本發(fā)明涉及水文分析領(lǐng)域，具體涉及一種流量相似性分析方法及裝置。

背景技術(shù)：

在水文預(yù)報(bào)和生態(tài)調(diào)度中，常常會(huì)對(duì)水文過程相似性進(jìn)行研究，提高流量相似性判斷的精度對(duì)于加強(qiáng)防洪安全和發(fā)展生態(tài)水利具有重大意義。

流量過程是時(shí)間序列過程，目前，關(guān)于時(shí)間序列相似性的度量研究方法主要包括：歐式距離、閔可夫斯基距離、包絡(luò)線距離和DTW(Dynamic Time Warping Distance，動(dòng)態(tài)時(shí)間彎曲距離)。這些方法多集中于研究?jī)蓚€(gè)時(shí)間序列間的距離，需要對(duì)兩個(gè)時(shí)間序列變量間的差值加以處理后進(jìn)行累計(jì)。然而，這種累計(jì)方式可能存在局部微小的偏差，進(jìn)而可能積累成為整個(gè)序列較大的誤差，并且在時(shí)間序列較長(zhǎng)的情況下，對(duì)于序列間僅存在個(gè)別大偏差的辨識(shí)度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種流量相似性分析方法及裝置，用于提供一種較好的分析水文過程相似性的方式。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種流量相似性分析方法，包括：

確定第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)；

計(jì)算所述第一流量過程線的分形維數(shù)；

根據(jù)所述反轉(zhuǎn)次數(shù)與所述分形維數(shù)，確定所述第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離，其中，所述相似距離用于指示所述第一流量過程線與所述第二流量過程線之間的相似性。

可選的，所述根據(jù)所述反轉(zhuǎn)次數(shù)與所述分形維數(shù)，確定所述第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離，包括：

根據(jù)所述反轉(zhuǎn)次數(shù)與所述分形維數(shù)，以及所述第二流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)與分形維數(shù)，確定所述第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離。

可選的，所述確定第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)，包括：

將所述第一流量過程線解析為N個(gè)點(diǎn)，其中，N為正整數(shù)；

根據(jù)所述N個(gè)點(diǎn)中每相鄰的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)確定所述第一流量過程線是否發(fā)生反轉(zhuǎn)，并確定發(fā)生反轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)次數(shù)。

可選的，在所述計(jì)算所述第一流量過程線的分形維數(shù)之前，還包括：

將由所述第一流量過程線解析得到的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理。

可選的，所述計(jì)算所述第一流量過程線的分形維數(shù)，包括：

通過正方形網(wǎng)格覆蓋所述第一流量過程線M次，并記錄每次覆蓋所述第一流量過程線的正方形的數(shù)量，得到M個(gè)數(shù)量值，其中，每次覆蓋所述第一流量過程線的正方形的邊長(zhǎng)不同，M為正整數(shù)；

將所述M個(gè)數(shù)量值轉(zhuǎn)換為M個(gè)重對(duì)數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)，并通過自然裂點(diǎn)法求出相應(yīng)的無標(biāo)度域；

在所述無標(biāo)度域內(nèi)通過線性回歸模型計(jì)算斜率，以得到所述第一流量過程線的分形維數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供一種流量相似性分析裝置，包括：

第一確定模塊，用于確定第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)；

計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述第一流量過程線的分形維數(shù)；

第二確定模塊，用于根據(jù)所述反轉(zhuǎn)次數(shù)與所述分形維數(shù)，確定所述第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離，其中，所述相似距離用于指示所述第一流量過程線與所述第二流量過程線之間的相似性。

可選的，所述第二確定模塊包括：

第二確定子模塊，用于根據(jù)所述反轉(zhuǎn)次數(shù)與所述分形維數(shù)，以及所述第二流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)與分形維數(shù)，確定所述第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離。

可選的，所述第一確定模塊包括：

解析模塊，用于將所述第一流量過程線解析為N個(gè)點(diǎn)，其中，N為正整數(shù)；

第一確定子模塊，用于根據(jù)所述N個(gè)點(diǎn)中每相鄰的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)確定所述第一流量過程線是否發(fā)生反轉(zhuǎn)，并確定發(fā)生反轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)次數(shù)。

可選的，所述裝置還包括：

處理模塊，用于在所述計(jì)算所述第一流量過程線的分形維數(shù)之前，將由所述第一流量過程線解析得到的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理。

可選的，所述計(jì)算模塊包括：

覆蓋模塊，用于通過正方形網(wǎng)格覆蓋所述第一流量過程線M次，并記錄每次覆蓋所述第一流量過程線的正方形的數(shù)量，得到M個(gè)數(shù)量值，其中，每次覆蓋所述第一流量過程線的正方形的邊長(zhǎng)不同，M為正整數(shù)；

求取模塊，用于將所述M個(gè)數(shù)量值轉(zhuǎn)換為M個(gè)重對(duì)數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)，并通過自然裂點(diǎn)法求出相應(yīng)的無標(biāo)度域；

計(jì)算子模塊，用于在所述無標(biāo)度域內(nèi)通過線性回歸模型計(jì)算斜率，以得到所述第一流量過程線的分形維數(shù)。

本發(fā)明實(shí)施例中，可以直接通過流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)和流量過程線的分形維數(shù)來計(jì)算流量過程線之間的相似距離，進(jìn)而對(duì)流量過程線間的相似性進(jìn)行分析。通過這樣的方式，無需累計(jì)時(shí)間序列變量間的差值，進(jìn)而能夠減小誤差的發(fā)生，同時(shí)也可以較為準(zhǔn)確地計(jì)算流量過程線間的相似距離，實(shí)施起來也較為簡(jiǎn)單、易行。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種流量相似性分析方法的流程圖。

圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的第一流量過程線的示意圖。

圖3是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種流量相似性分析裝置的框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種流量相似性分析方法的流程圖，如圖1所示，該流量相似性分析方法可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中，包括以下步驟。

步驟S11：確定第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)。

步驟S12：計(jì)算第一流量過程線的分形維數(shù)。

步驟S13：根據(jù)反轉(zhuǎn)次數(shù)與分形維數(shù)，確定第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離，其中，相似距離用于指示第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似性。

流量過程線，例如可以是洪水過程線等一些能夠用于進(jìn)行水文分析的流量過程線，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)于流量過程線所指示的究竟是何種流量不作限定。

本發(fā)明實(shí)施例中，可以通過流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)和分形維數(shù)來獲取流量過程線間的相似距離。對(duì)于步驟S11和步驟S12的執(zhí)行順序，本發(fā)明實(shí)施例不作限定，可以先執(zhí)行步驟S11再執(zhí)行步驟S12，或者也可以先執(zhí)行步驟S12再執(zhí)行步驟S11，或者還可以是步驟S11和步驟S12同時(shí)執(zhí)行。

流量過程線即為直角坐標(biāo)系中，根據(jù)流量過程，以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，以流量q為縱坐標(biāo)得到曲線。第一流量過程線可以是需要進(jìn)行相似性分析的任意一條流量過程線，例如，第一流量過程線可以是如圖2所示的流量過程線，等等。

反轉(zhuǎn)次數(shù)即為流量過程線上發(fā)生轉(zhuǎn)折的次數(shù)。例如，請(qǐng)繼續(xù)參見圖2所示的第一流量過程線，可以看出第一流量過程線上，在A、B、C、D、和E這五個(gè)點(diǎn)的位置發(fā)生了轉(zhuǎn)折，那么可以確定第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)為5次。

可選的，對(duì)于確定第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)的方式，本發(fā)明實(shí)施例不作限定，例如，可以將第一流量過程線解析為N個(gè)點(diǎn)，根據(jù)N個(gè)點(diǎn)中每相鄰的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)確定第一流量過程線是否發(fā)生反轉(zhuǎn)，并確定發(fā)生反轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)次數(shù)。

解析過程可以包括將第一流量過程線解析為由若干點(diǎn)連接組成，設(shè)共有N個(gè)點(diǎn)，分別作為控制點(diǎn)并由左至右編號(hào)依次為1，2，…，N，此時(shí)N≥2，第k個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)為(t_k，q_k)，k＝1，2，…，N。

每相鄰的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)比如為(t_k-1，q_k-1)、(t_k，q_k)、(t_k+1，q_k+1)，如果q_k-1＞q_k且q_k+1＞q_k，或q_k-1＜q_k且q_k+1＜q_k，則可以認(rèn)為第一流量過程線發(fā)生了反轉(zhuǎn)，記錄第一流量過程線反轉(zhuǎn)1次，依次推求得到第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)。

可選的，在計(jì)算第一流量過程線的分形維數(shù)之前，還可以將由第一流量過程線解析得到的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理。

例如，對(duì)第一流量過程線上的第k個(gè)控制點(diǎn)(t_k，q_k)進(jìn)行歸一化處理后，第k個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)為(t_k/t_max，q_k/q_max)，k＝1，2，…，N，t_max為最大時(shí)間值，q_max為最大流量值。這樣，對(duì)歸一化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以更為準(zhǔn)確、直觀地得到處理結(jié)果。

可選的，計(jì)算第一流量過程線的分形維數(shù)，可以通過正方形網(wǎng)格覆蓋第一流量過程線M次，并記錄每次覆蓋第一流量過程線的正方形的數(shù)量，得到M個(gè)數(shù)量值，其中，每次覆蓋第一流量過程線的正方形的邊長(zhǎng)不同，M為正整數(shù)；然后將M個(gè)數(shù)量值轉(zhuǎn)換為M個(gè)重對(duì)數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)，并通過自然裂點(diǎn)法求出相應(yīng)的無標(biāo)度域；最后在無標(biāo)度域內(nèi)通過線性回歸模型計(jì)算斜率，以得到第一流量過程線的分形維數(shù)。

例如，可以通過計(jì)盒維數(shù)的方法計(jì)算第一流量過程線的分形維數(shù)。采用邊長(zhǎng)為r_i的正方形網(wǎng)格去覆蓋流量過程線，記錄與曲線相交的“盒子”的個(gè)數(shù)Q(r_i)，得到重對(duì)數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)(lgr_i，lgQ(r_i))，改變正方形網(wǎng)格的邊長(zhǎng)為r_i+1，重復(fù)上述過程，得到(lgr_i+1，l_gQ(r_i+1))，i＝1，2，3，…，以此類推，在執(zhí)行上述步驟M次后，也就是覆蓋第一流量過程線M次后，便可以得到M個(gè)重對(duì)數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)。得到M個(gè)重對(duì)數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)后，可以利用自然裂點(diǎn)法求出相應(yīng)的無標(biāo)度域，然后在無標(biāo)度域內(nèi)用線性回歸模型求出直線的斜率，即為第一流量過程線的分形維數(shù)。

可選的，可以根據(jù)第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)和分形維數(shù)，以及第二流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)和分形維數(shù)，確定第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離。

在要計(jì)算第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離時(shí)，可以先通過以上的方式得到第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)和分形維數(shù)，以及第二流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)和分形維數(shù)，再確定第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離。

例如，可以按照下式計(jì)算第一流量過程線(比如為流量過程線m)與第二流量過程線(比如為流量過程線n)之間的相似性距離：

$D_{mn}=\sqrt{\frac{{(R_m-R_n)}^2+{\left(D_{m-}{D}_n\right)}^2}{2}}$

其中，D_mn為流量過程線m與流量過程線n之間的相似性距離，R_m、R_n為流量過程線m和n的反轉(zhuǎn)次數(shù)，D_m、D_n為流量過程線m和n的分形維數(shù)。計(jì)算得到的流量過程線m與流量過程線n之間的相似距離D_mn可以指示流量過程線m與流量過程線n之間的相似性，即，D_mn越小，則兩個(gè)流量過程線越相似，當(dāng)D_mn＝0時(shí)，則兩個(gè)流量過程線完全重合時(shí)。

通過以上方式，可以較為準(zhǔn)確、容易的計(jì)算出流量過程線之間的相似距離，同時(shí)實(shí)施起來也較為便捷。在實(shí)際的水文預(yù)報(bào)或生態(tài)調(diào)度的應(yīng)用中，將需要判斷相似性的流量過程作為輸入，通過計(jì)算機(jī)程序完成上述的步驟即可計(jì)算相似距離，進(jìn)而判斷流量過程的相似性。

請(qǐng)參見圖3，基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供一種流量相似性分析裝置300，該裝置300可以包括：

第一確定模塊301，用于確定第一流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)；

計(jì)算模塊302，用于計(jì)算第一流量過程線的分形維數(shù)；

第二確定模塊303，用于根據(jù)反轉(zhuǎn)次數(shù)與分形維數(shù)，確定第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離，其中，相似距離用于指示第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似性。

可選的，第二確定模塊303包括：

第二確定子模塊，用于根據(jù)反轉(zhuǎn)次數(shù)與分形維數(shù)，以及第二流量過程線的反轉(zhuǎn)次數(shù)與分形維數(shù)，確定第一流量過程線與第二流量過程線之間的相似距離。

可選的，第一確定模塊301包括：

解析模塊，用于將第一流量過程線解析為N個(gè)點(diǎn)，其中，N為正整數(shù)；

第一確定子模塊，用于根據(jù)N個(gè)點(diǎn)中每相鄰的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)確定第一流量過程線是否發(fā)生反轉(zhuǎn)，并確定發(fā)生反轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)次數(shù)。

可選的，裝置300還包括：

處理模塊，用于在計(jì)算第一流量過程線的分形維數(shù)之前，將由第一流量過程線解析得到的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理。

可選的，計(jì)算模塊302包括：

覆蓋模塊，用于通過正方形網(wǎng)格覆蓋第一流量過程線M次，并記錄每次覆蓋第一流量過程線的正方形的數(shù)量，得到M個(gè)數(shù)量值，其中，每次覆蓋第一流量過程線的正方形的邊長(zhǎng)不同，M為正整數(shù)；

求取模塊，用于將M個(gè)數(shù)量值轉(zhuǎn)換為M個(gè)重對(duì)數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)，并通過自然裂點(diǎn)法求出相應(yīng)的無標(biāo)度域；

計(jì)算子模塊，用于在無標(biāo)度域內(nèi)通過線性回歸模型計(jì)算斜率，以得到第一流量過程線的分形維數(shù)。

在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的裝置和方法，可以通過其它的方式實(shí)現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述模塊或單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，例如多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。

在本申請(qǐng)各個(gè)實(shí)施例中的各功能模塊可以集成在一個(gè)處理單元中，也可以是各個(gè)模塊單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上模塊集成在一個(gè)單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本申請(qǐng)的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)或處理器(processor)執(zhí)行本申請(qǐng)各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：U盤、移動(dòng)硬盤、ROM(Read-Only Memory，只讀存儲(chǔ)器)、RAM(Random Access Memory，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，但以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。