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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 改進(jìn)的符號時(shí)間序列分析方法及應(yīng)用--以鄭州地區(qū)旱澇為例
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 本文根據(jù)近五百年鄭州市降水?dāng)?shù)據(jù)集，選用馬爾可夫概型方法分析和研究旱澇發(fā)生的演變規(guī)律，后又提出了一種改進(jìn)的符號時(shí)間序列分析方法,該方法采用1、2、3、4、5五個(gè)符號對事件進(jìn)行分析，克服了傳統(tǒng)方法中僅用0、1兩個(gè)符號的缺陷，提高了符號對于信號變化的靈敏度。結(jié)果表明: 隨著符號串長度的增加，旱澇演變越來越具有規(guī)律性。后用兩種統(tǒng)計(jì)量對上述結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。
- 詳細(xì)介紹：
- 無論是從歷史上看還是近年來，隨著人類發(fā)展對自然界的影響越來越大，自然災(zāi)害特別是極端的旱澇發(fā)生的次數(shù)越來越頻繁，直接影響到國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。因此,掌握旱澇變化的特征和規(guī)律，減少因自然災(zāi)害所造成的損失，預(yù)測未來旱澇變化的趨勢成為一個(gè)十分重要的課題。 針對上述問題，本文做了以下工作： 第一，建立基于符號序列的馬爾可夫概型，對馬爾可夫過程各狀態(tài)之間的演變進(jìn)行了分析。根據(jù)搜集的近五百年鄭州市降水?dāng)?shù)據(jù)集（數(shù)據(jù)已符號化，分為五個(gè)狀態(tài)大澇、小澇、正常、小早、大旱、并用1、2、3、4、5五個(gè)符號代替），首先計(jì)算出符號序列的轉(zhuǎn)移矩陣，然后將轉(zhuǎn)移矩陣經(jīng)過 步變換，得到滯后 步后的狀態(tài)向量，從而對狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移及其轉(zhuǎn)移的概率進(jìn)行分析，總結(jié)出隨機(jī)過程的概率規(guī)律，如明年的“旱”、“澇”天氣狀況與今年是否有關(guān)，連續(xù)三年干旱的可能性等，并從中挖掘出旱澇變化規(guī)律。 第二，提出了一種基于改進(jìn)的符號序列分析方法。首先建立符號樹，計(jì)算出每層符號出現(xiàn)的個(gè)數(shù)。其次，對符號序列進(jìn)行進(jìn)行十進(jìn)制編碼，獲得符號序列的概率并畫出散點(diǎn)圖。最后，分析每一層符號序列的概率，計(jì)算修正熵H和時(shí)間不可逆轉(zhuǎn)指標(biāo)這兩種統(tǒng)計(jì)量指標(biāo)，進(jìn)而達(dá)到揭示旱澇出現(xiàn)特性的目的。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 隨著人類發(fā)展對自然界的影響越來越大，自然災(zāi)害特別是極端的旱澇發(fā)生的次數(shù)越來越頻繁，直接影響到國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。因此,掌握旱澇變化的特征和規(guī)律，減少因自然災(zāi)害所造成的損失，成為一個(gè)十分重要的課題。本文根據(jù)近五百年鄭州市降水?dāng)?shù)據(jù)集，選用馬爾可夫概型方法分析和研究旱澇發(fā)生的演變規(guī)律，后又提出了一種改進(jìn)的符號時(shí)間序列分析方法,該方法采用1、2、3、4、5五個(gè)符號對事件進(jìn)行分析，后用兩種統(tǒng)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 一貫的符號時(shí)間序列通常采用分割區(qū)間法及差值法劃分原始數(shù)據(jù)，得到的符號序列只含有兩種符號，對需用多種符號來代表原時(shí)間序列沒有研究。為此，在應(yīng)用符號時(shí)間序列方法時(shí)，我們把時(shí)間序列化成含有五種符號序列，利用時(shí)間不可逆轉(zhuǎn)性, 及修正的香農(nóng)嫡H，對符號化的序列進(jìn)行特征量提取，且將此方法應(yīng)用于對五百年旱澇等級數(shù)據(jù)集表征。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 利用馬爾可夫概型和符號時(shí)間序列方法，對近五百年鄭州市降水?dāng)?shù)據(jù)集進(jìn)行分析，從中挖掘出較為準(zhǔn)確的旱澇時(shí)空變化規(guī)律為準(zhǔn)確及時(shí)的中長期水文預(yù)報(bào)提供了理論依據(jù)，對合理安排工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很好的指導(dǎo)作用。符號化時(shí)間序列分析方法在許多方面存在很大的優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算簡單快捷、有效抑制噪聲干擾, 降低儀器抗干擾的要求等。隨著數(shù)據(jù)采集速度的加快及動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的日趨復(fù)雜, 符號化方法將會(huì)是一個(gè)重要的信息分析工具。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文根據(jù)近五百年鄭州市降水?dāng)?shù)據(jù)集（此數(shù)據(jù)集把降水時(shí)間序列數(shù)據(jù)符號化，分為五個(gè)狀態(tài)大澇、小澇、正常、小旱、大旱、并用1、2、3、4、5五個(gè)符號代替）選用馬爾可夫概型方法分析和研究旱澇發(fā)生的演變規(guī)律和未來出現(xiàn)的可能性大小，并驗(yàn)證了狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣 步變換后，轉(zhuǎn)移矩陣達(dá)到了平穩(wěn)（不隨時(shí)間的改變而變）。后又提出了一種改進(jìn)的符號時(shí)間序列分析方法,該方法采用1、2、3、4、5五個(gè)符號對事件進(jìn)行分析，克服了傳統(tǒng)方法中僅用0、1兩個(gè)符號的缺陷，提高了符號對于信號變化的靈敏度。鄭州地區(qū)旱澇的特征分析結(jié)果表明: 隨著符號串長度的增加（即周期延長），旱澇演變越來越具有規(guī)律性。后用兩種統(tǒng)計(jì)量對上述結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。
獲獎(jiǎng)情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- [1]中國五百年旱澇等級數(shù)據(jù)集 中國氣象科學(xué)研究院 [2]向馗, 蔣靜坪. 復(fù)雜系統(tǒng)的異常檢測方法[J].機(jī)床與液壓,2008,36(1):156-160. X IANG K, JIANG J P.Anomaly detection of complex system[J].Machine Tool&Hydraulics,2008,36(1):156-160. [3]改進(jìn)的符號時(shí)間序列分析方法及其在電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用 胡為,胡靜濤, 儀器儀表學(xué)報(bào),2009,4:760-766 [4]我國旱澇空間型的馬爾科夫概型分析 陳育峰,自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，1995,5:66-72 [5] 非線性時(shí)間序列的符號化分析方法研究 金寧德、李偉波，動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào)。2006,3:54-59 [6] Daw cs,Finney.CEA,Tray ER.Symbolic statistics:A new tool for understanding mutiphase flow phenomenona.ASME International congress&Exposition. Anaheim.california.USA. Novermber,1998:15-20
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)旱澇研究現(xiàn)狀 時(shí)間上對旱澇變化的研究主要集中在趨勢特征，周期特點(diǎn)，變異點(diǎn)分布特點(diǎn)，旱澇游程特征，大旱大澇頻數(shù)特征及風(fēng)險(xiǎn)性預(yù)測等方面。在空間研究方面主要基于地統(tǒng)計(jì)和空間自回歸分析旱澇空間演變規(guī)律。 對于旱澇趨勢分析，周期特點(diǎn)的研究已經(jīng)很多，研究主要集中在趨勢系數(shù)，譜分析，小波分析等方法的研究和應(yīng)用上。引進(jìn)計(jì)算機(jī)游程理論，把降水分為正負(fù)兩個(gè)游程研究階段性規(guī)律。對于水文旱澇變異點(diǎn)的研究旱澇變化特征是一個(gè)多方面復(fù)雜系統(tǒng)，那么，對于旱澇災(zāi)害的研究應(yīng)從時(shí)間空間等多方面結(jié)合具體研究。近年來的研究較多，其中，周后福依據(jù)安徽省近554年的旱澇等級資料，利用偏度系數(shù)、峰度系數(shù)、頻次、累積距平等計(jì)算公式和方法進(jìn)行旱澇變化規(guī)律的分析，結(jié)果表明：安徽省旱澇等級序列具有不對稱分布，即存在澇年明顯多于旱的非正態(tài)分布特征，呈現(xiàn)干燥期、濕潤期的階段性變化特征，以旱為主和以澇為主的現(xiàn)象間隔出現(xiàn)． 國外旱澇研究現(xiàn)狀 國外專家學(xué)者對旱澇的研究也很多，主要集中在大氣環(huán)流方面和對旱澇演變分析方法的改進(jìn)等方面。 Sen.Z分析了連續(xù)干旱時(shí)間分布規(guī)律并且運(yùn)用對數(shù)馬爾可夫過程分析在一段時(shí)間內(nèi)水資源短缺的可能性，但對數(shù)馬爾可夫鏈適用范圍有限，對數(shù)據(jù)要求較高，Kendall，Dracup提出旱澇事件是一個(gè)可更新的過程，并用交替更新理論來研究旱澇變化規(guī)律，取得很好效果。SuMingFeng根據(jù)中國160個(gè)站點(diǎn)，1951～2000年的月降水相關(guān)資料，通過EOF分解，分析厄爾尼諾現(xiàn)象與旱澇分布之間的關(guān)系。得出在厄爾尼諾暖時(shí)期中國北部為干旱期，但長江以南卻比往年濕潤。旱澇干濕演變規(guī)律的空間變化的研究也很多，主要方法為泰森多邊形或基于GIS對旱澇空間變化進(jìn)行聚類分析比較。Jim D. Karagatzides ,Harry R.Manson等運(yùn)用瑞利指數(shù) 研究降水氣溫的空間相關(guān)，并用二元回歸分析相鄰區(qū)域干濕不同的顯著性。
