Generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE) using adaptive Markov Chain Monte Carlo sampling     

Roberta-Serena Blasone  Jasper A. Vrugt  Henrik Madsen  Dan Rosbjerg  Bruce A. Robinson  George A. Zyvoloski 《Advances in water resources》2008

In the last few decades hydrologists have made tremendous progress in using dynamic simulation models for the analysis and understanding of hydrologic systems. However, predictions with these models are often deterministic and as such they focus on the most probable forecast, without an explicit estimate of the associated uncertainty. This uncertainty arises from incomplete process representation, uncertainty in initial conditions, input, output and parameter error. The generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE) framework was one of the first attempts to represent prediction uncertainty within the context of Monte Carlo (MC) analysis coupled with Bayesian estimation and propagation of uncertainty. Because of its flexibility, ease of implementation and its suitability for parallel implementation on distributed computer systems, the GLUE method has been used in a wide variety of applications. However, the MC based sampling strategy of the prior parameter space typically utilized in GLUE is not particularly efficient in finding behavioral simulations. This becomes especially problematic for high-dimensional parameter estimation problems, and in the case of complex simulation models that require significant computational time to run and produce the desired output. In this paper we improve the computational efficiency of GLUE by sampling the prior parameter space using an adaptive Markov Chain Monte Carlo scheme (the Shuffled Complex Evolution Metropolis (SCEM-UA) algorithm). Moreover, we propose an alternative strategy to determine the value of the cutoff threshold based on the appropriate coverage of the resulting uncertainty bounds. We demonstrate the superiority of this revised GLUE method with three different conceptual watershed models of increasing complexity, using both synthetic and real-world streamflow data from two catchments with different hydrologic regimes.  相似文献   

地下水位的混沌和多重分形特征演化及其中短期预报意义   总被引：9，自引：0，他引：9  

李强  徐桂明  黄耘 《地震》1999,19(3):274-280

采用苏20井记录到的1995年7月1日至1997年6月30日地下水位观测数据作为研究的原始资料,计算并研究了1996年11月9日南黄海 M_S 6.1地震前后地下水位系统混沌吸引子的关联维数D₂、二阶熵K₂和最大Lyapunov指数λ₁,并用推广GP法研究了地震前后系统多重分形的广义维数谱D_q。研究结果表明:地下水位系统为混沌系统,系统的自由度在3~16之间;地震过程中系统有降维减熵现象,震前广义维数谱D_q左半边曲线变陡,因而可被看作为强震前的前兆信息。此结果对今后在预报工作中认识地震前兆观测的非线性动力学特征和利用这些特征进行地震预报具有重要的实用意义。  相似文献   

基于稀疏表示的地面磁共振信号提取方法          下载免费PDF全文

王琦  田宝凤  张健  蒋川东 《地球物理学报》2018,61(8):3446-3456

在多孔隙含水层中地面磁共振（surface nuclear magnetic resonance,SNMR）信号呈现多弛豫衰减特性,常规盲源分离方法和单指数拟合方法引起信号严重失真和信息缺失等问题.本文提出了基于稀疏表示的随机噪声背景下多弛豫SNMR信号的提取方法.根据SNMR信号的衰减特征,设计了精确刻画SNMR信号且与随机噪声不相关的离散衰减余弦冗余字典.其次,针对多弛豫SNMR信号稀疏度未知的问题,通过设置合理的残差比阈值控制迭代次数,改进了广义正交匹配追踪（generalized orthogonal matching pursuit,gOMP）算法,使得该方法应用于SNMR信号的提取时,具有更好的自适应性和普适性.再次,鉴于SNMR测量数据为多次独立重复采集的结果,提出了基于数据流的SNMR信号提取策略,在提高算法鲁棒性的同时,保证了信号提取结果的唯一性.最后,通过仿真和实测数据证明了基于gOMP算法的稀疏表示方法可以显著地提升多弛豫SNMR信号的提取质量,降低随机噪声对含水层反演结果的影响,提高SNMR探测能力.  相似文献   

常Q滞弹性介质地震波动数值模拟——时域本构优化逼近          下载免费PDF全文

谢志南  郑永路  章旭斌 《地球物理学报》2018,61(10):4007-4020

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.  相似文献   

利用广义三角帽方法评估GRACE反演中国大陆地区水储量变化的不确定性   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

姚朝龙  李琼  罗志才  王长委  张瑞  周波阳 《地球物理学报》2019,62(3):883-897

在无真实观测值的情况下,本文利用广义三角帽方法评估了五种GRACE时变重力场模型（CSR、GFZ、GRGS、HUST发布的球谐系数解和JPL发布的Mascon解）反演中国大陆地区2003-2013年水储量变化的不确定性.研究结果表明,CSR、GFZ、JPL、HUST和GRGS反演月水储量变化不确定性的区域平均RMS分别为14.4 mm、26.3 mm、25.3 mm、26.6 mm和56.1 mm,其中GRGS的结果未恢复泄漏信号;在季和年尺度上,模型的不确定性均小于月尺度;扣除周期和趋势信号后,各模型反演结果更为一致.除长江流域外,CSR在13个流域的不确定性均小于其他模型,GRGS反演各流域水储量变化的不确定性通常较大,且可能高估了温带大陆性气候地区水储量的波动;CSR和JPL的不确定性受流域周边水文特征、气候类型、流域面积和形状的影响相对较小,不确定性变化范围分别为2.3~17.1 mm和5.6~22.5 mm,GFZ和HUST受影响较大,不确定性变化范围分别为5.5~35.1 mm和4.0~40.6 mm.本文的研究结果为GRACE产品不确定性评估提供了新的途径,为GRACE时变重力场模型的选取提供参考.  相似文献   

基于广义模型约束的时间域航空电磁反演研究   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

苏扬  殷长春  刘云鹤  张博  任秀艳 《地球物理学报》2019,62(2):743-751

由于航空电磁具有海量数据,因此快速有效的成像和反演手段至关重要.本文针对层状介质模型推导与实现了广义模型约束条件下时间域航空电磁一维反演.从正则化反演的目标函数出发,通过改变模型约束项构造Lp范数反演和聚焦反演,进而通过改变模型求解域构造出基于小波变换的稀疏约束反演.针对不同反演方法目标函数的构建方式,本文进一步从数学原理上分析不同反演方法的预期效果,并通过理论模型和实测数据进行验证.结果表明L0.8范数反演、聚焦反演和基于小波变换的稀疏约束反演可以得到更符合地下层状介质陡变界面的反演结果.  相似文献   

基于广义回归神经网络的行星际/太阳风参数和地磁指数的紫外极光强度建模          下载免费PDF全文

胡泽骏  韩冰  连慧芳 《地球物理学报》2020,63(5):1738-1750

极光卵极光强度的空间分布是太阳风-磁层-电离层能量耦合过程的重要表现,并且随着空间环境参数和地磁指数的变化而变化,是空间天气的重要指示器.建立合适的极光强度模型对亚暴的预测以及磁层动力学的研究具有重要意义.本文基于Polar卫星的紫外极光成像仪(Ultraviolet Imager,UVI)数据,采用两种不同的极光强度表征方法,即曲线拟合方法(从UVI图像数据中提取极光强度沿磁余纬方向上的曲线特征,Curve Feature along the Magnetic Co-latitude Direction of the Auroral Intensity,CFMCD_AI)和网格化方法(从UVI图像数据中提取极光强度的网格化特征,Gridding Feature of the Auroral Intensity,GF_AI),来构造极区极光强度特征数据库.然后,利用该数据库,采用广义回归神经网络(Generalized Regression Neural Network,GRNN)构建了以行星际/太阳风参数(行星际磁场三分量、太阳风速度和密度)和地磁指数(AE指数)为输入参数的两种极光强度预测模型(GRNN_CFMCD_AI模型和GRNN_GF_AI模型).利用图像质量评价指数结构相似度(structure similarity,SSIM)作为极光强度模型预测结果和对应的UVI图像的相似性评价标准(完全相似为1,不相似为0,一般认为SSIM大于0.5是具有较好的相似性),对两种极光强度模型进行了性能评价.结果显示,GRNN_GF_AI模型预测结果对应的SSIM值范围为0.36～0.77,均值为0.54,性能优于GRNN_CFMCD_AI模型的.  相似文献   

Research note: deblended-data reconstruction using generalized blending and deblending models     

Tomohide Ishiyama  Mohammed Y. Ali  Satoshi Ishikawa  Gerrit Blacquiere  Shotaro Nakayama 《Geophysical Prospecting》2019,67(7):1852-1866

We introduce a concept of generalized blending and deblending, develop its models and accordingly establish a method of deblended-data reconstruction using these models. The generalized models can handle real situations by including random encoding into the generalized operators both in the space and time domain, and both at the source and receiver side. We consider an iterative optimization scheme using a closed-loop approach with the generalized blending and deblending models, in which the former works for the forward modelling and the latter for the inverse modelling in the closed loop. We applied our method to existing real data acquired in Abu Dhabi. The results show that our method succeeded to fully reconstruct deblended data even from the fully generalized, thus quite complicated blended data. We discuss the complexity of blending properties on the deblending performance. In addition, we discuss the applicability to time-lapse seismic monitoring as it ensures high repeatability of the surveys. Conclusively, we should acquire blended data and reconstruct deblended data without serious problems but with the benefit of blended acquisition.  相似文献   

Neural adaptive robust control of underactuated marine surface vehicles with input saturation     

《Applied Ocean Research》2015

This paper proposes a saturated tracking controller for underactuated autonomous marine surface vehicles with limited torque. First, a second-order open-loop error dynamic model is developed in the actuated degrees of freedom to simplify the design procedure. Then, a saturated tracking controller is designed by utilizing generalized saturation functions to reduce the risk of actuator saturation. This, in turn, improves the transient performance of the control system. A multi-layer neural network and adaptive robust control techniques are also employed to preserve the controller robustness against unmodeled dynamics and environmental disturbances induced by waves and ocean currents. A Lyapunov stability analysis shows that all signals of the closed-loop system are bounded and tracking errors are semi-globally uniformly ultimately bounded. Finally, simulation results are provided for a hovercraft vehicle to illustrate the effectiveness of the proposed controller as a qualified candidate for real implementations in offshore applications.  相似文献   

基于二级近似离散复镜像法的低频电磁格林函数计算   总被引：2，自引：1，他引：1       下载免费PDF全文

刘云鹤  刘国兴  翁爱华  陈玉玲  贾定宇  廖祥东 《地球物理学报》2011,54(4):1114-1121

本文讨论了利用二级近似离散复镜像法实现低频格林函数快速、精确的计算.通过数值分析,给出了在低频电磁场计算中该方法近似参数的选取原则.(1)二级近似的积分区间里谱格林函数采样个数N为十倍的近似多项式的个数M;(2)总的积分区间L2大小约为40/r,r为收发距离;(3)两个积分区间的分界值L1为总的积分区间大小L2与第二个...  相似文献