Użyteczność deterministycznych metod optymalizacji globalnej do szacowania parametrów w zagadnieniach hydrologicznych

• Autorzy: Grządziel M. , Jełowicki J.

Warianty tytułu

EN

Applicability of deterministic global optimization methods for hydrological parameters estimation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Numeryczne metody optymalizacji, powszechnie stosowane w zagadnieniach hydrologicznych, nie gwarantują wyznaczenia minimum globalnego funkcji celu. Ich popularność wiąże się z tym, że mogą one być stosowane w zagadnieniach, w których liczba zmiennych decyzyjnych jest stosunkowo duża. W pracy dokonano przeglądu metod deterministycznych, które umożliwiają znalezienie optimum globalnego w przypadku, gdy funkcja celu ma więcej niż jedno minimum lokalne. Metody te mogą być podzielone na dwie kategorie: asymptotycznie kompletne oraz kompletne. Podczas gdy algorytmy należące do obu klas są w stanie generować ciąg rozwiązań przybliżonych zbieżny do rozwiązania zagadnienia optymalizacji globalnej, to tylko dla algorytmów należących do drugiej z wymienionych kategorii są dostępne nieheurystyczne kryteria stopu. Przykłady przedstawione w pracy ilustrują możliwości zastosowania metod asymptotycznie kompletnych do szacowania parametrów w modelach procesów hydrologicznych, takich jak: modele różniczkowe przepływu wód gruntowych, modele hydrauliczne wchodzące w skład modeli hydrodynamicznych wykorzystywanych do modelowania zasobów wód powierzchniowych, modele typu opad-odpływ czy też integralne modele zlewni.

EN

Most numerical optimization methods that are widely used in hydrology don't guarantee reaching the global minimum of the goal function. They became popular mainly due to their ability of handling relatively multi-dimensional problems. The paper reviews the deterministic methods capable of finding the global optimum in the presence of local optima. They can be divided into two categories: asymptotically complete methods and complete methods. While algorithms from both classes can generate a sequence converging to a solution of the global optimization problem, only for the algorithms from the latter class non-heuristic stopping criteria are available. The examples presented in the paper illustrate the applicability of asymptotically complete methods to parameter estimation in modelling hydrological processes, such as differential models of groundwater flow, hydraulic models embedded into hydrodynamic models of river systems, the precipitation–outflow models or integral catchment models.

Słowa kluczowe

PL

metoda podziału i ograniczeń; model hydrologiczny; optymalizacja globalna; przeszukiwanie siatki; szacowanie parametrów

EN

branch and bound methods; global optimization; grid search; hydrological model; parameter estimation

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 11, z. 1
• Strony: 61--74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., wykr.

Twórcy

autor

Grządziel M.

autor

Jełowicki J.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Katedra Matematyki, ul. Grunwaldzka 53, 50-357 Wrocław; tel. [phone],

Bibliografia

• CRAWFORD N.H., LINSLEY R.K. 1966. Digital simulation in hydrology: Stanford Watershed Model IV. Technical Report No. 39. Stanford. Department of Civil Engineering, Stanford University ss. 210.
• JONES D. 2009. Direct: global optimization algorithm. W: Encyclopedia of optimization. Pr. zbior. Red. C. Floudas, P. Pardalos. New York. Springer s. 725-735.
• KSHIRSAGAR M. M., RAJAGOPALAN B., LAL U., 1995. Optimal parameter estimation for Muskingum routing with ungauged lateral inflow. Journal of Hydrology. Vol. 169 s. 25-35.
• NEITSCH S.L., ARNOLD J.G., KINIRY J.R., WILLIAMS J.R., KING K.W. 2002. SWAT Manual. USDA, Agricultural Research Service and Blackland Research Center, Texas A&M University ss. 412.
• NEUMAIER A., 2004. Complete search in continuous global optimization and constraint satisfaction. Acta Numerica. Vol. 13 s. 271-370.
• PINTÉR J., 1996. Global optimization in action, Continuous and Lipschitz optimization: algorithms, implementations and applications. Dordrecht-Boston-London. Kluwer Academic Publishers ss. 512.
• ZHANG X., SRINIVASAN R., ZHAO K., VAN LIEW M., 2009. Evaluation of global optimization algorithms for parameter calibration of a computationally intensive hydrologic model. Hydrological Processes. Vol. 23 s. 430-441.