【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于智能防洪調(diào)度，特別是涉及一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法。
技術(shù)介紹
1、洪水是人類社會(huì)面臨的破壞性強(qiáng)、災(zāi)害范圍廣泛、受災(zāi)時(shí)間長(zhǎng)和發(fā)生較為頻繁的自然災(zāi)害之一。研究表明，由于全球氣候變化，洪水的強(qiáng)度、頻率和嚴(yán)重程度可能還會(huì)增加。如何抵御日益嚴(yán)重的洪水成為了難題。水庫(kù)群的建設(shè)和運(yùn)行調(diào)度是防洪減災(zāi)的重要措施。隨著水庫(kù)建設(shè)的逐漸飽和，想要進(jìn)一步加強(qiáng)防洪能力，提高運(yùn)行調(diào)度水平成為了關(guān)鍵。由于防洪調(diào)度問(wèn)題具有多目標(biāo)、多約束、多階段等特點(diǎn)。依靠人工經(jīng)驗(yàn)和調(diào)度規(guī)則雖然能夠制定一份不錯(cuò)的調(diào)度方案，但是這種方法的通用性差，在實(shí)際應(yīng)用中缺乏靈活性。如何快速制定合理的防洪調(diào)度方案，充分地發(fā)揮水庫(kù)的調(diào)蓄功能，是我國(guó)水電事業(yè)者們亟待解決的實(shí)際難題。
2、水庫(kù)的常規(guī)防洪調(diào)度一般包括以下三步：（1）建立包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件的防洪調(diào)度模型。（2）利用優(yōu)化算法求解模型，得到防洪調(diào)度方案。（3）綜合降雨預(yù)報(bào)、洪水預(yù)報(bào)等因素確定最終的防洪調(diào)度方案。優(yōu)化算法是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。優(yōu)化算法大致可以分為兩大類：傳統(tǒng)防洪調(diào)度方法和智能防洪調(diào)度方法。
3、傳統(tǒng)優(yōu)化方法通常有經(jīng)驗(yàn)規(guī)則法、線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，智能防洪調(diào)度方法得到了越來(lái)越多的關(guān)注。防洪調(diào)度領(lǐng)域的智能算法大致可以分為3大類：進(jìn)化類算法、案例推理類算法和機(jī)器學(xué)習(xí)類算法。這些算法在求解水庫(kù)的防洪調(diào)度問(wèn)題上取得了較好的效果。然而，仍然有幾個(gè)問(wèn)題沒(méi)有很好的解決：（1）展示水庫(kù)調(diào)度過(guò)程的特點(diǎn)，可以通過(guò)繪制流量曲線和水位曲線來(lái)實(shí)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服上述不足，提供一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，該裝置可以解決傳統(tǒng)3d打印機(jī)無(wú)法做到在打印時(shí)對(duì)材料進(jìn)行快速的切換，無(wú)法方便快捷的做出不同的物質(zhì)交界的模型，使得制成的模型中所含物質(zhì)單一，或制作過(guò)程繁瑣復(fù)雜的問(wèn)題；且打印材料可采取液固組合，在模型內(nèi)加入金材，以提高打印模型的強(qiáng)度。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本專利技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，具體操作步驟如下：
3、步驟1，制作洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集：
4、收集和整理歷史防洪調(diào)度和模擬防洪調(diào)度的原始數(shù)據(jù)，使用設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法得到洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集；
5、步驟2，訓(xùn)練策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)：
6、用洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集訓(xùn)練兩個(gè)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，策略網(wǎng)絡(luò)用于預(yù)測(cè)出庫(kù)流量，價(jià)值網(wǎng)絡(luò)用于評(píng)估綜合防洪效果；
7、步驟3，搜索最佳防洪調(diào)度方案：
8、以綜合防洪效果最佳為目標(biāo)，將蒙特卡洛樹(shù)搜索與策略網(wǎng)路和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合尋找最佳的防洪調(diào)度方案。
9、所述步驟1中制作洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集的詳細(xì)步驟為：
10、步驟1.1，選取洪水特征量：
11、將洪水特征量劃分為三大類：入庫(kù)洪水特征量、出庫(kù)泄流特征量和水庫(kù)水位特征量；
12、步驟1.2，轉(zhuǎn)換洪水特征量：
13、洪水特征矩陣是一個(gè)三維矩陣，分層表示不同的特征量，矩陣由0或1的數(shù)字組成，不同類型特征量的轉(zhuǎn)換方式也不相同，具體分為3類；
14、步驟1.3，制作洪水特征矩陣：
15、將選取洪水特征量使用步驟1.2的轉(zhuǎn)換方法后，得到洪水特征矩陣。
16、步驟1.1具體包括：
17、步驟1.1.1，入庫(kù)洪水特征量能夠通過(guò)定性指標(biāo)和定量指標(biāo)來(lái)描述洪水過(guò)程，其中，定性指標(biāo)先從宏觀上來(lái)描述洪水的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在洪水的大小、洪峰位置方面，由洪水頻率、洪水形狀和洪峰出現(xiàn)時(shí)間組成；定量指標(biāo)則從洪水流量值的大小和變化急緩幅度來(lái)描述洪水特征，由入庫(kù)流量、入庫(kù)流量漲水速率和入庫(kù)洪水降水速率組成；
18、步驟1.1.2，出庫(kù)泄流特征量用來(lái)描述下泄流量值的大小和變化趨勢(shì)，防洪調(diào)度是一個(gè)基于時(shí)間序列的求解問(wèn)題，入庫(kù)洪水和出庫(kù)泄流是相互跟隨的關(guān)系；出庫(kù)泄流特征量由下泄流量、下泄流量漲水速率和下泄流量降水速率組成；
19、步驟1.1.3，水庫(kù)水位特征量通過(guò)水庫(kù)水位來(lái)描述洪水過(guò)程，水庫(kù)水位與庫(kù)容存在強(qiáng)相關(guān)性，能夠反應(yīng)當(dāng)前水庫(kù)的可調(diào)蓄能力，水庫(kù)水位特征量由水庫(kù)的壩上水位和壩下水位組成。
20、步驟1.2具體包括：
21、步驟1.2.1，對(duì)于隨時(shí)間變化的數(shù)值型特征量，使用多層矩陣來(lái)表示，矩陣層數(shù)取決于數(shù)據(jù)由多少個(gè)數(shù)字組成，首先提取出不同位數(shù)上的數(shù)字；然后進(jìn)行矩陣填充，用10個(gè)方格存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)字，10個(gè)方格依次代表0~9，對(duì)應(yīng)數(shù)字格存入1，其余格存入0；
22、步驟1.2.2，對(duì)于不隨時(shí)間的數(shù)值型特征量，使用單層矩陣來(lái)表示；首先將特征量的值轉(zhuǎn)換為小數(shù)；然后提取出不同位數(shù)上的數(shù)字；最后用10個(gè)方格存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)字，對(duì)應(yīng)數(shù)字格存入1，其余格存入0，使用大小為10*n的連續(xù)方格來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，n的值等于提取的數(shù)字個(gè)數(shù)，為了更好的識(shí)別到特征，在單層矩陣?yán)镞M(jìn)行多次填充；
23、步驟1.2.3，對(duì)于枚舉型特征量，使用單層矩陣來(lái)表示；首先對(duì)特征量進(jìn)行定性分析，洪峰出現(xiàn)時(shí)間分為偏前、偏中和偏后三類；然后采用-1、0、1分別代表洪峰出現(xiàn)時(shí)間的枚舉值，偏前用-1來(lái)表示，偏中用0來(lái)表示，偏后用1來(lái)表示。
24、步驟1.3具體包括：
25、洪水特征矩陣是形狀為n*m*m的三維0/1數(shù)字矩陣，n代表特征矩陣層數(shù)，依據(jù)選取的洪水特征量來(lái)確定，m*m代表著特征矩陣的長(zhǎng)和寬，依據(jù)歷史調(diào)度的時(shí)間長(zhǎng)度而定，選取長(zhǎng)和寬相等的正方形作為單層矩陣形狀，以降低提取數(shù)據(jù)特征時(shí)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)；
26、將所有的歷史洪水調(diào)度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即可得到洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集，洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集能夠體現(xiàn)不同時(shí)段的洪水特征和調(diào)度特征，將洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集作為輸入用于訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
27、所述步驟2中訓(xùn)練策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)步驟為：
28、步驟2.1，確定卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出：
29、策略網(wǎng)絡(luò)輸入是步驟1中構(gòu)建的洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集，輸出為出庫(kù)流量，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)輸入的特征矩陣都需要一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽，將出庫(kù)流量按等差值進(jìn)行劃分，將0~10000的出庫(kù)流量按50的差值進(jìn)行劃分，將出庫(kù)流量的類別作為策略網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)簽，策略網(wǎng)絡(luò)使用分類型的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
30、價(jià)值網(wǎng)絡(luò)輸入是步驟1中構(gòu)建的洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集，輸出為綜合防洪效果，是一個(gè)具體的值，將綜合防洪效果作為價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)簽；綜合防洪效果表示防洪調(diào)度方案的效果好壞，計(jì)算公式如下：
31、（1）；
32、式中，表示本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，?具體操作步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟1中制作洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集的詳細(xì)步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，步驟1.1具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，步驟1.2具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，步驟1.3具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟2中訓(xùn)練策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)步驟為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟3中搜索最佳防洪調(diào)度方案的詳細(xì)步驟為：采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的方法進(jìn)行防洪調(diào)度的策略決策，利用策略網(wǎng)絡(luò)尋找更大概
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟3中具體包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，防洪調(diào)度是出庫(kù)入庫(kù)流量交錯(cuò)的過(guò)程，而綜合防洪效果是針對(duì)出庫(kù)流量而言的，所以對(duì)于出庫(kù)流量節(jié)點(diǎn)使用更新，而對(duì)于入庫(kù)流量節(jié)點(diǎn)則用更新；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，?具體操作步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟1中制作洪水特征矩陣數(shù)據(jù)集的詳細(xì)步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，步驟1.1具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，步驟1.2具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，步驟1.3具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛樹(shù)搜索相結(jié)合的防洪調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟2中...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程雄，劉龍文，龔飛燕，萬(wàn)世星，高棟，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：三峽大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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