Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis ...

94 Anwendung: Das Talsperrensystem Weida-Zeulenroda
3.6 Optimierung mit dem HydroNet
Nachdem gezeigt werden konnte, dass die Abbildung der Stickstoffausträge sowie der Stickstofftransport
über laterale und vertikale Transportpfade erfolgreich nachgebildet werden kann, sollte auf das
beschriebene HydroNet das BP ∗ -Verfahren angewandt werden. Hierbei wurde zunächst eine Reduktion
des N-Austrags und eine anschließende Validierung der Ergebnisse vorgenommen. Darüber hinaus
sollte das Optimierungsverfahren herkömmlichen Ansätzen gegenübergestellt werden. Abschließend
wurde das Verfahren, welches zunächst nur im Einzugsgebiet des Pegels Läwitz Anwendung fand,
auf das Gesamtgebiet übertragen.
3.6.1 Optimierung des Stickstoffaustrags
Zunächst sollte überprüft werden, wie weit sich der vom HydroNet ermittelte N-Gesamtaustrag reduzieren
lässt. Das Ziel dieser Reduktion war die Lösung des in Kapitel 2 thematisierten Stickstoffkonfigurationsproblems
NCP A . Zu diesem Zweck wurde der BP ∗ A
-Algorithmus verwendet (vgl. S 56).
Dabei wurden als Lernparameter der maximal zulässige N-Gesamtaustrag zE
max in den Vorfluter, die
Lernrate σ, das Moment β, die Mindestdifferenz ω zwischen den Netzwerkausgaben zweier aufeinanderfolgender
Lernschritte sowie die maximal zulässige Abweichung ɛ der Netzwerkausgabe vom
zulässigen N-Austrag wie folgt spezifiziert:
z max
E = 0
σ = 10 −7
β = 0, 9
ω = 1
ɛ = 100.
Vor dem Start des BP ∗ A -Algorithmus wurden die Düngekantengewichte mit dem Vektor nopt initialisiert.
Die Düngekantengewichte aller inneren Neuronen entsprachen somit den N-Einträgen, die für
die Bewirtschaftung der jeweils repräsentierten räumlichen Einheit optimal waren. Die Einzelwerte
von n opt entsprachen dabei den durchschnittlichen N-Einträgen der Ist-Szenarien aus den Jahren
1996–2000.
Die Auswahl der Werte für die Lernparameter basierte auf Erfahrungen aus einer Reihe von Tests.
Grundlage für σ und β waren in der Literatur empfohlene Werte (Gallant 1993, Nauck u. a. 1996).
Gegenüber der auf Seite 55 formulierten zweiten Haltebedingung des BP ∗ -Verfahrens erfolgte aus
Gründen der Robustheit eine geringfügige Modifikation. Zur Berechnung der aktuellen Schrittweite
wurde hier nicht die Differenz der Aktivierung a uout des Ausgabeneurons zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Iterationsschritten herangezogen. Stattdessen wurde hier der gleitende Mittelwert ∆a n u out