(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211382778.4 (22)申请日 2022.11.07 (71)申请人 长江水利委员会长江科 学院 地址 430010 湖北省武汉市江岸区黄浦大 街23号 (72)发明人 丁文峰　张冠华　邹翔　孙宝洋　 蔡道明　崔豪　 (74)专利代理 机构 北京深川专利代理事务所 (普通合伙) 16058 专利代理师 吴晓丹 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 山洪小流 域雨量站网布局优化方法 (57)摘要 本发明涉及地面雨量站网布局优化方法技 术领域， 特别涉及无资料地区山洪小流域地面雨 量站网布局优化方法。 将高精度气象卫星降雨数 据按照空间分辨率为0.04 ° ×0.04°的网格将山 洪小流域进行分割， 分割后， 对每个网格进行编 号， 将近20年序列高精度气象卫星降雨数据进行 离散化处理， 计算山洪流域各个网格的边缘熵， 分析各个网格间降雨信息的冗余度和相关性， 计 算联合熵、 互信息和总相关等指标， 基于MIMR准 则， 确定山洪小流域各个网格间降雨信息的最大 传递和最小冗余条件下的站点数量和位置， 为无 资料山洪小流域地面雨量站网的布局提供依据： 通过本发明， 可以确定流域最佳的雨量站网密度 和位置， 为今后无资料地区小流域山洪地面雨量 站网布设提供理论依据。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115545344 A 2022.12.30 CN 115545344 A 1.山洪小流 域地面雨量站网布局优化方法， 其特 征在于， 包括： S1： 将高精度气象卫星降雨数据按照空间分辨率为0.04 ° ×0.04°的网格将小流域进行 分割， 分割时要注意 流域所有部分都要 有网格覆盖； 分割后， 将每 个网格进行编号； S2： 取方格 中心点代表每一个网格的位置， 假定每个网格为一个雨量站点， 站点均匀分 布； S3： 选取近20年高精度气象卫星降雨数据， 统计每个 网格在每个时间尺度下(1h、 3h、 6h 和24h)降雨 量值， 并选择相应的步长降雨 量值作为流域连续的降雨序列； S4： 对流域连续的降雨序列进行离散化处理后， 通过计算程序计算各站点的边缘信息 熵， 选择边 缘信息熵最大的站点 为中心站点； S5： 设置联合信息熵的阈值， 分析各个网格间降雨信息的冗余度和相关性， 计算联合 熵、 互信息和总相关等指标， 再使用MIMR算法对站点进行排序， 当联合信息熵达到阀值时， 得到雨量站优化布局方案 。 2.根据权利要求1所述的山洪小流域雨量站网布局优化方法， 其特征在于， 所述S3的降 雨序列为 步长为6h和24h的降雨序列。 3.根据权利要求1所述的山洪小流域雨量站网布局优化方法， 其特征在于， 对S3的降雨 序列的数值进行检测， 具体方法为： S31、 将降雨序列的降水数据中的各个数值与对应的实测的降水数据各个数值作差后 求绝对值； 并将该绝对值与预设值比较， 若 该绝对值大于该预设值， 则将所述降雨序列降水 数据中的对应数值作为异常值； S32、 获取 该异常值对应的站点及周围最近的至少三个站点； S33、 判断该周围最近的至少三个站点对应的第 一降雨序列降水数据 是否为异常值； 若 至少两个最近站 点对应的第一时间序列降水数据为异常值， 则重新选择相应的步长降雨量 值作为降雨序列。 4.根据权利要求1所述的山洪小流域雨量站网布局优化方法， 其特征在于， 所述S5 中得 到雨量站优化布局方案的前还包括获得目标监测区域的地形信息、 雨量站的覆盖标准信 息， 进而得到雨量站布局有限候选点集， 当达到阀值时， 结合雨量站布局有限候选点集， 得 到最终雨 量站优化布局方案 。 5.根据权利要求4所述的山洪小流域雨量站网布局优化方法， 其特征在于： 所述雨量站 的覆盖标准信息包括 雨量站密度标准以及雨 量站的最大服 务距离。 6.根据权利要求1所述的山洪小流域雨量站网布局优化方法， 其特征在于， 所述边缘信 息熵计算公式为： 其中k为任意正常数， 本发明为1。 底数b取不同值时信息熵的量纲不同， 当b分别取2、 e 和10时， 其对应量纲分别为bit、 nat和dit， 本发明b取2。 7.根据权利要求6所述的山洪小流域雨量站网布局优化方法， 其特征在于， 所述联合信 息熵的计算公式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115545344 A 2所述互信息计算公式为： 所述总相关计算公式为： 8.根据权利要求7所述的山洪小流域雨量站网布局优化方法， 其特征在于， 所述步骤 (4)假设共有N个站点， k是已选站点的数量， 用S表示， m是待选站点的数量， 用F表示， k+m＝ N， 则信息熵公式可以表示 为: 为了规避 多目标优化的复杂性， 将多目标问题转 为单目标问题： 式中， λ1, λ2为权重， 两者之和为1， λ1通常大于λ2。 对权重λ1， λ2进行敏感性分析后发现权 重 λ1在0.5到1之间变化时， 站点信息保持稳定， 本发明 中， λ1, λ2分别取0.9和0.1时。 9.根据权利要求8所述的山洪小流域雨量站网布局优化方法， 其特征在于， 所述S5中， 用公式表示 为为： 其中η 中为阈值， 当 η ≥95％时， 即得到 了水文网络站点的优化 最终决策。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115545344 A 3