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1、第33卷第7期地理科學(xué)進(jìn)展Vol.33,No.72014年7月ProgressinGeographyJuly2014基于STARMA模型的城市暴雨積水點(diǎn)積水短時(shí)預(yù)測(cè)1,211,2鄭姍姍，萬(wàn)慶，賈明元(1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049)摘要：近年來(lái)城市暴雨出現(xiàn)突發(fā)和多發(fā)態(tài)勢(shì)，導(dǎo)致城市內(nèi)澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，威脅著城市居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。隨著城市降雨積水監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立，獲得分鐘尺度的降雨和積水時(shí)序監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成為可能，實(shí)現(xiàn)了城市內(nèi)澇的實(shí)時(shí)監(jiān)控。但目前對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的
2、利用仍顯不足，缺乏對(duì)其深度分析挖掘，造成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“只監(jiān)不控”的局面。本文基于城市降雨積水監(jiān)測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)積水時(shí)間相關(guān)性、降雨空間相關(guān)性以及降雨積水序列相關(guān)性，構(gòu)建降雨積水的時(shí)空自相關(guān)移動(dòng)平均模型(STARMA)，對(duì)城市暴雨積水點(diǎn)積水過(guò)程進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)。STARMA模型已被廣泛應(yīng)用于交通預(yù)測(cè)、環(huán)境變量預(yù)測(cè)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，特別是在時(shí)空過(guò)程機(jī)理不清楚、多因素時(shí)空變量影響的情況下效果較好。本文首次將該模型應(yīng)用到降水積水過(guò)程擬合和積水短時(shí)預(yù)測(cè)上，同時(shí)在方法上改進(jìn)了傳統(tǒng)單變量的STARMA模型，建立降雨和積水雙變量的STARMA模型模擬降雨積
3、水過(guò)程。并以北京市2012年“7.21”事件降雨積水過(guò)程為研究對(duì)象，以豐北橋、花鄉(xiāng)橋、馬家樓橋和六里橋4個(gè)積水監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，建立降雨積水的STARMA模型，以5min為步長(zhǎng)作積水5、10、15min三步預(yù)測(cè)。驗(yàn)證結(jié)果表明，該模型在降雨積水過(guò)程中擬合效果較好，模型短時(shí)預(yù)測(cè)精度較高。該項(xiàng)研究能夠有效地利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提高信息預(yù)警和應(yīng)急指揮能力，為市政防汛或交通等部門提供決策支持。關(guān)鍵詞：暴雨積水；短時(shí)預(yù)測(cè)；時(shí)空序列；STARMA模型；時(shí)間自相關(guān)；空間相關(guān)doi:10.11820/dlkxjz.2014.07.010中圖分類號(hào)：P208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼
4、：A1引言佳璆等,2012)，對(duì)城市暴雨積水點(diǎn)積水過(guò)程進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)。該研究可有效地利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提高信息近年來(lái)，城市暴雨出現(xiàn)突發(fā)和多發(fā)態(tài)勢(shì)，導(dǎo)致預(yù)警和應(yīng)急指揮能力，為市政防汛或交通等部門提城市內(nèi)澇問(wèn)題突出，威脅城市的正常運(yùn)行，造成生供決策支持。命和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。隨著城市降雨積水監(jiān)測(cè)網(wǎng)目前，對(duì)城市暴雨積水過(guò)程模擬和預(yù)測(cè)主要集的建立，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)了解各地的降雨和積水情況成為中于城市雨洪模型的應(yīng)用研究，其中，代表性的城可能。但是目前監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)僅用于實(shí)時(shí)信息的發(fā)市雨洪模型有SWMM模型、MOUSE模型、STORM布和展示，缺乏對(duì)這些時(shí)序數(shù)據(jù)的深度
5、分析挖掘，模型和Wallingford模型等。城市雨洪模型分為經(jīng)造成了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“只監(jiān)不控”的局面(趙冬泉等,驗(yàn)?zāi)Ｐ?、概念模型和理論模?吳險(xiǎn)峰等,2002;徐2012)。本文基于降雨積水的時(shí)序監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展積宗學(xué),2009)，其中概念模型和理論模型均依據(jù)一定水的短時(shí)預(yù)測(cè)研究，根據(jù)積水時(shí)間自相關(guān)性、降雨的物理基礎(chǔ)而建立的。城市雨洪模擬技術(shù)已經(jīng)形空間相關(guān)性以及降雨積水的互相關(guān)性，建立降雨積成了較為完善的模型框架，但對(duì)水文物理過(guò)程的認(rèn)水的時(shí)空自相關(guān)移動(dòng)平均模型(Spatial-Temporal識(shí)、數(shù)據(jù)管理能力和數(shù)據(jù)資料的缺乏是限制模型模Auto
6、RegressiveandMovingAverage,STARMA)(王擬精度和應(yīng)用范圍的主要原因(胡偉賢等,2010)。收稿日期：2014-02；修訂日期：2014-04。基金項(xiàng)目：國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2013AA122302)。作者簡(jiǎn)介：鄭姍姍(1990-)，女，安徽合肥人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)闀r(shí)空數(shù)據(jù)分析，E-mail:zhengss@lreis.ac.cn。通訊作者：萬(wàn)慶(1964-)，男，江西南昌人，研究員，主要從事GIS應(yīng)用與防洪減災(zāi)研究，E-mail:wanq@lreis.ac.cn。949-9
7、57頁(yè)950地理科學(xué)進(jìn)展第33卷隨著數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)律，或是從動(dòng)態(tài)的角度刻畫某一現(xiàn)象與其他現(xiàn)象之行分析處理挖掘已成為常用的方法之一。時(shí)間序間的內(nèi)在關(guān)系及其變化規(guī)律，其最主要的思想是根列分析模型是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，它主要是從?shù)理統(tǒng)計(jì)的角據(jù)預(yù)測(cè)變量本身或其他相關(guān)變量過(guò)去的變化規(guī)律度揭示和認(rèn)識(shí)水文過(guò)程的復(fù)雜特性，是揭示和認(rèn)識(shí)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)(王振龍等,2007)。根據(jù)研究對(duì)象的個(gè)水文過(guò)程變化特性的有效手段和重要途徑。其中，數(shù)，時(shí)間序列可分為一元時(shí)間序列和多元時(shí)間序自回歸移動(dòng)平均模型(AutoRegressiveandMoving列。
8、降雨和積水過(guò)程具有相互依存的動(dòng)態(tài)規(guī)律性，Average,ARMA)為時(shí)序分析模型中序列相關(guān)性分因此需要建立二元的時(shí)間序列模型來(lái)描述降雨積析方法的一種。隨著對(duì)水文現(xiàn)象過(guò)程復(fù)雜性認(rèn)識(shí)水變化過(guò)程。不斷提高，探討多
