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表 2 石匣里站各模型径流序列预报性能评价指标(1个月预见期)

                                                                                   指标
                    组号              模型              阶段
                                                                   RMSE            MAE            NSE
                    Ⅰ - A          ARIMA            测试              4.476          3.778          0.640
                    Ⅰ - B         STL - ARIMA       测试              4.297          3.489          0.669
                    Ⅰ - C       STL - VMD - ARIMA   测试              4.435          3.661          0.647
                                                    训练              9.344          6.401          0.425
                    Ⅱ - A           LSTM            验证              7.629          4.984          0.127
                                                    测试              5.556          3.763          0.558
                                                    训练              7.843          5.254          0.595
                    Ⅱ - B         STL - LSTM        验证              4.353          2.805          0.716
                                                    测试              3.827          3.064          0.790
                                                    训练              5.433          4.122          0.806
                    Ⅱ - C       STL - VMD - LSTM    验证              3.260          2.357          0.841
                                                    测试              3.705          2.863          0.803
                                                    训练              7.325          4.431          0.639
                    Ⅲ - A          Informer         验证              3.944          3.166          0.749
                                                    测试              3.397          2.730          0.793
                                                    训练              4.569          3.384          0.810
                    Ⅲ - B         STL - Informer    验证              2.064          1.606          0.940
                                                    测试              2.774          2.117          0.862
                                                    训练              2.648          1.972          0.916
                    Ⅲ - C      STL - VMD - Informer  验证             1.051          0.869          0.982
                                                    测试              2.391          1.845          0.897


                  表中结果可以看出,对于 ARIMA方法,无论采用何种分解方法,其预报精度均较低,NSE仅有
              0.640~0.669。对于 LSTM或 Informer,若不对径流序列预先分解(A情景),其 NSE仅有 0.558和 0.793;
              若结合 STL分解,预报精度可提升到 0.790和 0.862;进一步采用 STL - VMD动态分解,精度则可再次
              提高到 0.803和 0.897。其中,本文提出的 STL - VMD - Informer两段动态分解- 预测- 重构模型预报精度
              最高,NSE达 0.897。可见,分解- 预测- 重构的策略具有本质优势。
                  图 8展示了实测值- 预测值对角线散点图。由图 8(a)—(c)可看出单独使用 ARIMA存在低流量高
              估、高流量低估现象,经 STL - VMD两段动态分解可得到一定程度修正。对于单独使用 LSTM(图 8(d)),
              可看出其也存在低流量高估、高流量低估现象。而对于 Informer(图 8(g)),仅有高流量低估现象,其
              他流量预报较为准确。当使用 STL动态分解后,即图 8(e)(h),高流量低估情况明显减少,低流量预
              报也更加准确。STL - VMD两段动态分解后,如图 8(f)(i),流量预报值更好地收敛于实测值周围。
              4.2.2 动态分解与整体静态分解结果 为验证和区分 “追算实验” 现象,本文还对比了动态分解与整
              体静态分解的结果,如表 3。整体静态分解就是将整个序列(包括训练集、验证集和测试集)一次分
              解,得到若干子序列,再将子序列划分训练集、验证集与测试集进行学习预报。这时模型的预报精度
              NSE可达惊人的 0.970,这是由于分解得到的子序列中已包含了未来需要预报的数据,在实际预报中
              是不可行的。动态分解不引入未知数据进行学习预报,虽然 1个月预见期的 NSE下降到 0.897,但现
              实可行。
              4.2.3 分解的边界效应 动态分解与整体静态分解的结果差异,还可以用边界效应解释。图 9展示了
              从 2013年 1月开始动态分解(红色虚线)与将所有数据整体静态分解的 IMF结果的对比。可以看出红
                                                                                   2
                                                                                                —  9 3 9 —
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