摘要:海滩波浪爬高预测是海岸侵蚀防护和防灾减灾的关键技术支撑。针对现有经验公式在精确度、泛化性等方面的不足,将极限梯度提升模型XGBoost引入到波浪爬高预测中,利用1 400多个来自实验室和现场观测的海滩波浪爬高数据,通过贝叶斯优化进行超参数调整,建立基于XGBo
基于XGBoost和SHAP的海滩波浪爬高预测研究
作者:张建1 2丁佩1 2刘楷操1 2路川藤3单位:
1. 珠海市规划设计研究院, 广东 珠海 519000;
2. 广东省滨海地区防灾减灾工程技术研究中心, 广东 珠海 519000;
3. 南京水利科学研究院, 江苏 南京 210029
分类号:P731.33
出版年·卷·期(页码):2025·42·第二期(1-8)
摘要:海滩波浪爬高预测是海岸侵蚀防护和防灾减灾的关键技术支撑。针对现有经验公式在精确度、泛化性等方面的不足,将极限梯度提升模型XGBoost引入到波浪爬高预测中,利用1 400多个来自实验室和现场观测的海滩波浪爬高数据,通过贝叶斯优化进行超参数调整,建立基于XGBoost的海滩波浪爬高预测模型。此外,还将可解释机器学习框架SHAP与XGBoost模型结合,以挖掘波浪爬高预测结果的关键特征。评估结果表明:XGBoost模型的决定系数为0.957,均方根误差为0.384 m,显著优于其他经验公式,整体预测可靠稳定;SHAP分析也表明XGBoost模型的预测趋势符合真实走向,且Iribarren数在海滩波浪爬高预测中起着关键作用。
关键词:机器学习 波浪爬高 极限梯度提升模型 贝叶斯优化 可解释机器学习框架
Abstract:Beach wave run-up prediction is a key technical support for coastal erosion protection, disaster prevention and mitigation. In view of the shortcomings of the existing empirical formulas in terms of accuracy and generalization, the XGBoost model is introduced into wave run-up prediction, and more than 1 400 laboratory and field observations of beach wave run-up are used as a dataset, and hyperparameter tuning is carried out by using Bayesian optimization, which in turn establishes an XGBoost-based wave run-up prediction model. The XGBoost model is used to predict beach wave height, and SHAP, an interpretable machine learning framework, is combined with the XGBoost model to explore the key features of the wave height prediction results. The evaluation results show that the R-squared of the XGBoost model is 0.957, and the root-mean-square error is 0.384 m, which is significantly better than other empirical formulas, and the overall prediction is reliable and stable, meanwhile SHAP shows that the XGBoost model predicted trend is in line with the true value direction and Iribarren number plays a key role in beach wave run-up prediction.
Key words:machine learning; wave run-up; XGBoost; bayesian optimization; SHAP
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未来两天海洋环境预报
预计明天,
渤海、黄海有1到1.6米的轻浪到中浪;
东海北部有1.3到2.2米的中浪区;
东海南部有1到1.8米的轻浪到中浪;
台湾海峡有0.5到0.9米的轻浪;
台湾以东洋面、巴士海峡有1到1.5米的轻浪到中浪;
南海有0.5到1.2米的轻浪;
北部湾有1到1.5米的轻浪到中浪。
预计后天,
东海北部将生成新的大浪区,浪高2到2.8米。
5月21~25日西北太平洋海浪数值预报
35个美丽海岛环境预报
预计明天,
钓鱼岛附近海域有1.3米的中浪,较适宜乘船出行和海岛游玩;
我国其他主要美丽海岛附近海域都是轻浪,海况不错,非常适宜乘船出行和海岛游玩。
35个美丽海岛是指以下海岛:
觉华岛、长山群岛、菩提岛、长岛、刘公岛、灵山岛、秦山岛、连岛、崇明岛、嵊泗列岛、岱山岛、东极岛、普陀山、大陈岛、玉环岛、洞头岛、南麂岛、嵛山岛、三都岛、平潭岛、湄洲岛、东山岛、钓鱼岛、南澳岛、万山群岛、川山群岛、海陵岛、南三岛、东海岛、涠洲岛、分界洲岛、蜈支洲岛、永兴岛、黄岩岛、永暑礁。
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来源:国家海洋预报台