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        基于支持向量機(jī)的湖北省洪澇農(nóng)業(yè)損失預(yù)測(cè)模型

        2014-11-20 18:28:12王平黃河吳瑋
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年18期
        關(guān)鍵詞:洪澇支持向量機(jī)農(nóng)作物

        王平+黃河+吳瑋

        摘要:洪澇農(nóng)業(yè)災(zāi)情預(yù)測(cè)在災(zāi)害管理和應(yīng)急救災(zāi)等領(lǐng)域都具有非常重要的研究?jī)r(jià)值,以支持向量機(jī)(SVM)模型為基礎(chǔ),以1998~2006年湖北省洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)為樣本,構(gòu)建了基于SVM的洪澇農(nóng)作物損失預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明,基于徑向核函數(shù)的SVM模型適合湖北地區(qū)洪澇農(nóng)業(yè)損失的預(yù)測(cè)。

        關(guān)鍵詞:農(nóng)作物;洪澇;預(yù)測(cè);支持向量機(jī)

        中圖分類號(hào):X43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2014)18-4437-04

        隨著全球環(huán)境變化,極端氣候事件不斷發(fā)生,自然災(zāi)害損失明顯上升,對(duì)人類生產(chǎn)、安全和發(fā)展帶來前所未有的挑戰(zhàn)[1]。我國(guó)國(guó)土遼闊,自然地理?xiàng)l件復(fù)雜,降水在時(shí)空分布上十分不均勻,洪澇災(zāi)害的發(fā)生十分頻繁。洪澇災(zāi)害是我國(guó)各種自然災(zāi)害中發(fā)生頻率高、造成經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重的一種自然災(zāi)害。根據(jù)水利部公布的數(shù)據(jù),1990年洪澇災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為239.0億元,1995年增加到1 653.3億元,1999年高達(dá)2 550.9億元。進(jìn)入21世紀(jì)后,洪澇災(zāi)害所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失年均超過1 200億元。隨著社會(huì)發(fā)展的進(jìn)步,洪澇災(zāi)害已成為威脅國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和制約國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。為了便于災(zāi)情分析及防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作,對(duì)洪澇災(zāi)害損失進(jìn)行預(yù)測(cè)的研究顯得尤為重要,本研究從我國(guó)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的需求出發(fā),構(gòu)建了基于支持向量機(jī)(Support vector machine, SVM)的洪澇災(zāi)害農(nóng)業(yè)損失預(yù)測(cè)模型,為我國(guó)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考,研究結(jié)果對(duì)自然災(zāi)害管理工作具有重要的指導(dǎo)意義[2]。

        1 洪澇災(zāi)害損失評(píng)估預(yù)測(cè)模型

        洪澇災(zāi)害(包括洪災(zāi)和澇災(zāi))是由于降雨、融雪、冰凌、風(fēng)暴潮、潰堤等引起洪流和積水而造成的自然災(zāi)害。我國(guó)歷朝歷代對(duì)重大災(zāi)害事件的記載為研究歷史災(zāi)害留下了寶貴的文獻(xiàn)資料。目前民政部和水利部等部委都開展了洪澇災(zāi)害造成的損失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,其中民政部的《自然災(zāi)害情況統(tǒng)計(jì)制度》主要從受災(zāi)人口、農(nóng)作物受災(zāi)面積、農(nóng)作物成災(zāi)面積、倒塌房屋、直接經(jīng)濟(jì)損失等方面統(tǒng)計(jì)了包括洪澇在內(nèi)的自然災(zāi)害損失信息,而水利部也從農(nóng)作物受災(zāi)面積、農(nóng)作物成災(zāi)面積、倒塌房屋和直接經(jīng)濟(jì)損失等方面統(tǒng)計(jì)洪澇災(zāi)害損失數(shù)據(jù)(表1)。

        洪澇災(zāi)害的致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體共同組成了洪澇災(zāi)害復(fù)雜系統(tǒng),而洪澇災(zāi)情是該復(fù)雜系統(tǒng)各組成部分相互作用的結(jié)果[3]。洪澇災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估是通過所建立的模型,對(duì)因洪澇災(zāi)害造成的破壞程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。從廣義上講,洪澇災(zāi)害損失評(píng)估包括孕災(zāi)環(huán)境穩(wěn)定性分析、致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分析、承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)和災(zāi)情損失評(píng)估[4];從狹義上講,洪澇災(zāi)害損失評(píng)估是研究在一定時(shí)間段內(nèi),洪澇災(zāi)害對(duì)可能發(fā)生區(qū)域帶來的各種損失。目前,對(duì)洪澇災(zāi)害損失評(píng)估進(jìn)行研究,評(píng)估方法主要有:遙感和GIS方法[5,6]、抽樣統(tǒng)計(jì)方法[7]、基于承災(zāi)體易損性的評(píng)估方法[8,9]和基于歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)的評(píng)估模型[10,11]。基于歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)的分析方法是依據(jù)歷史災(zāi)情數(shù)據(jù),其本身就是洪澇與承災(zāi)體相互作用的結(jié)果,這種“從災(zāi)害研究災(zāi)害”的方法避免了從洪澇研究災(zāi)害的迂回[12]。

        2 基于SVM的洪澇農(nóng)作物災(zāi)情預(yù)測(cè)模型

        SVM模型是繼人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之后新一代的學(xué)習(xí)算法,是一種先進(jìn)的非線性統(tǒng)計(jì)分析模型。目前,SVM模型逐步被應(yīng)用到臺(tái)風(fēng)、地震和滑坡等自然災(zāi)害的災(zāi)情預(yù)測(cè)上,并取得了很好的研究成果[13-15]。

        2.1 支持向量機(jī)模型

        SVM是由Vapnik[16]提出的一種非常有發(fā)展前景的分類和回歸預(yù)測(cè)技術(shù),可以替代多層感知器、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法。SVM主要利用核函數(shù)將線性不可分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高維空間的線性可分?jǐn)?shù)據(jù)。

        一般的SVM被設(shè)計(jì)用于解決分類問題,假設(shè)訓(xùn)練樣本xi(i=1,2,…,n)由兩類構(gòu)成,即yi=±1。SVM的目標(biāo)是在n維空間上尋找一個(gè)超平面,以最大間距區(qū)分訓(xùn)練樣本中的兩類,同時(shí)使分開兩類數(shù)據(jù)點(diǎn)距離分類面最遠(yuǎn),這里的超平面既可以是平面也可以是曲面。

        對(duì)于一般線性可分情況[13],超平面通過以下公式獲得:

        2.2 基于SVM的洪澇農(nóng)作物災(zāi)情預(yù)測(cè)模型

        2.2.1 選擇洪澇災(zāi)害案例數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù) 根據(jù)民政部自然災(zāi)害災(zāi)情統(tǒng)計(jì)報(bào)表,選擇了受災(zāi)人口(a1)、緊急轉(zhuǎn)移安置人口(a2)、農(nóng)作物絕收面積(a3)、倒塌房屋間數(shù)(a4)、損壞房屋間數(shù)(a5)、直接經(jīng)濟(jì)損失(a6)和農(nóng)作物受災(zāi)面積(a7)等為洪澇農(nóng)作物災(zāi)情案例屬性。選擇1998~2006年湖北省的20個(gè)洪澇案例數(shù)據(jù)(u1~u20)作為訓(xùn)練樣本[17],具體情況如表2。

        2.2.2 構(gòu)建基于SVM的洪澇農(nóng)作物災(zāi)情預(yù)測(cè)模型 基于SVM的洪澇災(zāi)害農(nóng)作物災(zāi)情預(yù)測(cè)模型主要包括:①由于洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)屬于線性不可分情況,選用公式(2)作為預(yù)測(cè)的模型基礎(chǔ);②基于表2中的洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù),分別利用線性核函數(shù)、多項(xiàng)式核函數(shù)、徑向核函數(shù)和S形核函數(shù)作為核函數(shù),通過對(duì)洪澇災(zāi)情樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練,分別得到基于SVM的洪澇農(nóng)作物災(zāi)情的預(yù)測(cè)模型;③通過參數(shù)尋優(yōu),優(yōu)化訓(xùn)練結(jié)果,這樣可以得到較好的預(yù)測(cè)模型,使預(yù)測(cè)的精度得到進(jìn)一步改善,提高預(yù)測(cè)模型的精度,重點(diǎn)主要包括優(yōu)化SVM中的懲罰參數(shù)和核函數(shù)參數(shù)等。

        3 結(jié)果與分析

        在Matlab平臺(tái)上,利用洪澇災(zāi)害災(zāi)情農(nóng)作物預(yù)測(cè)訓(xùn)練數(shù)據(jù),通過綜合比較分析4種核函數(shù)模型,發(fā)現(xiàn)基于徑向核函數(shù)的SVM預(yù)測(cè)模型能較好地預(yù)測(cè)農(nóng)作物災(zāi)情,并獲得湖北地區(qū)洪澇農(nóng)作物災(zāi)情預(yù)測(cè)模型為:

        3.1 洪澇農(nóng)作物災(zāi)情預(yù)測(cè)結(jié)果

        利用公式(7)對(duì)1998~2006年湖北省的農(nóng)作物絕收面積進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明,農(nóng)作物絕收面積的整體預(yù)測(cè)精度為85.67%,整體預(yù)測(cè)誤差為26.46%,具體的農(nóng)作物絕收面積預(yù)測(cè)誤差如圖1所示。

        由圖1可知,利用基于徑向核函數(shù)的SVM預(yù)測(cè)模型能有效地預(yù)測(cè)湖北地區(qū)的洪澇農(nóng)作物絕收面積,預(yù)測(cè)曲線與樣本曲線變化趨勢(shì)基本一致。但預(yù)測(cè)結(jié)果也表明,也存在預(yù)測(cè)值明顯大于真實(shí)值,如樣本2、樣本10、樣本11、樣本16、樣本18和樣本19;也存在預(yù)測(cè)值明顯小于真實(shí)值,如樣本14。整體來說,樣本9至樣本10,預(yù)測(cè)結(jié)果與真實(shí)數(shù)據(jù)基本吻合。本研究所建立的SVM預(yù)測(cè)模型能預(yù)測(cè)湖北地區(qū)洪澇農(nóng)作物絕收面積,但對(duì)小面積的農(nóng)作物絕收面積預(yù)測(cè)效果較差。endprint

        同樣利用公式(7)對(duì)1998~2006年湖北省的農(nóng)作物受災(zāi)面積進(jìn)行預(yù)測(cè)。交叉驗(yàn)證結(jié)果表明,農(nóng)作物受災(zāi)面積整體預(yù)測(cè)精度為87.22%,整體預(yù)測(cè)誤差為23.33%。從整體上來看,洪澇農(nóng)作物成災(zāi)面積的預(yù)測(cè)精度比農(nóng)作物絕收面積更準(zhǔn)確。具體的農(nóng)作物絕收面積預(yù)測(cè)誤差如圖2所示。

        由圖2可知,本研究所構(gòu)建模型對(duì)農(nóng)作物受災(zāi)面積預(yù)測(cè)曲線與樣本曲線變化趨勢(shì)一致。但預(yù)測(cè)結(jié)果也表明,存在預(yù)測(cè)值明顯大于真實(shí)值,如樣本16;存在預(yù)測(cè)值明顯小于真實(shí)值,如樣本1。整體來說,在9至11這個(gè)階段本文預(yù)測(cè)值基本吻合歷史數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度較高。在5至8,12至20這二個(gè)階段預(yù)測(cè)值誤差相對(duì)較大,尤其是11至20歷史階段模型所預(yù)測(cè)的值高于樣本數(shù)據(jù)。綜上所述,所建立的SVM預(yù)測(cè)模型能有效預(yù)測(cè)湖北地區(qū)洪澇災(zāi)害的農(nóng)作物絕收面積,但對(duì)小面積的農(nóng)作物受災(zāi)面積預(yù)測(cè)效果較差。

        3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

        洪澇農(nóng)作物受災(zāi)面積比成災(zāi)面積預(yù)測(cè)精度高可能的原因主要為:①本研究只是從洪澇損失災(zāi)情中選擇了7類屬性進(jìn)行分析,其中受災(zāi)人口、緊急轉(zhuǎn)移安置人口和直接經(jīng)濟(jì)損失等屬性與農(nóng)作物受災(zāi)面積相關(guān)性更強(qiáng);②本研究選擇的7類屬性在洪澇災(zāi)害系統(tǒng)之間的相關(guān)關(guān)系非常復(fù)雜。當(dāng)樣本數(shù)據(jù)值較小時(shí),本研究所構(gòu)建的SVM模型對(duì)農(nóng)作物受災(zāi)面積和絕收面積的預(yù)測(cè)較差的原因主要包括:①樣本數(shù)據(jù)自身質(zhì)量問題,本研究選擇的湖北省洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)是針對(duì)一次災(zāi)害過程中不同受災(zāi)區(qū)域的災(zāi)情匯總數(shù)據(jù),在匯總過程中會(huì)存在一定的“臟”數(shù)據(jù);②洪澇災(zāi)情在時(shí)空上具有非均勻性,如樣本u19中農(nóng)作物絕收和成災(zāi)面積分別為18、18 900 hm2,而u14中2個(gè)屬性分別為45 200、85 800 hm2,使洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)在多維空間上分布呈現(xiàn)不規(guī)律的狀態(tài)。

        綜上所述,提出的基于徑向核函數(shù)的SVM模型能對(duì)洪澇農(nóng)作物災(zāi)情進(jìn)行有效預(yù)測(cè),當(dāng)受災(zāi)和絕收面積比較大時(shí)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度很高,但對(duì)于相對(duì)較小的受災(zāi)面積與絕收面積的樣本預(yù)測(cè)有一定的偏差,預(yù)測(cè)值比原始數(shù)據(jù)要偏大一些。

        4 結(jié)論

        本研究以支持向量機(jī)(SVM)模型為基礎(chǔ),以1998~2006年湖北地區(qū)洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)為樣本,構(gòu)建了基于SVM的洪澇農(nóng)作物損失預(yù)測(cè)模型。研究結(jié)果表明,基于徑向核函數(shù)的SVM模型適合湖北地區(qū)洪澇農(nóng)業(yè)損失的預(yù)測(cè),對(duì)農(nóng)作物受災(zāi)面積的預(yù)測(cè)精度高于農(nóng)作物絕收面積;而且當(dāng)樣本數(shù)據(jù)中的農(nóng)作物災(zāi)情數(shù)據(jù)較小時(shí),預(yù)測(cè)值會(huì)高于真實(shí)值。在構(gòu)建SVM農(nóng)作物災(zāi)情預(yù)測(cè)模型時(shí)綜合考慮更多的洪澇災(zāi)情屬性,特別是降雨量、受災(zāi)時(shí)間、災(zāi)害持續(xù)時(shí)間和受災(zāi)區(qū)域等信息。

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        [17] 吳雪蓮,孫丙宇,李文波,等.基于粗糙集和CBR的救災(zāi)口糧需求預(yù)測(cè)[J].計(jì)算機(jī)工程,2012,38(9):158-161.endprint

        同樣利用公式(7)對(duì)1998~2006年湖北省的農(nóng)作物受災(zāi)面積進(jìn)行預(yù)測(cè)。交叉驗(yàn)證結(jié)果表明,農(nóng)作物受災(zāi)面積整體預(yù)測(cè)精度為87.22%,整體預(yù)測(cè)誤差為23.33%。從整體上來看,洪澇農(nóng)作物成災(zāi)面積的預(yù)測(cè)精度比農(nóng)作物絕收面積更準(zhǔn)確。具體的農(nóng)作物絕收面積預(yù)測(cè)誤差如圖2所示。

        由圖2可知,本研究所構(gòu)建模型對(duì)農(nóng)作物受災(zāi)面積預(yù)測(cè)曲線與樣本曲線變化趨勢(shì)一致。但預(yù)測(cè)結(jié)果也表明,存在預(yù)測(cè)值明顯大于真實(shí)值,如樣本16;存在預(yù)測(cè)值明顯小于真實(shí)值,如樣本1。整體來說,在9至11這個(gè)階段本文預(yù)測(cè)值基本吻合歷史數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度較高。在5至8,12至20這二個(gè)階段預(yù)測(cè)值誤差相對(duì)較大,尤其是11至20歷史階段模型所預(yù)測(cè)的值高于樣本數(shù)據(jù)。綜上所述,所建立的SVM預(yù)測(cè)模型能有效預(yù)測(cè)湖北地區(qū)洪澇災(zāi)害的農(nóng)作物絕收面積,但對(duì)小面積的農(nóng)作物受災(zāi)面積預(yù)測(cè)效果較差。

        3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

        洪澇農(nóng)作物受災(zāi)面積比成災(zāi)面積預(yù)測(cè)精度高可能的原因主要為:①本研究只是從洪澇損失災(zāi)情中選擇了7類屬性進(jìn)行分析,其中受災(zāi)人口、緊急轉(zhuǎn)移安置人口和直接經(jīng)濟(jì)損失等屬性與農(nóng)作物受災(zāi)面積相關(guān)性更強(qiáng);②本研究選擇的7類屬性在洪澇災(zāi)害系統(tǒng)之間的相關(guān)關(guān)系非常復(fù)雜。當(dāng)樣本數(shù)據(jù)值較小時(shí),本研究所構(gòu)建的SVM模型對(duì)農(nóng)作物受災(zāi)面積和絕收面積的預(yù)測(cè)較差的原因主要包括:①樣本數(shù)據(jù)自身質(zhì)量問題,本研究選擇的湖北省洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)是針對(duì)一次災(zāi)害過程中不同受災(zāi)區(qū)域的災(zāi)情匯總數(shù)據(jù),在匯總過程中會(huì)存在一定的“臟”數(shù)據(jù);②洪澇災(zāi)情在時(shí)空上具有非均勻性,如樣本u19中農(nóng)作物絕收和成災(zāi)面積分別為18、18 900 hm2,而u14中2個(gè)屬性分別為45 200、85 800 hm2,使洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)在多維空間上分布呈現(xiàn)不規(guī)律的狀態(tài)。

        綜上所述,提出的基于徑向核函數(shù)的SVM模型能對(duì)洪澇農(nóng)作物災(zāi)情進(jìn)行有效預(yù)測(cè),當(dāng)受災(zāi)和絕收面積比較大時(shí)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度很高,但對(duì)于相對(duì)較小的受災(zāi)面積與絕收面積的樣本預(yù)測(cè)有一定的偏差,預(yù)測(cè)值比原始數(shù)據(jù)要偏大一些。

        4 結(jié)論

        本研究以支持向量機(jī)(SVM)模型為基礎(chǔ),以1998~2006年湖北地區(qū)洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)為樣本,構(gòu)建了基于SVM的洪澇農(nóng)作物損失預(yù)測(cè)模型。研究結(jié)果表明,基于徑向核函數(shù)的SVM模型適合湖北地區(qū)洪澇農(nóng)業(yè)損失的預(yù)測(cè),對(duì)農(nóng)作物受災(zāi)面積的預(yù)測(cè)精度高于農(nóng)作物絕收面積;而且當(dāng)樣本數(shù)據(jù)中的農(nóng)作物災(zāi)情數(shù)據(jù)較小時(shí),預(yù)測(cè)值會(huì)高于真實(shí)值。在構(gòu)建SVM農(nóng)作物災(zāi)情預(yù)測(cè)模型時(shí)綜合考慮更多的洪澇災(zāi)情屬性,特別是降雨量、受災(zāi)時(shí)間、災(zāi)害持續(xù)時(shí)間和受災(zāi)區(qū)域等信息。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 袁 藝.自然災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估研究與實(shí)踐進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展, 2010,25(1):22-32.

        [2] 張 弛,宋緒美,李 偉.可變模糊評(píng)價(jià)法在洪澇災(zāi)情評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2008,17(5):34-39.

        [3] 史培軍.四論災(zāi)害的理論與實(shí)踐[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2002,11(3):1-9.

        [4] 鄒 銘,范一大,楊思全,等.自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理與預(yù)警體系[M]. 北京:科學(xué)出版社,2005.

        [5] 高霞霞,蘇 偉,謝伯承,等.基于GIS的湖南洪澇災(zāi)害農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(2):1122-1123,1147.

        [6] 聶 娟,范一大,鄧 磊,等.山洪災(zāi)害雷達(dá)遙感災(zāi)情評(píng)估技術(shù)研究與應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2010,19(3):105-110.

        [7] 胡俊鋒,范春波,楊月巧.基于抽樣統(tǒng)計(jì)方法的洪澇災(zāi)害損失評(píng)估[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2010,19(6):27-30.

        [8] 梁留科.農(nóng)業(yè)災(zāi)情與抗災(zāi)能力的定量指標(biāo)探討[J].災(zāi)害學(xué),1992,7(1):7-11.

        [9] 蒲 淳.關(guān)于我國(guó)糧食生產(chǎn)的易損性評(píng)價(jià)[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),1998,7(4):30-34.

        [10] 葉正偉.自然災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)影響的態(tài)勢(shì)分析及對(duì)策研究——以蘇浙皖旱澇災(zāi)害為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,34(4):772-774,803.

        [11] 李柏年.洪澇災(zāi)害評(píng)價(jià)的威布爾模型[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2005, 14(6):32-36.

        [12] 黃大鵬,劉 闖,彭順風(fēng).洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與區(qū)劃研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2007,26(4):11-22.

        [13] 許 沖,徐錫偉.基于不同核函數(shù)的2010年玉樹地震滑坡空間預(yù)測(cè)模型研究[J].地球物理學(xué)報(bào),2012,55(9):2994-3005.

        [14] 張新廠,婁偉平.基于主成分支持向量機(jī)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害房屋倒塌間數(shù)評(píng)估[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(12):6339-6341.

        [15] 牛瑞卿,彭 令,葉潤(rùn)青,等.基于粗糙集的支持向量機(jī)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2012,42(2):430-439.

        [16] VAPNIK V. The Nature of Statistical Learning Theory[M]. Germany:Springer-Verlag,2000.

        [17] 吳雪蓮,孫丙宇,李文波,等.基于粗糙集和CBR的救災(zāi)口糧需求預(yù)測(cè)[J].計(jì)算機(jī)工程,2012,38(9):158-161.endprint

        同樣利用公式(7)對(duì)1998~2006年湖北省的農(nóng)作物受災(zāi)面積進(jìn)行預(yù)測(cè)。交叉驗(yàn)證結(jié)果表明,農(nóng)作物受災(zāi)面積整體預(yù)測(cè)精度為87.22%,整體預(yù)測(cè)誤差為23.33%。從整體上來看,洪澇農(nóng)作物成災(zāi)面積的預(yù)測(cè)精度比農(nóng)作物絕收面積更準(zhǔn)確。具體的農(nóng)作物絕收面積預(yù)測(cè)誤差如圖2所示。

        由圖2可知,本研究所構(gòu)建模型對(duì)農(nóng)作物受災(zāi)面積預(yù)測(cè)曲線與樣本曲線變化趨勢(shì)一致。但預(yù)測(cè)結(jié)果也表明,存在預(yù)測(cè)值明顯大于真實(shí)值,如樣本16;存在預(yù)測(cè)值明顯小于真實(shí)值,如樣本1。整體來說,在9至11這個(gè)階段本文預(yù)測(cè)值基本吻合歷史數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度較高。在5至8,12至20這二個(gè)階段預(yù)測(cè)值誤差相對(duì)較大,尤其是11至20歷史階段模型所預(yù)測(cè)的值高于樣本數(shù)據(jù)。綜上所述,所建立的SVM預(yù)測(cè)模型能有效預(yù)測(cè)湖北地區(qū)洪澇災(zāi)害的農(nóng)作物絕收面積,但對(duì)小面積的農(nóng)作物受災(zāi)面積預(yù)測(cè)效果較差。

        3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

        洪澇農(nóng)作物受災(zāi)面積比成災(zāi)面積預(yù)測(cè)精度高可能的原因主要為:①本研究只是從洪澇損失災(zāi)情中選擇了7類屬性進(jìn)行分析,其中受災(zāi)人口、緊急轉(zhuǎn)移安置人口和直接經(jīng)濟(jì)損失等屬性與農(nóng)作物受災(zāi)面積相關(guān)性更強(qiáng);②本研究選擇的7類屬性在洪澇災(zāi)害系統(tǒng)之間的相關(guān)關(guān)系非常復(fù)雜。當(dāng)樣本數(shù)據(jù)值較小時(shí),本研究所構(gòu)建的SVM模型對(duì)農(nóng)作物受災(zāi)面積和絕收面積的預(yù)測(cè)較差的原因主要包括:①樣本數(shù)據(jù)自身質(zhì)量問題,本研究選擇的湖北省洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)是針對(duì)一次災(zāi)害過程中不同受災(zāi)區(qū)域的災(zāi)情匯總數(shù)據(jù),在匯總過程中會(huì)存在一定的“臟”數(shù)據(jù);②洪澇災(zāi)情在時(shí)空上具有非均勻性,如樣本u19中農(nóng)作物絕收和成災(zāi)面積分別為18、18 900 hm2,而u14中2個(gè)屬性分別為45 200、85 800 hm2,使洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)在多維空間上分布呈現(xiàn)不規(guī)律的狀態(tài)。

        綜上所述,提出的基于徑向核函數(shù)的SVM模型能對(duì)洪澇農(nóng)作物災(zāi)情進(jìn)行有效預(yù)測(cè),當(dāng)受災(zāi)和絕收面積比較大時(shí)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度很高,但對(duì)于相對(duì)較小的受災(zāi)面積與絕收面積的樣本預(yù)測(cè)有一定的偏差,預(yù)測(cè)值比原始數(shù)據(jù)要偏大一些。

        4 結(jié)論

        本研究以支持向量機(jī)(SVM)模型為基礎(chǔ),以1998~2006年湖北地區(qū)洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)為樣本,構(gòu)建了基于SVM的洪澇農(nóng)作物損失預(yù)測(cè)模型。研究結(jié)果表明,基于徑向核函數(shù)的SVM模型適合湖北地區(qū)洪澇農(nóng)業(yè)損失的預(yù)測(cè),對(duì)農(nóng)作物受災(zāi)面積的預(yù)測(cè)精度高于農(nóng)作物絕收面積;而且當(dāng)樣本數(shù)據(jù)中的農(nóng)作物災(zāi)情數(shù)據(jù)較小時(shí),預(yù)測(cè)值會(huì)高于真實(shí)值。在構(gòu)建SVM農(nóng)作物災(zāi)情預(yù)測(cè)模型時(shí)綜合考慮更多的洪澇災(zāi)情屬性,特別是降雨量、受災(zāi)時(shí)間、災(zāi)害持續(xù)時(shí)間和受災(zāi)區(qū)域等信息。

        參考文獻(xiàn):

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        [2] 張 弛,宋緒美,李 偉.可變模糊評(píng)價(jià)法在洪澇災(zāi)情評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2008,17(5):34-39.

        [3] 史培軍.四論災(zāi)害的理論與實(shí)踐[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2002,11(3):1-9.

        [4] 鄒 銘,范一大,楊思全,等.自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理與預(yù)警體系[M]. 北京:科學(xué)出版社,2005.

        [5] 高霞霞,蘇 偉,謝伯承,等.基于GIS的湖南洪澇災(zāi)害農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(2):1122-1123,1147.

        [6] 聶 娟,范一大,鄧 磊,等.山洪災(zāi)害雷達(dá)遙感災(zāi)情評(píng)估技術(shù)研究與應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2010,19(3):105-110.

        [7] 胡俊鋒,范春波,楊月巧.基于抽樣統(tǒng)計(jì)方法的洪澇災(zāi)害損失評(píng)估[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2010,19(6):27-30.

        [8] 梁留科.農(nóng)業(yè)災(zāi)情與抗災(zāi)能力的定量指標(biāo)探討[J].災(zāi)害學(xué),1992,7(1):7-11.

        [9] 蒲 淳.關(guān)于我國(guó)糧食生產(chǎn)的易損性評(píng)價(jià)[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),1998,7(4):30-34.

        [10] 葉正偉.自然災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)影響的態(tài)勢(shì)分析及對(duì)策研究——以蘇浙皖旱澇災(zāi)害為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,34(4):772-774,803.

        [11] 李柏年.洪澇災(zāi)害評(píng)價(jià)的威布爾模型[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2005, 14(6):32-36.

        [12] 黃大鵬,劉 闖,彭順風(fēng).洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與區(qū)劃研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2007,26(4):11-22.

        [13] 許 沖,徐錫偉.基于不同核函數(shù)的2010年玉樹地震滑坡空間預(yù)測(cè)模型研究[J].地球物理學(xué)報(bào),2012,55(9):2994-3005.

        [14] 張新廠,婁偉平.基于主成分支持向量機(jī)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害房屋倒塌間數(shù)評(píng)估[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(12):6339-6341.

        [15] 牛瑞卿,彭 令,葉潤(rùn)青,等.基于粗糙集的支持向量機(jī)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2012,42(2):430-439.

        [16] VAPNIK V. The Nature of Statistical Learning Theory[M]. Germany:Springer-Verlag,2000.

        [17] 吳雪蓮,孫丙宇,李文波,等.基于粗糙集和CBR的救災(zāi)口糧需求預(yù)測(cè)[J].計(jì)算機(jī)工程,2012,38(9):158-161.endprint

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