(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211015467.4 (22)申请日 2022.08.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115099072 A (43)申请公布日 2022.09.23 (73)专利权人 自然资源部第一海 洋研究所 地址 266061 山东省青岛市崂山区仙霞岭 路6号 (72)发明人 石洪华　胡龙　郑伟　夏涛　 王勇智　殷丽婷　隋亚栋　 (74)专利代理 机构 北京东方盛凡知识产权代理 有限公司 1 1562 专利代理师 向离山 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 119/14(2020.01)(56)对比文件 CN 110824510 A,2020.02.21 CN 111538341 A,2020.08.14 US 2019164079 A1,2019.0 5.30 JP 2000163102 A,20 00.06.16 CN 110618453 A,2019.12.27 WO 2022101483 A1,202 2.05.19 WO 2013025653 A2,2013.02.21 CN 107292436 A,2017.10.24 申友利.海 洋生态系统动力学模型参数反演 研究及其应用. 《万方平台》 .2016, TIAN TIAN 等.Simulati ons of An nual Cycle of Phytoplan kton Producti on and the Utilization of Nitrogen i n the Yel low Sea [. 《Journal of Ocean ography》 .20 05, 石洪华等.用生态动力学模型分析海带养殖 对浮游生态系统的影响. 《万方平台》 .201 1, 审查员 刘莹莹 (54)发明名称 一种海洋生态动力学模型参数非线性优化 方法 (57)摘要 本发明公开了一种海洋生态动力学模型参 数非线性优化方法， 包括： 获取状态变量集合与 待优化参数集； 构建海洋生态动力学模型； 获取 代价函数方程组； 对海洋生态动力学模型进行求 解获得各状态变量的数值解； 获取有约束情况下 的代价函数方程组的哈密顿函数， 基于哈密顿函 数获取伴随方程； 基于伴随方程对待优化参数集 进行调整， 获得最优参数集。 本发明属于海洋数 值模型优化领域， 以海洋生态动力学模 型精度提 高为目的， 通过确定优化目标， 选择优化方法， 最 后给出优化的参数集， 使 得各状态变量相对误差 绝对值的平均值更小， 在已测不同状态变量数据 量级变化较大的情况下仍然可筛选各模型参数， 降低模型误差， 提升了模拟精度和模型应用能力。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 115099072 B 2022.11.11 CN 115099072 B 1.一种海洋生态动力学模型参数非线性优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取状态变量集合与待优化参数集； 构建海洋生态动力学模型； 获取最终代价函数方 程组； 对海洋生态动力学模型进行求解获得状态变量集合中各状态变量的数值解； 获取有 约束情况下 的所述代价函数方程组的哈密顿函数， 基于所述哈密顿函数获取伴随方程； 基 于伴随方程对待优化 参数集进行调整， 获得最优参数集； 基于状态变量集合、 状态变量的个数、 状态变量集合中各状态变量的观测值在给定时 间区间内的空间插值函数、 所述给定时间区间的上限与下限构建初始代价函数方程组， 将 初始代价函数方程组简化成等 价形式， 获得最终代价 函数方程组； 各状态变量的数值解的求解基于待优化参数集， 过程中还采用了龙哥库塔方法， 其中， 每次优化后更新待优化 参数集， 基于更新后的待优化 参数集求解各状态变量的数值 解； 所述伴随方程的过程还包括： 基于状态变量组成的向量与伴随变量所组成的向量获得 哈密顿函数， 基于哈密顿函数获得哈密顿规范方程， 在所述哈密顿规范方程中加入边界条 件， 获得伴随方程； 所述最优参数集的获取过程包括： 基于哈密顿函数获得待优化参数集中各参数的下降 梯度， 基于所述代价函数方程组对所述下降梯度进行归一化处理， 基于最速下降法调整待 优化参数集， 进行循环迭代， 直至迭代参数小于预设值， 获得最优参数集； 调整待优化参数集的方法为： ， 其中， δ为步长， 为各参数下降梯度 所组成的向量， 为原参数， 为调整后的参数， 根据优化精度确定步长 。 2.根据权利要求1所述的一种 海洋生态动力学模型参数非线性优化方法， 其特征在于， 所述状态变量集合包括： 浮游植物、 浮游动物、 可溶解无机氮、 可溶解无机磷以及有机碎屑 的初始取值。 3.根据权利要求1所述的一种 海洋生态动力学模型参数非线性优化方法， 其特征在于， 海洋生态动力学模型中状态变量 集合的初始值 通过研究区实测资料获得。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115099072 B 2一种海洋生态动力学模型参数 非线性优化方 法 技术领域 [0001]本发明属于海洋数值模型优化领域， 特别是涉及 一种海洋生态动力学模型参数非 线性优化方法。 背景技术 [0002]简单模型的参数优化比较简单， 可通过极值原理求出状态变量的极 （大） 值点， 根 据参数合理分布范围， 确定最优参数集。 对于复杂的生态动力学模型， 其状态变量个数多， 多属于多目标优化问题， 很难采用解析 的方法直接解出极值点 （最优参数集） 。 海洋生态系 统各生态过程， 组成了一个高度复杂的非线性系统。 海洋生态系统动力学模型参数 的任何 一个微小变化， 可能会引起整个系统较大的动荡。 灵敏度分析已表明， 模型状态变量往往对 多数参数都是 敏感的。 [0003]因此， 海洋生态动力学模型参数优化是一个非常复杂的问题， 涉及到模型参数灵 敏度分析、 实验室分析和数值优化等方面。 在此， 仅讨论通过数值手段获取参数最优值的情 形。 [0004]海洋生态动力学模型优化是困扰建模者的主要问题 之一。 在以往的生态系统动力 学数值模拟 研究中， 由于研究者对研究对象的生物、 化学过程了解不清， 或由于实验数据匮 乏， 参数值确定一直是个难点。 随着模型复杂程度的不断加深， 这一问题也变得尤为突出。 在数据同化方法引入之前， 对模型参数 的估计主要是依靠经验的积累和主观的判断， 工作 量大并且难以取得更好的结果。 伴随同化方法是变分原理和最优控制论相结合的一种方 法， 已被越来越多地应用于优化模式初始场、 参数估计、 外 部强迫场等方面。 发明内容 [0005]本发明的目的是提供一种海洋生态动力学模型参数非线性优化方法， 以解决上述 现有技术存在的问题。 [0006]为实现上述目的， 本发明提供了一种海洋生态动力学模型参数非线性优化方法， 包括： [0007]获取状态变量集合与待优化参数集； 构建海洋生态动力学模型； 获取最终代价函 数方程组； 对海洋生态动力学模型进行求解获得状态变量集合中各状态变量的数值解； 获 取有约束情况下的所述代价函数方程组的哈密顿函数， 基于所述哈密顿函数获取伴随方 程； 基于伴随方程对待优化 参数集进行调整， 获得最优参数集。 [0008]可选的， 所述状态变量集合包括： 浮游植物、 浮游动 物、 可溶解无机氮、 可溶解无机 磷以及有机碎屑的初始取值。 [0009]可选的， 基于状态变量集合、 状态变量的个数、 状态变量集合中各状态变量的观测 值在给定时间区间内的空间插值函数、 所述给定时间区间的上限与下限构建初始代价函数 方程组， 将初始 代价函数方程组简化成等 价形式， 获得最终代价 函数方程组。 [0010]可选的， 各状态变量的数值解的求解基于待优化参数集， 过程中还采用了龙哥库说　明　书 1/6 页 3 CN 115099072 B 3