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标题 信息扩散技术在南水北调中线工程流量计率定中的应用
范文 郭芳+马艳军+陈晓楠+段春青


摘要：南水北调中线工程沿线各节制闸、分水口等处均设置了流量计。精确的流量数据，不仅是水量计量的基础，也是全线输水调度的依据，流量计的率定是至关重要的工作。而传统流量计率定方法需事先人工选定回归函数，来拟合流量计与流速仪所测的流量关系，这种方法对线型的选择存在随意性，需反复多次计算比较才能找到较为满意的回归函数。应用信息扩散技术对流量关系进行回归，该技术能够根据实测数据自动生成回归模型，避免事先假定函数，信息扩散技术还可获得更多样本位置信息，提高拟合效果。南水北调中线京石段的实例应用表明，该模型适应性强，拟合精度较高，使用灵活，有较好的推广应用价值。
关键词：流量计率定；信息扩散；南水北调
中图分类号：TV68文献标志码：A文章编号：
1672-1683（2015）001-0160-03
Application of information diffusion for calibration of flowmeter in South-to-North Water Diversion Middle Route Project
GUO Fang1，MA Yan-jun1，CHEN Xiao-nan1，DUAN Chun-qing2
（1.Adiminstration of South-to-North Water Diversion Middle Route Project，Beijing 100038，China
2.Beijing Water Affairs Centre for Suburbs，Beijing 100073，China）
Abstract：Many flowmeters are set up in South-to-North Water Diversion Project，and the accuracy of flow rate is very important to water delivery.Traditional method to calibration need choose confirmed function in advance，and expense a lot of time.A new model of information diffusion is established to regress the flux relation between flowmeter and velocimeter.The model that is more intelligent and flexible can find the optimal structure automatically by information diffusion.Take the new method into calibration of flowmeter in south-to-north water diversion middle route project，and compare information diffusion model with traditional methods.Results show that the new model has high accuracy and is effective.The paper provides a new approach to calibrate flowmeter.
Key words：calibration of flowmeter；information diffusion；the South-to-North Water Diversion Project
南水北调中线全长1 432 km，沿线设有64座节制闸，97座分水口门，并与节制闸和分水口门处设置了流量计。流量计的流量测量是全线水量计量的依据，同时也是全线输水调度的参考。流量计的使用要求和对渠道输水控制准确性的要求，须按照国家规范确定的流速仪安装的流量计进行比测率定，并根据率定的结果建立回归关系，是使得流量计所测数据满足国家规定精度。然而传统的是根据流量计和流速仪测的数据，进行人工选择线性，然后以误差最小为原则，经过反复比选，最终得到回归函数。这种方法工作量较大，适应性较弱。
本文针对上述问题，将信息扩散技术引入流量计率定工作中，信息扩散技术是基于模糊集方法研究函数逼近，其基本思想是将在样本较少时，将传统的样本点转化为模糊样本集，充分利用样本点的位置信息[1-6]。利用信息扩散技术建立流量计与测速仪测量流量数据的回归模型，不但可以根据样本数据实现自动建模，避免人为假定函数关系，而且可以充分利用样本点位置信息，得出较好的回归结果。
1信息扩散近似推理
在样本数量少的情况下，或者样本数据的代表性较少时，通过对普通样本的模糊化可以有助于弥补进行函数逼近时由于数据不足造成的缺陷。信息扩散原理指出：对于给定的某一普通样本，利用它可以进行关系的估计，此时称之为非扩散估计。当样本不完备时，一定可以找到合适的信息扩散函数和算法进行扩散估计，且使得扩散估计优于非扩散估计。信息扩散近似推理就是通过扩散估计技术来描述两个变量之间的模糊关系。一维信息扩散近似推理步骤如下。
京石段工程作为南水北调中线先期开工建设完工的项目，全长307 km，其中河北段长227 km，北京段80 km，京石段工程于2008年9月至2014年4月先后4次利用河北水库向首都供水，累计入京水量达1606亿m3，极大缓解了北京市的水资源短缺危机。在工程运行过程中，组织服务单位对京石段工程安装的超声波流量计利用转子流速仪进行了比测率定，经过多次人工分析比选，最终采用二次函数回归的方法进行数据拟合，以滹沱河节制闸为例，对该节制闸32组比测率定数据进行分析（详见表1），得出二次回归函数为：
利用得出的模糊集和模糊关系矩阵，根据公式（6）和（7）可计算出，针对第1组样本计算出的推理值以及相应的权重。同理，计算出针对每组样本的推理值和权重，并利用公式（8）进行加权平均，计算得出最终的推理值为16169。其他计算结果见表1。
从计算结果可以看出，基于信息扩散技术的拟合效果是满意的，而且计算简便，能够根据已有的样本自动建立和更新模型，适应性很强。
表1滹沱河节制闸流量关系拟合数据
4结语
本文将信息扩散技术引入南水北调中线流量计率定工作中来，利用基于信息扩散近似推理建立流量数据与流速仪数据的拟合关系。该模型计算简便，易于编程实现，且避免了预先假定拟合函数的不便，自动根据实测样本数据实现拟合功能。在中线的应用表明，该模型可以得出较满意的拟合精度，使用方便、灵活，有推广的价值。
参考文献：
[1]黄崇福.自然灾害风险分析[M].北京：北京师范大学出版社，2001.
[2]刘引鸽，缪启龙，高庆九.基于信息扩散理论的气象灾害风险评价方法[J].气象科学，2005，25（1）：84-88.
[3]李梅，张洪波，黄强，等.基于信息扩散估计的洪水风险分析[J].中北大学学报，2007，28（3）：193-198.
[4]Huang C F.Information Diffusion Techniques and Small Sample Problem[J].International Journal of Information Technology and Decision Making，2002，1（2）：229-249.
[5]Huang C F.Information Matrix and Application[J].International Journal of General Systems，2001，30（6）：603-622.
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更新时间：2025/2/11 0:59:22