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基于FEDformer-LGBM-AT架构的采煤工作面上隅角瓦斯浓度预测 被引量:1
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作者 梁运培 李赏 +4 位作者 李全贵 郭亚博 孙万杰 郑梦浩 王程成 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期360-378,共19页
在煤矿智能化升级的大环境下,从海量的工作面监测数据中挖掘高质量的信息来构建科学的模型从而提高预测时长和精度是防范上隅角瓦斯浓度超限的关键。然而,上隅角瓦斯浓度影响因素众多,海量数据利用匮乏,瓦斯浓度预测精度高但时长较短,仅... 在煤矿智能化升级的大环境下,从海量的工作面监测数据中挖掘高质量的信息来构建科学的模型从而提高预测时长和精度是防范上隅角瓦斯浓度超限的关键。然而,上隅角瓦斯浓度影响因素众多,海量数据利用匮乏,瓦斯浓度预测精度高但时长较短,仅为0~30 min,而中长时30~60 min预测精度低、泛化能力差。为了解决这个问题,以山西某矿回采工作面为研究对象,对该工作面的煤层瓦斯含量进行动态提取,组建煤层瓦斯含量、瓦斯浓度、采煤机、风速的特征集合,并对该特征集合进行预处理,通过相关性分析对不同特征进行筛选,进一步构造相关特征的短时趋势、长时趋势、周期趋势以及拼接特征,首先构建基于频率增强分解Transformer(FEDformer)的瓦斯浓度预测层,构建基于轻量梯度增强机(LGBM)的残差修正层,然后引入自适应阈值(AT)技术构建阈值感知层,最终组成3层瓦斯超限预测模型架构,对未来60 min内上隅角瓦斯浓度进行预测,并通过召回率(TPR),误报率(FPR),平均绝对误差(MAE)以及平均绝对百分误差(MAPE)对预测性能进行考察。结果表明:所构建的基于FEDformer-LGBM-AT架构的上隅角瓦斯浓度预测模型的短时TPR为0.956,FPR为0.035,MAE为0.033,MAPE为0.183;长时预测的TPR为0.940,FPR为0.035,MAE为0.047,MAPE为0.262;与传统的灰色模型(GM)、支持向量机(SVM)、反向传播(BP)、门控循环单元(GRU)、粒子群优化的长短期记忆(PSOLSTM)、Transformer等模型的长时预测能力相比,FEDformer-LGBM-AT架构模型具有更好的长时预测精度和泛化能力,自适应阈值感知使得模型对高值瓦斯浓度敏感。该架构模型弥补短期预测局限性和泛化性,支撑现场瓦斯超限防治措施,可为回采工作面瓦斯浓度智能预测提供一定的借鉴和参考。 展开更多
关键词 瓦斯浓度 深度学习 特征构造 自适应阈值 长时预测
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多因素土壤墒情预测模型DA-LSTM-soil构建 被引量:1
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作者 车银超 郑光 +3 位作者 熊淑萍 张明天 马新明 席磊 《河南农业大学学报》 北大核心 2025年第4期698-710,共13页
【目的】针对土壤墒情预测时特征因素复杂、预测精度不佳的问题,构建多因素土壤墒情预测模型DA-LSTM-soil,提高土壤墒情预测精度。【方法】以包含10个特征的气象和土壤时序数据作为输入,采用LSTM网络为基本单元,构建Encoder-Decoder网... 【目的】针对土壤墒情预测时特征因素复杂、预测精度不佳的问题,构建多因素土壤墒情预测模型DA-LSTM-soil,提高土壤墒情预测精度。【方法】以包含10个特征的气象和土壤时序数据作为输入,采用LSTM网络为基本单元,构建Encoder-Decoder网络结构,分别引入特征和时间两个注意力模块。利用河南省许昌市2020—2021年冬小麦生长过程中物联网监测站的气象、土壤数据集,对DA-LSTM-soil模型进行训练和测试。同时,利用DA-LSTM-soil模型对河南省4个不同土壤类型的小麦种植区的数据集进行预测。【结果】对比试验表明,相较于LSTM、CNN-LSTM、CNN-LSTM-attention、LSTM-attention等深度学习模型,DA-LSTM-soil模型在S_(RME)、S_(ME)、A_(ME)、R^(2)评价指标更优,分别达到0.1764、0.0311、0.0466、0.9938。消融试验显示,时间注意力对模型性能的提升高于特征注意力。对时间步的试验显示,用过往3000 min的数据进行预测时,模型性能最佳;模型精度随着预测时长的增加有所下降,然而在5000 min内,决定系数R2仍保持在0.7以上。【结论】利用注意力机制,DA-LSTMsoil模型在Encoder前计算不同气象和土壤因素对墒情影响的权重,在Decoder前计算数据的时序对墒情预测的权重,双阶段注意力机制在特征提取和权重分配方面的作用显著,使模型具有更好的预测性能和泛化能力,可以为田块尺度麦田土壤墒情预测提供技术依据。 展开更多
关键词 麦田 土壤墒情预测 时序数据 长短期记忆网络 注意力机制
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基于SSA-LSTM-Attention的日光温室环境预测模型 被引量:1
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作者 孟繁佳 许瑞峰 +3 位作者 赵维娟 宋文臻 高艺璇 李莉 《农业工程学报》 北大核心 2025年第11期256-263,共8页
建立准确的温室环境预测模型有助于精准调控温室环境促进作物的生长发育,针对温室小气候具有时序性、非线性和强耦合等特点,该研究提出了一种基于SSA-LSTM-Attention(sparrow search algorithm-long short-term memoryattention mechani... 建立准确的温室环境预测模型有助于精准调控温室环境促进作物的生长发育,针对温室小气候具有时序性、非线性和强耦合等特点,该研究提出了一种基于SSA-LSTM-Attention(sparrow search algorithm-long short-term memoryattention mechanism)的日光温室环境预测模型。首先,通过温室物联网数据采集系统获取温室内外环境数据;其次,使用皮尔逊相关性分析法筛选出强相关性因子;最后,构建环境特征时间序列矩阵输入模型进行温室环境预测。对日光温室的室内温度、室内湿度、光照强度和土壤湿度4种环境因子的预测,SSA-LSTM-Attention模型的平均拟合指数达到了97.9%。相较于反向传播神经网络(back propagation neural network,BP)、门控循环单元(gate recurrent unit,GRU)、长短期记忆神经网络(long short term memory,LSTM)和LSTM-Attention(long short-term memory-attention mechanism)模型,分别提高8.1、4.1、3.5、3.0个百分点;平均绝对百分比误差为2.6%,分别降低6.5、3.2、2.8、2.5个百分点。试验结果表明,通过利用SSA自动优化LSTM-Attention模型的超参数,提高了模型预测精度,为日光温室环境超前调控提供了有效的数据支持。 展开更多
关键词 日光温室 麻雀搜索算法 长短期记忆网络 注意力机制 环境预测模型
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基于ARIMA-LSTM的矿区地表沉降预测方法 被引量:4
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作者 王磊 马驰骋 +1 位作者 齐俊艳 袁瑞甫 《计算机工程》 北大核心 2025年第1期98-105,共8页
煤矿开采安全问题尤其是采空区地表沉降现象会对人员安全及工程安全造成威胁,研究合适的矿区地表沉降预测方法具有很大意义。矿区地表沉降影响因素复杂,单一的深度学习模型对矿区地表沉降数据拟合效果差且现有的地表沉降预测研究多是单... 煤矿开采安全问题尤其是采空区地表沉降现象会对人员安全及工程安全造成威胁,研究合适的矿区地表沉降预测方法具有很大意义。矿区地表沉降影响因素复杂,单一的深度学习模型对矿区地表沉降数据拟合效果差且现有的地表沉降预测研究多是单独进行概率预测或考虑时序特性进行点预测,难以在考虑数据的时序特征的同时对其随机性进行定量描述。针对此问题,在对数据本身性质进行观察分析后选择差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型进行时序特征的概率预测,结合长短时记忆(LSTM)网络模型来学习复杂的且具有长期依赖性的非线性时序特征。提出基于ARIMA-LSTM的地表沉降预测模型,利用ARIMA模型对数据的时序线性部分进行预测,并将ARIMA模型预测的残差数据辅助LSTM模型训练,在考虑时序特征的同时对数据的随机性进行描述。研究结果表明,相较于单独采用ARIMA或LSTM模型,该方法具有更高的预测精度(MSE为0.262 87,MAE为0.408 15,RMSE为0.512 71)。进一步的对比结果显示,预测结果与雷达卫星影像数据(经SBAS-INSAR处理后)趋势一致,证实了该方法的有效性。 展开更多
关键词 煤矿采空区 地表沉降预测 时序概率预测 差分整合移动平均自回归 长短时记忆网络
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基于HDNNF-CAF的短时交通流预测研究 被引量:1
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作者 王庆荣 慕壮壮 +1 位作者 朱昌锋 何润田 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第15期318-328,共11页
短时交通流预测在智能交通系统中扮演重要的角色。针对交通流复杂多变的时空特征、非平稳性及外部因素引发的数据异常,提出考虑异常因素的混合深度神经网络预测模型(hybrid deep neural network forecasting model considering anomalou... 短时交通流预测在智能交通系统中扮演重要的角色。针对交通流复杂多变的时空特征、非平稳性及外部因素引发的数据异常,提出考虑异常因素的混合深度神经网络预测模型(hybrid deep neural network forecasting model considering anomalous factors,HDNNF-CAF)。该模型将邻接矩阵、交通流量矩阵及交通流其他参数矩阵结合异常数据处理理论,进行数据预处理和异常数据识别。建立异常数据时空特征提取理论,捕获异常数据时空信息;利用变分模态分解(VMD)降低交通流数据非平稳性,并提出图卷积网络(GCN)优化Informer理论分别对各个子序列进行特征提取,以组合生成交通流时空信息。最终结合异常数据与交通流数据的时空信息生成预测结果。在真实数据集PeMS04上进行验证,实验结果表明,HDNNF-CAF能够有效识别交通流异常数据,提高预测精度,优于一些现有方法。 展开更多
关键词 短时交通流 预测 深度学习 图卷积网络 时空信息
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基于短期充电数据和增强鲸鱼优化算法的锂离子电池容量预测 被引量:1
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作者 陈峥 彭月 +3 位作者 胡竞元 申江卫 肖仁鑫 夏雪磊 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第1期319-330,共12页
为解决采用数据驱动的方法对锂离子电池容量进行预测时,难以获取完整充电数据、数据采样精度低和特征因子提取质量不佳等问题,本工作提出了一种基于短期充电数据和增强鲸鱼优化算法的锂离子电池容量预测方法。首先,为提升数据精度,利用... 为解决采用数据驱动的方法对锂离子电池容量进行预测时,难以获取完整充电数据、数据采样精度低和特征因子提取质量不佳等问题,本工作提出了一种基于短期充电数据和增强鲸鱼优化算法的锂离子电池容量预测方法。首先,为提升数据精度,利用三次样条插值对充电数据进行补充。其次,通过挖掘充电电压曲线与容量衰退之间的规律,确定特征因子为某充电时间区间的电压增量,并利用增强鲸鱼算法,从短期充电数据中实现了老化特征的有效提取。随后,构建了高斯过程回归容量预测模型,在确定训练数据量后,对比了不同算法的预测结果,验证了所构建模型的有效性。最后,将该方法在不同电池上进行测试,验证了预测精度和泛化能力。结果表明:对于实验室数据集,将前15%老化特征作为训练集时,可将该类电池最大误差控制在2.49%以内,且97%的预测误差控制在1.5%内;对于公开数据集,仅12组训练数据就能将该类电池最大误差控制在1%以内,实现了利用低精度和短期充电数据对电池容量的准确预测。 展开更多
关键词 锂离子电池 短期充电数据 容量预测 增强鲸鱼优化算法 高斯过程回归
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基于时间卷积和长短期记忆网络的短期云资源预测模型 被引量:1
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作者 陈基漓 李海军 谢晓兰 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第7期2856-2864,共9页
随着容器云技术的不断深入发展,通过预测分析云资源请求的整体趋势及高峰期,对于容器云资源的高效利用和合理分配具有重要意义。利用深度学习技术进行负载预测已经成为解决容器云资源利用率不平衡的关键技术。针对目前负载预测的单一模... 随着容器云技术的不断深入发展,通过预测分析云资源请求的整体趋势及高峰期,对于容器云资源的高效利用和合理分配具有重要意义。利用深度学习技术进行负载预测已经成为解决容器云资源利用率不平衡的关键技术。针对目前负载预测的单一模型和组合模型所存在的预测精度低以及捕获序列特征不充分问题,提出基于时间卷积和长短期记忆网络(temporal convolutional network-long short-term memory, TCN-LSTM)的短期云资源组合预测模型,组合模型中的空洞卷积在不减少特征尺寸的情况下增加感受野获取更长久的时间序列特征,其中残差网络可以跨层传递信息以加快网络的收敛,所获取的时间序列特征可有效提高LSTM的预测精度。利用阿里巴巴公开数据集的进行预测,实验表明所提出的模型与单一的预测模型以及其他组合模型进行对比分析,误差指标-平均绝对误差(mean absolute error, MAE)降低8%~13.7%,均方根误差(root mean squared error, RMSE)降低9.8%~13.1%,证明所提模型的有效性。 展开更多
关键词 容器云 云资源预测 时间卷积网络(TCN) 长短期记忆网络(LSTM)
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基于改进长短期记忆网络模型的水库库区水温模拟 被引量:1
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作者 郑铁刚 吴茂喜 +3 位作者 张迪 金瑾 林俊强 孙双科 《农业工程学报》 北大核心 2025年第3期144-153,共10页
水温是影响水库水生态系统的“主因子”,了解库区水温分布及预测未来的水温变化对保护水库生态具有重要的意义。针对水库水温结构复杂、实时预测困难的技术问题,该研究通过在传统的长短期记忆网络模型(long short-term memory,LSTM)中... 水温是影响水库水生态系统的“主因子”,了解库区水温分布及预测未来的水温变化对保护水库生态具有重要的意义。针对水库水温结构复杂、实时预测困难的技术问题,该研究通过在传统的长短期记忆网络模型(long short-term memory,LSTM)中嵌入相关分析模块自动筛选模型的特征输入,并优化输出维度,提出了一种改进的LSTM模型,并在溪洛渡水库工程开展了模型应用研究,结果表明:1)改进LSTM模型的均方根误差最大值为0.63,纳什效率系数最小值为0.96,表明模型整体性能较好,能够精准地捕捉数据中的长期依赖关系;2)基于改进LSTM模型的库区水温分布预测值和环境流体动力学模型(environmental fluid dynamics code,EFDC)模拟值随时间的量值分布及变化规律基本一致,两者的库区表层年际误差值为-1.19~1.04℃,中层年际误差值为-1.06~1.68℃,底层年际误差值为-1.28~1.07℃,年际水温最大相对误差为8.3%;3)相较于EFDC模型多天的模拟时长,改进模型的计算时间缩短至几百秒,计算效率大幅提升,实现了水温分布的快速、实时精准预测。该研究通过改进LSTM模型,实现了深水水库垂向水温的高效预测,研究结果可为分层取水设施的优化调控提供技术支撑。 展开更多
关键词 水温 模拟 改进的长短期网络记忆模型 水温分布 相关性分析 水温预测 人工智能学习
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基于数据驱动和机理模型的机械钻速预测 被引量:1
9
作者 郑双进 江厚顺 +4 位作者 熊梦园 孟胡 詹炜 程荣升 王立辉 《钻采工艺》 北大核心 2025年第1期78-87,共10页
为准确预测复杂工况下的机械钻速,提出了一种基于数据驱动和机理模型的机械钻速预测方法。首先对收集的8000余条钻井数据进行斯皮尔曼和曼特尔特性分析,筛选出有效施工参数,采用变分模态分解算法(VMD)进行数据降噪,然后构建时序卷积网... 为准确预测复杂工况下的机械钻速,提出了一种基于数据驱动和机理模型的机械钻速预测方法。首先对收集的8000余条钻井数据进行斯皮尔曼和曼特尔特性分析,筛选出有效施工参数,采用变分模态分解算法(VMD)进行数据降噪,然后构建时序卷积网络结合长短期记忆网络(TCN-LSTM)作为数据驱动模型,并融合多元钻速预测机理模型,通过物理约束增强数据驱动模型的准确性与可解释性,实验表明融合模型比单一数据驱动模型或机理模型预测精度更高。随后,为进一步提升模型性能,采用了改进的蜣螂优化算法(IDBO)对TCN-LSTM模型进行优化,通过改进种群初始化和更新策略,实现了参数的高效搜索。消融实验及现场应用结果表明,对比BP、RF、LSTM、TCN模型,TCN-LSTM-IDBO模型可以实现机械钻速的精确预测,并且具有较好的泛化能力,可为钻井施工人员提供有力参考。 展开更多
关键词 机械钻速预测 时序卷积网络 长短期记忆网络 变分模态分解 蜣螂优化算法 数据分析
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基于超参数优化和误差修正的STAGN超短期风电功率预测 被引量:1
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作者 潘超 王超 +1 位作者 孙惠 孟涛 《电力系统保护与控制》 北大核心 2025年第8期117-129,共13页
针对风电功率预测模型的数据关联性与误差修正适应性问题,提出基于超参数优化和误差修正单元切换的超短期风电功率预测方法。首先,构建时空注意力门控网络预测模型,利用改进开普勒算法进行超参数优化。然后,考虑风电场数据与预测误差之... 针对风电功率预测模型的数据关联性与误差修正适应性问题,提出基于超参数优化和误差修正单元切换的超短期风电功率预测方法。首先,构建时空注意力门控网络预测模型,利用改进开普勒算法进行超参数优化。然后,考虑风电场数据与预测误差之间的非线性关联,构建误差修正自适应单元。同时挖掘风速时序变化特征,构建深度学习单元。在此基础上,提出基于风速矩阵梯度的误差修正单元切换策略。最后,将模型应用于实际风场的功率预测并与其他模型对比分析。结果表明,所提方法在预测精度上优于其他方法,且在风速复杂多变的风场仍具有较高预测精度,验证了所提方法的准确性和适用性。 展开更多
关键词 超短期风电功率预测 改进开普勒算法 误差修正 风速矩阵梯度
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基于多空间维度联合方法改进的BiLSTM出水氨氮预测方法 被引量:2
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作者 王雷 张煜 +3 位作者 赵艺琨 刘明勇 刘子航 李杰 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第2期17-24,共8页
出水氨氮作为衡量污水处理厂水质处理工艺的重要指标之一,准确预测污水处理厂出水水质中的氨氮含量对于及时调整处理工艺,保障水环境安全有着重要的作用。提出了一种基于联合多空间维度(Multi-spatial Dimensional Cooperative Attenti... 出水氨氮作为衡量污水处理厂水质处理工艺的重要指标之一,准确预测污水处理厂出水水质中的氨氮含量对于及时调整处理工艺,保障水环境安全有着重要的作用。提出了一种基于联合多空间维度(Multi-spatial Dimensional Cooperative Attention)改进的双向长短期记忆网络(Bi-directional Long Short-Term Memory,BiLSTM)的水质预测模型,首先通过皮尔逊(Pearson)系数法筛选出与出水氨氮相关性较强的总氮、污泥沉降比和温度3个指标作为模型输入,联合3个维度的强相关信息对未来6 h的出水氨氮进行预测。结果表明,MDCA-BiLSTM模型在融合残差序列后对出水氨氮的预测准确率R2为0.979,并在太平污水处理厂和文昌污水处理厂两个站点收集到的数据集上总氮、总磷和溶解氧的均方根误差分别为0.002、0.003、0.001和0.004、0.003、0.002;预测精度分别为0.959、0.947、0.971和0.962、0.951、0.983;与BiLSTM相比,均方根误差分别降低了0.007、0.007、0.007和0.017、0.006、0.005;预测精度分别提高了0.176、0.183、0.258和0.098、0.109、0.11。同时,该模型在面对未来6、12和24 h的预测步长时,仍能够达到0.956、0.933和0.917的预测精度,说明改进后的模型在预测准确性和鲁棒性方面表现出显著优势。该方法能够有效提高污水处理厂出水氨氮的及其他指标的预测准确性,可作为水资源循环和管理决策的一种有效参考手段,具有较强的实际应用价值。 展开更多
关键词 水质参数 时序预测 时序卷积网络 双向长短期记忆循环神经网络 注意力机制
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深度时空混合图卷积的城市交通预测模型 被引量:1
12
作者 郭海锋 许宏伟 周子盛 《小型微型计算机系统》 北大核心 2025年第1期97-103,共7页
由于交通网络复杂的时空相关性和交通数据的非线性,给交通预测带来了很大的挑战.现有的方法主要关注路网的时空特征,分别对时间相关性和空间相关性进行建模来模拟时空依赖关系.随着城市道路网络的进一步扩大,导致模型对路网空间特征的... 由于交通网络复杂的时空相关性和交通数据的非线性,给交通预测带来了很大的挑战.现有的方法主要关注路网的时空特征,分别对时间相关性和空间相关性进行建模来模拟时空依赖关系.随着城市道路网络的进一步扩大,导致模型对路网空间特征的挖掘能力不足.此外,交通运行状态受到外部环境因素的干扰,交通流在路段传递效应的影响下会出现较大波动.为解决上述问题,提出深度时空混合图卷积模型,利用图卷积网络和图注意力网络的残差连接分别汇聚路网全局和局部信息,扩展图卷积的感受野范围,从而增强路网空间特征的提取能力.受Transformer在长序列预测上的启发,同时为减少计算复杂度,通过引入Informer模型来处理路网数据潜在的时间依赖性,实现对交通流参数的长期预测能力,并对城市天气和POI(医院,学校,商场)等外部因素进行编码来增强路网信息的属性.为验证所提出模型的性能,在真实数据集上开展实验,对模型进行准确性和可行性分析.实验结果表明,深度时空混合图卷积模型预测精度最高达到75.1%,较Transformer和Informer分别提升了2.5%和2.3%,在不同预测范围下都超过了其他基线模型,具有长期的交通预测能力. 展开更多
关键词 交通预测 时空依赖 道路网络 图神经网络 长期预测
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基于ASFF-AAKR和CNN-BILSTM滚动轴承寿命预测 被引量:1
13
作者 张永超 刘嵩寿 +2 位作者 陈昱锡 杨海昆 陈庆光 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第2期567-573,共7页
针对滚动轴承寿命预测精度低,构建健康指标困难的问题。提出了一种基于自适应特征融合(adaptively spatial feature fusion,ASFF)和自联想核回归模型(auto associative kernel regression,AAKR)与卷积神经网络(convolutional neural net... 针对滚动轴承寿命预测精度低,构建健康指标困难的问题。提出了一种基于自适应特征融合(adaptively spatial feature fusion,ASFF)和自联想核回归模型(auto associative kernel regression,AAKR)与卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和双向长短期记忆网络(bi-directional long-short term memory,BILSTM)的轴承剩余寿命预测模型。首先,在时域、频域和时频域提取多维特征,利用单调性和趋势性筛选敏感特征;其次利用ASFF-AAKR对敏感特征进行特征融合构建健康指标;最后,将健康指标输入到CNN和BILSTM中,实现对滚动轴承的寿命预测。结果表明:所构建的寿命预测模型优于其他模型,该方法具有更低的误差、寿命预测精度更高。 展开更多
关键词 滚动轴承 自适应特征融合 自联想核回归 卷积神经网络 双向长短期记忆网络 剩余寿命预测
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基于机器学习的酸性气藏地下储气库硫化氢含量预测方法 被引量:1
14
作者 冯国庆 杜勤锟 +3 位作者 周道勇 蔡家兰 程希 莫海帅 《天然气工业》 北大核心 2025年第2期159-169,共11页
地下储气库(以下简称储气库)中含有硫化氢等有害气体,不仅影响储气库的安全运行,还直接对环境造成严重污染,准确预测储气库采出气组分中H2S的含量具有重要意义。目前,常采用油藏数值模拟的组分模型来预测H2S含量,但其计算过程复杂且耗... 地下储气库(以下简称储气库)中含有硫化氢等有害气体,不仅影响储气库的安全运行,还直接对环境造成严重污染,准确预测储气库采出气组分中H2S的含量具有重要意义。目前,常采用油藏数值模拟的组分模型来预测H2S含量,但其计算过程复杂且耗时较长,不能方便快捷地用于储气库单井H2S的含量预测。为此,以HCX储气库为研究对象,在建立储气库的机理模型并开展数值模拟的基础上,以机理模型计算的储气库多周期H2S预测结果为样本集,应用多输出支持向量回归(MSVR)、长短期记忆网络(LSTM)、人工神经网络(ANN)3种机器学习算法建立了硫化氢含量的智能代理模型,并对3种模型预测精度进行对比分析。研究结果表明:①长短期记忆网络模型具有适中的训练时间、较好的预测精度,可将该模型作为HCX储气库的H2S预测智能代理模型;②进一步对LSTM模型的训练数据和过渡拟合问题进行优化,确定最佳训练数集1500组,最佳丢弃率为0.2,隐含层设置范围可控制在层数1~2层,节点数30~60个;③经HCX储气库的实例应用表明,建立的LSTM智能代理模型能够准确预测储气库采出气中H2S的含量。结论认为,经过优化的LSTM算法智能代理模型具有较好的外推性,该研究成果可为含H2S储气库的建设和安全高效运行提供技术支持。 展开更多
关键词 含硫储气库 数值模拟 组分模拟 硫化氢含量预测 机器学习 长短期记忆网络模型 机器学习模型优化
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双向数据扩充和LSTNet的户用光伏发电预测 被引量:1
15
作者 王媛媛 尹有鹏 +3 位作者 籍宏震 张立志 曹成军 叶宇轩 《可再生能源》 北大核心 2025年第1期45-53,共9页
整县光伏政策促使小容量屋顶光伏急剧增长,实现屋顶分布式光伏超短期发电功率的准确预测是分析海量细粒户用光伏电站对电力系统影响的前提。然而,屋顶分布式光伏在原有波动性的基础上存在小容量、分散式、离线式经营的特点,同时缺乏准... 整县光伏政策促使小容量屋顶光伏急剧增长,实现屋顶分布式光伏超短期发电功率的准确预测是分析海量细粒户用光伏电站对电力系统影响的前提。然而,屋顶分布式光伏在原有波动性的基础上存在小容量、分散式、离线式经营的特点,同时缺乏准确的气象数据,使得光伏功率预测异常复杂。为此,文章在有限数据下纵向地从光伏系统历史功率数据中搜索相似样本,横向地收集相邻分布式光伏发电用户功率数据,实现双向数据扩充,在一定程度上克服了光伏发电预测对于一些关键输入特征的依赖;在此基础上借助LSTNet(Long-and Short-term Time-series Network)神经网络的短期局部特征捕捉、长期时序信息强化、周期线性成分提取功能实现光伏功率预测。实验结果表明,在缺乏重要辐照数据的情况下,所提模型仍具有较好的预测精度。 展开更多
关键词 整县光伏 光伏发电 短期功率预测 双向数据扩充 神经网络
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基于机器学习的极端风场短时预测研究进展与思考
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作者 陶天友 邓鹏 +1 位作者 王浩 范延盛 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第5期78-91,共14页
近年来,极端风场短时预测因其对工程安全的重要性,已成为国际风工程领域的研究热点与学术前沿。在极端风场来临前,精准预测原位风速对于工程结构安全预警与应急防护具有重要意义。传统数值天气预报方法是极端风场预测的有效手段,但由于... 近年来,极端风场短时预测因其对工程安全的重要性,已成为国际风工程领域的研究热点与学术前沿。在极端风场来临前,精准预测原位风速对于工程结构安全预警与应急防护具有重要意义。传统数值天气预报方法是极端风场预测的有效手段,但由于其空间分辨率不足、计算资源消耗大,难以实现工程结构原位风速的实时预测。随着人工智能技术的快速发展,机器学习为解决上述难题提供了新思路,在极端风场短时预测中的应用日趋广泛,且展露出广阔的应用前景。据此,本文对基于机器学习的极端风场短时预测研究进展进行了综述。首先,回顾了时间序列模型、机器学习模型和混合模型在风场预测中的应用原理及其特点;其次,从良态强风、台风、雷暴风3种频发强风的角度,分类论述了常采用的极端风场短时预测方法,并对其优缺点进行了归纳总结。最后,针对极端风场短时预测的研究现状与挑战,阐述了对该领域未来潜在研究方向的思考。 展开更多
关键词 极端风场 短时预测 机器学习 工程安全 数值天气预报
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融合二次分解的深度学习模型在PM_(2.5)浓度预测中的应用 被引量:2
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作者 江雨燕 黄体臣 +1 位作者 甘如美江 王付宇 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第1期296-309,共14页
针对PM_(2.5)质量浓度时间序列呈非线性难以预测的特征,为了进一步提高PM_(2.5)质量浓度预测精确度,研究通过“分而治之”先分解再预测的思想,提出一种融合二次分解的PM_(2.5)质量浓度混合预测模型(Complete Ensemble Empirical Mode De... 针对PM_(2.5)质量浓度时间序列呈非线性难以预测的特征,为了进一步提高PM_(2.5)质量浓度预测精确度,研究通过“分而治之”先分解再预测的思想,提出一种融合二次分解的PM_(2.5)质量浓度混合预测模型(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise-Variational Mode Decomposition-Temporal Convolutional Network-Bi-directional Long Short-Term Memory,CEEMDAN-VMD-TCN-BiLSTM)。该模型先由递归特征消除(Recursive Feature Elimination,RFE)进行特征筛选,随后使用自适应噪声完备集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)将2013—2016年北京市PM_(2.5)质量浓度序列分解为一系列高低频模态分量并计算各分量样本熵,将样本熵由K-means聚类整合为新的分量,再由变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)方法进行二次分解。最后,将所有分量先经时间卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)进行特征提取,并通过双向长短期记忆网络(Bi-directional Long Short-Term Memory,BiLSTM)预测,叠加各分量预测值即为最终预测结果。消融试验结果显示,该模型相比于单次CEEMDAN分解模型均方根误差E_(MAPE)降低19.312%,绝对误差E_(MAE)降低34.423%,百分比误差E_(MAPE)与希尔不等系数E_(TIC)分别减少40.465百分点和59.794%。由此可见,研究在引入VMD构成二次分解模型相比于单次分解模型的预测误差更小,精度更高,可为决策者在PM_(2.5)质量浓度预测与治理等工作提供一定参考。 展开更多
关键词 环境工程学 PM_(2.5)质量浓度预测 自适应噪声的完备经验模态分解 变分模态分解 时间卷积网络 双向长短期记忆网络
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基于多尺度特征融合和时空注意力LSTM的台风云图预测研究
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作者 程勇 钱坤 +5 位作者 王军 渠海峰 李伟 杨玲 韩晓东 刘敏 《海洋预报》 北大核心 2025年第2期89-98,共10页
现有深度学习方法在预测台风时没有考虑其特征内化损失问题,难以全面捕捉台风结构变化。为此,本文提出一种基于多尺度特征融合的时空注意力长短期记忆网络(MSTA-LSTM)方法。引入特征增强模块加强台风特征信息,通过跳跃连接缓解编解码过... 现有深度学习方法在预测台风时没有考虑其特征内化损失问题,难以全面捕捉台风结构变化。为此,本文提出一种基于多尺度特征融合的时空注意力长短期记忆网络(MSTA-LSTM)方法。引入特征增强模块加强台风特征信息,通过跳跃连接缓解编解码过程中的台风细节特征损失,同时在时空长短期记忆网络(ST-LSTM)单元中利用卷积块注意力模块优化信息传递,最后通过反卷积调整不同尺度的解码输出,融合后输出结果。使用“葵花8号”卫星获取的东亚—东南亚太平洋沿岸地区的台风云图数据集开展验证和消融实验,该数据集包含16个台风过程的训练集和3个台风过程的测试集。与其他网络相比,MSTA-LSTM网络的均方根误差、峰值信噪比和结构相似性指数指标分别为42.76、16.38和0.4817,有效提高了台风云图预测的准确性。 展开更多
关键词 时间序列预测 多尺度特征 时空长短期记忆网络 注意力机制
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基于ECA-TCN的数据中心磁盘故障预测 被引量:1
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作者 张铭泉 王宝兴 《智能系统学报》 北大核心 2025年第2期389-399,共11页
随着数据中心规模的不断扩大,磁盘故障对数据中心的运行稳定性产生越来越大的影响。当前预测方法在面对大规模、高维度和长序列的磁盘运行数据时仍存在不足。本文提出了一种高效通道注意力时间卷积网络(efficient channel attention-tem... 随着数据中心规模的不断扩大,磁盘故障对数据中心的运行稳定性产生越来越大的影响。当前预测方法在面对大规模、高维度和长序列的磁盘运行数据时仍存在不足。本文提出了一种高效通道注意力时间卷积网络(efficient channel attention-temporal convolutional network,ECA-TCN)模型,通过结合传统卷积神经网络一维卷积的优势,融入扩张卷积和残差结构,并引入注意力机制,该模型能够提高磁盘故障预测的准确性和稳定性。在实验中,将ECA-TCN模型与其他经典深度学习方法进行了比较,实验结果表明,ECA-TCN模型在磁盘故障预测任务上具有较高的准确性和稳定性。 展开更多
关键词 磁盘故障预测 长短时记忆网络 循环神经网络 扩张卷积 高效通道注意力机制 神经网络模型 时间序列预测 深度学习优化
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基于Vague软集的海上风电功率区间预测 被引量:1
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作者 田书欣 朱峰 +2 位作者 杨喜军 符杨 苏向敬 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第4期1465-1476,I0019,共13页
海上风电输出功率的精准预测是保障海上风电并网系统调度运行的基础。针对海上风电海洋环境高度复杂、随机时空强烈耦合的特征,提出一种基于Vague软集的海上风电输出功率的新型区间预测方法。首先,引入Vague软集概念,提出融合Vague集真... 海上风电输出功率的精准预测是保障海上风电并网系统调度运行的基础。针对海上风电海洋环境高度复杂、随机时空强烈耦合的特征,提出一种基于Vague软集的海上风电输出功率的新型区间预测方法。首先,引入Vague软集概念,提出融合Vague集真隶属度和伪隶属度函数的交错式海上风电功率区间划分方法,实现风电功率数据Vague软区间化。其次,建立基于Vague-卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)-长短期记忆神经网络(long short-term memory neural network,LSTM)的海上风电功率组合预测模型。通过类Vague软区间转换方法将双隶属度区间概率向量转化为海上风电功率复杂不确定信息下的区间预测结果。然后,从预测准确性、清晰性和兼顾性角度建立预测区间覆盖精度、预测区间宽度和预测综合水平等Vague软区间预测评估指标。最后,以我国东部某海上风电机组实际数据为算例进行验证。结果表明,所提预测模型预测结果可以兼顾预测区间的覆盖精度和清晰度,能够为海上风电不同工况下运行需求提供支撑。 展开更多
关键词 海上风电 Vague-卷积神经网络(CNN)-长短期记忆神经网络(LSTM)模型 Vague软集 软区间转换 区间预测
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