[发明专利]一种水文监测网络的优化方法

说明书

本发明公开了一种水文监测网络的优化方法，其基本原理是利用复杂网络挖掘水文时空序列的拓扑特性，以此为基础评价对应水文监测网络并在此基础上进行监测网络的优化。根据水文监测网络站点获取的水文变量的时空数据构建水文复杂网络模型，在此基础上对此水文监测网络进行评价与优化。水文监测网络的评价是从监测站点重要性出发，而监测网络优化则主要是考虑三方面内容：增加站点，保护站点以及删除站点。本发明提出了利用复杂网络方法研究水文监测网络效能的新方法。

技术领域

本发明涉及复杂网络应用领域，具体涉及了一种水文监测网络的优化方法。

背景技术

早在1986年，Ward等就指出监测网中存在着“数据丰富但信息贫乏”的问题，其导致了尽管投入了大量的人力资源与财力资源，但由于水文监测网络获取的数据存在冗余性，反而为水文研究和应用代表了不便和干扰。一个高效的监测网络，不仅可以提供实时的水文信息，同时可以为水文科学研究提供可靠来源，是决策者有效管理的工具。但长期以来，对于监测网络缺乏有效的评价与优化，使得信息冗余但同时又缺失。

水文监测网作为流域水文信息提供的载体，布局合理是否直接影响所获得的水文数据对于流域内在规律及特征分析的代表性和研究价值。通过水文监测网络收集的水文信息，对于水资源系统的规划、设计以及管理具有重要意义，同时也是许多水资源工程的重要输入，比如水库的设计、水资源分布系统、灌溉系统等；利用得到的监测水文信息，可以对淡水资源进行规划和管理，这从一定程度上可以缓解日益增长的工农业用水需求，减少由于用水引发的矛盾；通过对得到的水文监测数据研究和分析，可以了解气候变化以及土地利用情况等；总体来说，水文监测网站提供的数据的精确性直接影响与其相关的各种水文工作和研究的开展。

目前针对水文监测网络的研究已经引起了学者的广泛重视，并取得了初步成果。本发明提出了一种利用复杂网络方法挖掘水文监测数据时空关联、从而来考量监测网络是否能够有效的测量流域水文变量的一种方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种水文监测网络的优化方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种水文监测网络的优化方法，包含以下步骤：

步骤A)，利用复杂网络抽象方法对水文监测网络所获得的水文监测数据进行建模，形成水文监测复杂网络模型；

步骤B)，利用Newman快速算法对水文监测复杂网络模型进行社团挖掘，完成流域划分；

步骤C)，计算流域划分后的水文监测复杂网络模型中每个节点的信息量指标、转移性指标、冗余性指标，并根据该节点的信息量指标、转移性指标、冗余性指标计算其重要性指标；

步骤D)，根据节点的重要性指标对水文监测网络进行优化。

作为本发明一种水文监测网络的优化方法进一步的优化方案，所述步骤A)的详细步骤如下：

步骤A.1)，针对每个水文监测站的数据，将对应的监测站的地理位置抽象为节点；

步骤A.2)，将两个节点间的水文监测数据序列之间的相关性作为评价两个节点之间是否存在连边的标准，建立复杂网络模型：若相关性大于预设的相关性阈值，认为对应节点之间存在连边，否则认为节点之间不存在连边。

作为本发明一种水文监测网络的优化方法进一步的优化方案，所述步骤A.2)中采用皮尔森系数作为两个节点间序列之间的相关性，计算公式如下：