Доклад на конференции "Фундаментальные проблем ыводы и водных ресурсов" (Айзель Г.В,)

1. Применение современных методов
машинного обучения для расчетов
речного стока с неизученных
водосборов
Айзель Георгий Владимирович
Гусев Евгений Михайлович
Институт водных проблем РАН, лаборатория физики почвенных вод
ayzelgv@gmail.com

2. Неизученные водосборы
Речные водосборы, для
которых информация об
измеренном
гидрометрическом стоке
либо полностью
отсутствует, либо
является недостаточной
для нахождения ряда
модельных параметров.
2

3. SWAP (Soil Water - Atmosphere - Plants) -- модель
взаимодействия поверхности суши с атмосферой
3

4. Гидрологическое моделирование
Физически обоснованная
модель взаимодействия
поверхности суши с
атмосферой (SWAP)
Параметры
Осадки,
температура
Параметры
подстилающей
поверхности
Тепловая
энергия
...
Рассчитанный
речной сток
Измеренный
речной сток
Калибровка
параметров
4

5. Параметры модели SWAP
● Калибруются автоматически
● Модифицированный алгоритм
SCE-UA
5

6. Параметры для неизученных водосборов
Районирование модельных
параметров – набор методов,
направленных на перенос доступной
информации с изученного бассейна
на неизученный
6

7. Машинное обучение
Обучающаяся
программа
Примеры данных с
закономерностями
Модель
закономерности
Поиск
закономерностей в
новых данных
7

8. 323 MOPEX-водосбора
210 водосборов на которых будет происходить
обучение ИНС
113 «неизученных» водосборов для проверки
эффективности разрабатываемой методики
8

9. ?
признаковое описание
Обучающая
выборка
Проверочная
выборка
Матрица объект-признак (X) Целевая матрица (Y)
17 характеристик природных
условий (GSWP – 2, MOPEX)
11 параметров модели
SWAP
Неизученные водосборы
Схема получения параметров модели
9

10. Архитектуры ИНС
Многослойный персептрон (МП) Радиальная базисная функция (РБФ)
Алгоритмы обучения ИНС
● Обратного распространения ошибки
● Левенберга-Марквардта
● Сопряженных градиентов
10

11. Параметры для неизученных водосборов
МП
РБФ
11

12. Результаты
Медианные оценки:
Eff = 0.484
|Bias| = 13.7%
12

13. К обсуждению одной
фундаментальной проблемы
one more thing...

14. Самый частый вопрос
Почему вы проводили исследование на
выборке американских водосборов?
14

15. Данные здорового человека
15

16. Данные курильщика
16

17. 17

18. Цена научной работы
1 параметр, 1 пункт, 1 срок:
от 150 рублей
323 водосбора
10 лет
Расход воды
176 млн.
рублей>
* превышает годовой бюджет ИВП РАН
более, чем в 1,5 раза 18

19. Фундаментальная проблема воды и
водных ресурсов
Отсутствие канала свободного получения
архивных и оперативных данных с сети
гидрометеорологических наблюдений
19

20. Спасибо за внимание
ayzelgv
ayzelgv
@hydrogo
ayzelgv@gmail.com
20