基于信息熵理论的黄土高原小流域雨量站网优化

地面雨量站是降水数据最直接的来源,合理的雨量站点密度与空间布局能准确反映流域面雨量,对于构建流域水文模型至关重要。以黄土高原岔巴沟流域为研究对象,采用2001-2010年流域内11个地面雨量站的日、周、15 d时间尺度降雨量序列,以信息熵理论为基础,基于最大信息最小冗余准则(MIMR),分析11个地面雨量站之间降雨的信息相互关系和信息传递规律,并结合流域多年降雨时空分布特征,对岔巴沟流域雨量站网进行优化。结果表明:岔巴沟流域降雨量在2001—2010年间无明显变化趋势,降雨空间分布呈由西南到东北递减趋势;不同时间尺度降雨序列的联合熵、互信息、冗余信息变化总体相同;总体信息随站点增多趋向稳定,站点之间传递的信息越来越少,冗余信息越来越多;另外,随着时间尺度变大,联合熵稳定越快,冗余信息越多。依据流域雨量站点间信息熵变化规律,对岔巴沟流域雨量站网进行了优化,确定不同时间尺度下的流域最佳雨量站密度和分布,优化后的流域雨量站网能较好的反映流域降雨信息。研究结果可为今后流域雨量站网的优化布局提供理论依据。

基于信息熵的岩溶水监测网优化:以徐州市典型水源地为例

在各级水利与自然资源部门地下水监测数据共享机制逐步完善背景下,针对日益凸显的原有监测系统中存在的监测井布局不合理问题以及岩溶含水系统具有的非均质性和各向异性特征,选取徐州市丁楼-茅村和七里沟2个典型水源地,分别采用互信息-距离(T-D)和最大信息最小冗余(MIMR)模型对研究区监测网信息冗余性和最优监测井组合进行了研究。结果显示:丁楼-茅村水源地水位监测数据离散程度、信息熵、信息传递量和信息衰减速率均大于七里沟水源地,2个水源地在ε取10^(-1)时的水位信息有效传递距离分别为4.7,4.8 km,指示出两地相似的岩溶发育程度和水力传导性能。通过对比监测井控制范围的实际值和理论值发现2个水源地监测井之间均存在信息冗余。现有监测条件下,丁楼-茅村水源地最优监测井数为6眼,最优监测井组合为D1-D2-D4-D5-D7-D9;七里沟水源地最优监测井数量为5眼,最优组合为Q1-Q3-Q4-Q5-Q7。将优化结果与原监测网相比,2个水源地监测井数量均减少3眼,分别能提供原监测网信息总量的98.5%,94.9%,监测网控制范围分别下降0.4%,1.2%,信息冗余量分别减少49.0%,56.4%。表明优化后的监测网能够提供与原站网相当的信息量和控制范围,同时可以显著降低信息冗余度与监测成本。

区间序信息系统的无监督特征选择

目前已有很多针对单值信息系统的无监督特征选择方法,但针对区间值信息系统的无监督特征选择方法却很少.针对区间序信息系统,文中提出模糊优势关系,并基于此关系扩展模糊排序信息熵和模糊排序互信息,用于评价特征的重要性.再结合一种综合考虑信息量和冗余度的无监督最大信息最小冗余(Um IMR)准则,构造无监督特征选择方法.最后通过实验证明文中方法的有效性.

基于信息熵的最优雨量站网动态评估

雨量站网是降水数据的最直接来源,其优化和评估至关重要。信息熵不仅可以代表降雨分布的不确定性,还可以反映雨量站之间的相关性大小。以湘江流域的子流域——湘乡流域为研究区域,基于信息熵的最大信息最小冗余准则,应用一种易于实现的贪婪排名算法,对该流域雨量站网进行站点重要性排名。同时考虑不同的滑动年际序列和不同气象条件,对排名结果进行比较分析。结果表明:不同起始日的观测序列影响了雨量站网站点的重要性排名,不同时期站点排名的变化证明了雨量站网站点的时间变异性,但随着观测序列长度的增加,这种时间变异性逐渐减小;在不同时期(雨季或旱季),最优雨量站网的站点重要性排名存在差异,旱季对最优站网站点重要性排名的时间变异性影响更显著。