误差均小于0.5%,对场地两个参数分区渗透系数识别的相对误差均不大于5%.综上,应用Kriging方法建立的替代模型精度高于BP神经网络方法,利用基于两种替代模型的模拟-优化方法对污染源源强和渗透系数进行同步识别精度可以满足实际需求,是有效可行的. 展开更多
关键词 污染源反演识别 模拟-优化方法 替代模型 KRIGING方法 BP神经网络方法
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基于INPGA的地下水污染治理多目标优化管理模型:Ⅰ——理论方法与算例验证 被引量：13
3
作者 吴剑锋 彭伟 +1 位作者 钱家忠 吴吉春 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期277-284,共8页
基于小生境技术的Pareto遗传算法(NPGA)是一种求解多目标问题的智能搜索方法,适用于优化多种非线性、不连续等复杂多目标问题。但该算法存在局部早熟收敛和收敛速度慢两个不足,在求解Pareto前沿上效果不佳。本文在NPGA的基础上,提出了改... 基于小生境技术的Pareto遗传算法(NPGA)是一种求解多目标问题的智能搜索方法,适用于优化多种非线性、不连续等复杂多目标问题。但该算法存在局部早熟收敛和收敛速度慢两个不足,在求解Pareto前沿上效果不佳。本文在NPGA的基础上,提出了改进NPGA方法(INPGA),通过Pareto解集过滤器、精英个体保留策略、邻域空间Mühlenbein变异等三项改进措施,提高了算法的求解能力。同时,应用个体适应值库操作和MPI(Message Passing Interface)并行计算技术来提高求解速度。最后将该方法应用于一个理想二维地下水污染修复问题的多目标优化求解,结果表明,该算法求解过程简单,计算时间短,优化得到的Pareto解集权衡曲线的跨度更为合理,具有很好的应用效果。 展开更多
关键词 地下水污染治理 模拟优化方法 多目标优化 小生境Pareto遗传算法 MPI并行计算
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NPGA-GW在地下水系统多目标优化管理中的应用 被引量：10
4
作者 彭伟 吴剑锋 吴吉春 《高校地质学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期631-636,共6页
在地下水系统管理问题中,涉及到多个相互冲突的目标函数常常被简化为不同形式的单一目标函数来求解,这种通过单一目标函数的优化方法只能给出一个解,由此确定的方案有时会违背决策者的意愿。而通过多目标优化方法可以得到一系列供决策... 在地下水系统管理问题中,涉及到多个相互冲突的目标函数常常被简化为不同形式的单一目标函数来求解,这种通过单一目标函数的优化方法只能给出一个解,由此确定的方案有时会违背决策者的意愿。而通过多目标优化方法可以得到一系列供决策者权衡选择的解集。将地下水流模拟程序MODFLOW和溶质运移模拟程序MT3DMS相耦合,采用基于小生境技术的Pareto遗传算法进行求解,开发了一个用于地下水系统多目标管理的应用程序NPGA-GW。并将该程序应用于一个二维地下水污染修复问题的多目标优化求解,结果表明,该程序能够在较短的时间内得到一系列Pareto最优解,解的跨度足够决策者进行适当的选择,具有很好的应用前景。 展开更多
关键词 地下水系统管理 模拟优化方法 多目标优化 NPGA
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龙羊峡水光互补的日优化调度研究 被引量：16
5
作者 钱梓锋 李庚银 +3 位作者 安源 丁航 王颂凯 王浩 《电网与清洁能源》 北大核心 2016年第4期69-74,共6页
提出了水光2种清洁能源互补发电模型。以水光互补在负荷高峰时段总出力最大为目标函数,综合考虑各种约束条件,构建了水光互补日间调度模型。采用模拟优化的方法求解该模型,结果表明水光互补可以明显提高调峰能力。
关键词 清洁能源 水光互补发电 模拟优化方法 调峰能力
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不确定性条件下地下水污染监测井网优化设计——基于XGBoost替代模型 被引量：11
6
作者 董广齐 卢文喜 +1 位作者 范越 潘紫东 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期2144-2152,共9页
在地下水污染监测井网优化设计中,应用模拟优化方法时客观存在的模型参数不确定性往往会影响到设计监测井网的可靠性.针对该问题,重点考虑了渗透系数和污染源释放强度的不确定性,应用模拟优化方法和蒙特卡罗方法求解上述不确定性参数影... 在地下水污染监测井网优化设计中,应用模拟优化方法时客观存在的模型参数不确定性往往会影响到设计监测井网的可靠性.针对该问题,重点考虑了渗透系数和污染源释放强度的不确定性,应用模拟优化方法和蒙特卡罗方法求解上述不确定性参数影响下的最优监测井布设方案.为缓解蒙特卡罗方法多次调用模拟模型所产生的巨大计算负荷,本研究建立了XGBoost替代模型,代替模拟模型与优化模型进行耦合.为提高监测井网对实际污染羽的监测精度,污染监测井网优化模型以监测空间矩误差极小化为优化目标.此外,本次研究还考虑了监测井网设计中污染源释放强度的动态变化过程.最后,以抚顺市某煤矸石堆放场地为基础建立假想例子,验证所提方法的有效性.结果表明:1.XGBoost能够有效近似模拟模型的输入输出关系,显著降低了计算负荷.2.空间矩能够有效评估监测井网插值污染羽和实际污染羽的逼近程度,优化设计后的监测井网能够较为准确地捕捉到实际污染羽的状态.3.模拟优化方法结合蒙特卡罗方法能有效求解不确定性条件下最优监测井网的设计问题.本文为地下水污染监测井网设计提供了一种稳定可靠的方法. 展开更多
关键词 地下水污染 监测井布设 模拟优化方法 不确定性 XGBoost替代模型
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基于自适应权重粒子群优化算法的地下水污染溯源辨识 被引量：7
7
作者 高琬玉 卢文喜 +1 位作者 潘紫东 白玉堃 《中国农村水利水电》 北大核心 2022年第12期1-7,16,共8页
地下水污染溯源辨识是指利用监测井的观测数据对污染源信息进行识别。然而,在应用模拟-优化方法进行溯源工作时,多次运行数值模拟模型会带来较大的计算负荷;在利用传统粒子群算法求解优化模型时,易陷入局部极值点,严重影响辨识结果的精... 地下水污染溯源辨识是指利用监测井的观测数据对污染源信息进行识别。然而,在应用模拟-优化方法进行溯源工作时,多次运行数值模拟模型会带来较大的计算负荷;在利用传统粒子群算法求解优化模型时,易陷入局部极值点,严重影响辨识结果的精度。研究基于假想算例,应用模拟-优化方法,将模拟模型作为等式约束条件,以模拟输出值与实际观测值之间的偏差极小化作为目标函数,连同其他非负约束条件建立优化模型,对三个潜在污染源的释放历史及渗透系数进行了联合识别。通过训练BP神经网络,建立数值模拟模型的替代模型,以缓解沉重的计算负荷;为了避免求解优化模型时陷入局部极值,研究提出了一种自适应权重算法,增强了传统粒子群优化算法跳出局部极值点的能力,识别结果表明:①运用BP神经网络所建立的替代模型能够很好地近似模拟模型的输入-输出关系,拟合精度达到0.99,且运行速度明显快于数值模拟模型,证明了其可以代替数值模拟模型嵌入优化模型中进行污染源溯源辨识工作;②同运用传统粒子群优化算法相比较,运用自适应权重粒子群优化算法,对优化算法的参数和迭代终止条件进行调节,可以有效地提高算法的收敛速度和计算效率,收敛得到的最优解的相对误差基本小于5%。 展开更多
关键词 污染源溯源辨识 模拟-优化方法 替代模型 自适应权重粒子群算法 BP神经网络方法
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基于典型耦合优化算法的城市交通拥塞点源反演识别研究
8
作者 赵雪亭 胡立伟 《交通运输系统工程与信息》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期74-83,共10页
应用模拟-优化方法研究城市交通拥塞源的位置识别及数据推演问题。首先,构建一个假想城市交通拥塞案例,引入地下水污染质运移模型,并结合城市交通拥塞特征,改进模型适应性,利用Cholesky分解方法建立描述城市交通拥塞非均质性的城市交通... 应用模拟-优化方法研究城市交通拥塞源的位置识别及数据推演问题。首先,构建一个假想城市交通拥塞案例,引入地下水污染质运移模型,并结合城市交通拥塞特征,改进模型适应性,利用Cholesky分解方法建立描述城市交通拥塞非均质性的城市交通流出率连续场。其次,采用Kriging和BP (Back Propagation)神经网络建立城市交通拥塞数值模拟模型的替代模型,通过平均相对误差、确定性系数及均方根误差检验替代模型精度。最后,利用麻雀搜索算法(SSA)和遗传算法(GA)求解优化模型,通过平均相对误差检验反演识别结果。研究结果表明:利用Cholesky分解方法,得到城市交通流出率分布不均,符合城市交通拥塞异质性特征,且均值为322.15,处于中等扩散水平;Kriging替代模型精度更高,平均相对误差为0.98%;应用SSA和GA均能快速准确地识别城市交通拥塞源的位置及交通扩散量,SSA相较于GA的交通拥塞源位置的整体相对误差提高1.68%,交通量的整体相对误差提升2.52%。综上,基于Kriging和SSA方法耦合的模拟-优化模型可以有效识别城市交通拥塞源和交通扩散交通量,且识别精度较高,可为城市交通拥塞源控制及交通扩散管控方案提供重要参考。 展开更多
关键词 城市交通 反演识别 模拟-优化方法 城市交通拥塞 连续场划分
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基于替代模型和流向算法的地下水污染源反演识别 被引量：8
9
作者 罗成明 卢文喜 +3 位作者 潘紫东 王梓博 徐亚宁 白玉堃 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期5823-5832,共10页
应用模拟-优化的理论和方法,对地下水污染源的相关信息、模拟模型的渗透系数以及抽水井的抽水量进行同步识别.首先,根据假想例子构建地下水污染数值模拟模型.然后,分别运用BP神经网络(BPNN)方法和核极限学习机(KELM)方法构建模拟模型的... 应用模拟-优化的理论和方法,对地下水污染源的相关信息、模拟模型的渗透系数以及抽水井的抽水量进行同步识别.首先,根据假想例子构建地下水污染数值模拟模型.然后,分别运用BP神经网络(BPNN)方法和核极限学习机(KELM)方法构建模拟模型的替代模型,优选出拟合精度更高的替代模型嵌入到后续的优化模型中,以此减少计算负荷并提升替代模型对模拟模型的逼近精度.最后,采用流向算法(FDA)对优化模型进行求解,得到反演结果,同时,将其分别与麻雀搜索算法(SSA)和粒子群优化算法(PSO)得到的反演结果进行对比.结果表明:相比于KELM替代模型,BPNN替代模型的拟合精度较高,确定性系数、平均相对误差和均方根误差分别为0.9999、0.1723%和0.5625;与PSO和SSA相比,FDA的收敛速度更快,对优化模型的求解精度更高,其识别结果的平均相对误差小于7%,提升了地下水污染源反演识别的精度和效率,能够为地下水污染修复、风险评定和责任认定提供可靠的依据. 展开更多
关键词 同步识别 模拟-优化方法 替代模型 流向算法 BP神经网络
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基于SSA-BP与SSA的地下水污染源反演识别 被引量：12
10
作者 葛渊博 卢文喜 +1 位作者 白玉堃 潘紫东 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期5179-5187,共9页
应用基于SSA-BP神经网络替代模型的模拟-优化方法和SSA研究了地下水污染源位置及释放历史的反演识别问题.并在建立地下水水流模型时,应用Cholesky分解方法建立含水层渗透系数连续场,该方法相比于普通的参数分区方法更好地描述了水文地... 应用基于SSA-BP神经网络替代模型的模拟-优化方法和SSA研究了地下水污染源位置及释放历史的反演识别问题.并在建立地下水水流模型时,应用Cholesky分解方法建立含水层渗透系数连续场,该方法相比于普通的参数分区方法更好地描述了水文地质参数的非均质性.结果表明:SSA-BP神经网络替代模型对模拟模型具有较高的逼近精度,其平均相对误差仅有3.21%.应用SSA求解优化模型,能够快速准确地识别出点污染源的位置及释放历史.SSA对污染源位置的反演识别相对误差在10%左右,对污染源源强的反演识别相对误差不超过4%.因此,本文所提出的方法是一种有效的地下水污染源识别方法,可为污染责任认定及污染修复方案的优化提供参考. 展开更多
关键词 污染源反演识别 模拟-优化方法 替代模型 麻雀搜索算法 SSA-BP神经网络替代模型
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