基于实时多元稳健回归与多项式逼近的洪水预测模型
1. 引言
自然灾害如洪水、飓风等对贫困和弱势群体的生活影响巨大。为了通过早期灾害预测减少损失,人们做了很多工作。由于网络需部署在农村地区,资源严重受限。如今,基于无线传感器网络(WSN)的系统常用于预测模型。WSN 具有低功耗、低成本、多跳传输的特点,独立于外部服务提供商,能在无视线覆盖的情况下形成可扩展网络,且具有自修复数据路径。
WSN 可采用两层方法在地理区域内大致均匀部署,包括短距离通信节点集群和能进行更广泛通信的节点。WSN 节点仅与相邻节点通信,以降低传输功率和损耗,无需传统遥测系统中昂贵的中继器和发射器。每个节点兼具数据采集、路由和聚合功能,这种架构提高了整个山洪监测系统的冗余性和可靠性。此外,WSN 无需第三方服务和基础设施,可快速部署,并支持在线自校准预测模型。
可创建两种模型:集中式模型,计算仅在中心节点进行,终端节点无需计算硬件;分布式模型,计算在多个层级进行,更抗错误但成本较高。实际系统中,结合两者以平衡成本和准确性是最佳选择。
2. 相关工作
大多数数据驱动的统计洪水预测模型需要地形、土壤成分、土地覆盖、气象条件和水文气象量(如土壤湿度)等详细信息。在降雨 - 径流模型的开发中,涵盖了从集总到空间分布的多种模型。许多同类算法需要进行校准测试和反复重新校准,部分算法还限制参数数量,使模型缺乏灵活性。
3. 提出的工作
3.1 WSN 系统架构
所提出的模型包括传感器(用于感知和收集计算所需数据)、计算节点(具有强大处理能力,实现预测算法)和有人值守的中央监测办公室(验证结果、实施集中式预测算法作为