Novel hybrid intelligence predictive model based on successive variational mode decomposition algorithm for monthly runoff series

粒子群优化 算法 计算机科学 水准点(测量) 多层感知器 系列(地层学) 人工神经网络 数学 机器学习 大地测量学 生物 古生物学 地理
作者
Abbas Parsaie,Redvan Ghasemlounia,Amin Gharehbaghi,Amir Hamzeh Haghiabi,Aaron Anil Chadee,Mohammad Rashki Ghale Nou
出处
期刊:Journal of Hydrology [Elsevier]
卷期号:634: 131041-131041 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.jhydrol.2024.131041
摘要

A high-accuracy estimation of the runoff has always been an extremely relevant and challenging subject in hydrology science. Therefore, in the current research, a novel hybrid decomposition-integration-optimization based model is developed to enhance the estimation precision of the runoff. The suggested predictive model is a combination of successive variational mode decomposition (SVMD) technique and Multi-Layer Perceptron neural network (MLP) model integrated with particle swarm optimization (PSO) meta-heuristic algorithm (i.e., hybrid SVMD-MLP-PSO model). To test its performance, the mean monthly runoff data recorded from Sep 1986-Aug 2017 in Dez River basin (MRDRm), southwest of Iran, are used. The performance of the recommended model is also matched with other different hybrid and single models including MLP-PSO, SVMD-MLP, and MLP as the benchmark model. In all models, the sequence-to-one regression module of forecasting (i.e., without using meteorological parameters recorded in the study region) is utilized. In the SVMD based hybrid models, the optimal value of compactness of mode (α) for the original MRDRm time series is achieved at 100. Then, the PACF (partial autocorrelation function) diagram related to the lag length from each decomposed intrinsic mode function (IMF) sub-signals sequence generated is operated to select the ideal input variables. Performance evaluation metrics prove that the hybrid SVMD-MLP-PSO model under the best predictor and meta-parameters, outperformed with an R2 of 0.89, modified 2012 version of Kling-Gupta efficiency (KGEʹ) of 0.83, volumetric efficiency (VE) of 0.91, Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) of 0.88, and RMSE of 13.91 m3/s. Comparatively, the standalone MLP as the benchmark model results in an R2 of 0.24, VE of 0.33, KGEʹ of 0.2, NSE of 0.29, and RMSE of 153.39 m3/s.

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