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基于WOA-WNN-LSTM算法的红外CO痕量气体压力补偿与时序浓度分析
1
作者
田富超
张海龙
+3 位作者
苏嘉豪
梁运涛
王琳
王泽文
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第4期994-1007,共14页
红外光谱分析是工业环境气体定量分析的重要手段,当前红外气体检测仪的测量精度受环境压力变化影响较大,导致检测数据在不同压力条件下偏离实际气体浓度。为提高红外气体传感器的精度,选择了鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,...
红外光谱分析是工业环境气体定量分析的重要手段,当前红外气体检测仪的测量精度受环境压力变化影响较大,导致检测数据在不同压力条件下偏离实际气体浓度。为提高红外气体传感器的精度,选择了鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)和小波神经网络(wavelet neural network,WNN)相结合的压力补偿算法,并结合长短期记忆法(long short-term memory,LSTM)对补偿后的数据进行预测。通过搭建工业环境气体压力补偿实验平台,使用高精度配气仪配置100~900 ppm标准CO气体,在80~120 kPa范围内进行数百组重复实验,发现CO气体传感器在负压条件下测量值小于标气浓度,正压条件下测量值大于标气浓度,并随压力变化呈线性关系,绝对误差最高为86 ppm。将传感器数据使用小波神经网络进行误差降低,初步补偿后的CO误差降至26 ppm,但由于参数可移植性较差,个别数据误差较大。进一步使用鲸鱼优化算法优化小波神经网络的参数后,补偿效果显著提升,传感器测量值与真值之差保持在0.004%以内且数据稳定。最终结合LSTM进行气体浓度预测,预测值与实际值之间的均方根误差(RMSE)均小于0.1,平均绝对误差(MAE)均小于0.020,实验结果表明,WOA-WNN-LSTM算法能够有效提高红外气体传感器的测量精度,成功消除环境压力对测量结果的影响,为工业环境气体检测提供了更为可靠和精准的解决方案。
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关键词
红外光谱分析
环境压力补偿
鲸鱼优化算法
小波神经网络
时序浓度预测
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职称材料
基于IAPSO-Holt-TCN的时序瓦斯浓度预测模型
被引量:
2
2
作者
温廷新
陈思宇
《中国安全生产科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第7期57-62,共6页
为了提升时序瓦斯浓度预测精度,提出1种基于特征组合(FCIH)-时间卷积网络(TCN)的预测模型。首先,基于粒子群(PSO)算法重构惯性权重和加速因子,设计自适应粒子群(IAPSO)寻优算法;然后,利用IAPSO优化霍尔特指数平滑(Holt)相关超参数,应用H...
为了提升时序瓦斯浓度预测精度,提出1种基于特征组合(FCIH)-时间卷积网络(TCN)的预测模型。首先,基于粒子群(PSO)算法重构惯性权重和加速因子,设计自适应粒子群(IAPSO)寻优算法;然后,利用IAPSO优化霍尔特指数平滑(Holt)相关超参数,应用Holt生成时序瓦斯浓度的水平、趋势分量,并与时序瓦斯浓度历史数据构成特征组合,以此获取具有高度预测性的特征;接着,基于构建的特征组合,搭建FCIH-TCN时序瓦斯浓度预测框架;最后,采用多个模型进行对比实验。研究结果表明:使用IAPSO后,Holt预测模型的平均绝对误差下降0.019;FCIH作为模型输入有效提高LSTM、GRU及TCN模型的预测精度;FCIH-TCN的RMSE为0.05,MAE为0.035,其预测精度优于其他对比模型。研究结果可为矿井瓦斯灾害防治提供参考。
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关键词
时序
瓦斯
浓度
预测
特征组合
自适应粒子群
霍尔特指数平滑(Holt)
时间卷积网络(TCN)
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职称材料
题名
基于WOA-WNN-LSTM算法的红外CO痕量气体压力补偿与时序浓度分析
1
作者
田富超
张海龙
苏嘉豪
梁运涛
王琳
王泽文
机构
煤炭科学研究总院研究生院
中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室
中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院安全工程与工程系
出处
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第4期994-1007,共14页
基金
国家自然科学基金项目(52174229,52174230)
辽宁省自然科学基金项目(2022-KF-23-03,2023-MS-355)资助。
文摘
红外光谱分析是工业环境气体定量分析的重要手段,当前红外气体检测仪的测量精度受环境压力变化影响较大,导致检测数据在不同压力条件下偏离实际气体浓度。为提高红外气体传感器的精度,选择了鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)和小波神经网络(wavelet neural network,WNN)相结合的压力补偿算法,并结合长短期记忆法(long short-term memory,LSTM)对补偿后的数据进行预测。通过搭建工业环境气体压力补偿实验平台,使用高精度配气仪配置100~900 ppm标准CO气体,在80~120 kPa范围内进行数百组重复实验,发现CO气体传感器在负压条件下测量值小于标气浓度,正压条件下测量值大于标气浓度,并随压力变化呈线性关系,绝对误差最高为86 ppm。将传感器数据使用小波神经网络进行误差降低,初步补偿后的CO误差降至26 ppm,但由于参数可移植性较差,个别数据误差较大。进一步使用鲸鱼优化算法优化小波神经网络的参数后,补偿效果显著提升,传感器测量值与真值之差保持在0.004%以内且数据稳定。最终结合LSTM进行气体浓度预测,预测值与实际值之间的均方根误差(RMSE)均小于0.1,平均绝对误差(MAE)均小于0.020,实验结果表明,WOA-WNN-LSTM算法能够有效提高红外气体传感器的测量精度,成功消除环境压力对测量结果的影响,为工业环境气体检测提供了更为可靠和精准的解决方案。
关键词
红外光谱分析
环境压力补偿
鲸鱼优化算法
小波神经网络
时序浓度预测
Keywords
Infrared spectral analysis
Environmental stress compensation
Whale optimization algorithm
Wavelet neural networks
Time-series concentration prediction
分类号
O657.3 [理学—分析化学]
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职称材料
题名
基于IAPSO-Holt-TCN的时序瓦斯浓度预测模型
被引量:
2
2
作者
温廷新
陈思宇
机构
辽宁工程技术大学工商管理学院
出处
《中国安全生产科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第7期57-62,共6页
基金
国家自然科学基金项目(71771111)
辽宁省社会科学规划基金项目(L14BTJ004)。
文摘
为了提升时序瓦斯浓度预测精度,提出1种基于特征组合(FCIH)-时间卷积网络(TCN)的预测模型。首先,基于粒子群(PSO)算法重构惯性权重和加速因子,设计自适应粒子群(IAPSO)寻优算法;然后,利用IAPSO优化霍尔特指数平滑(Holt)相关超参数,应用Holt生成时序瓦斯浓度的水平、趋势分量,并与时序瓦斯浓度历史数据构成特征组合,以此获取具有高度预测性的特征;接着,基于构建的特征组合,搭建FCIH-TCN时序瓦斯浓度预测框架;最后,采用多个模型进行对比实验。研究结果表明:使用IAPSO后,Holt预测模型的平均绝对误差下降0.019;FCIH作为模型输入有效提高LSTM、GRU及TCN模型的预测精度;FCIH-TCN的RMSE为0.05,MAE为0.035,其预测精度优于其他对比模型。研究结果可为矿井瓦斯灾害防治提供参考。
关键词
时序
瓦斯
浓度
预测
特征组合
自适应粒子群
霍尔特指数平滑(Holt)
时间卷积网络(TCN)
Keywords
time series gas concentration prediction
feature combination
adaptive particle swarm
holt exponential smoothing(Holt)
temporal convolutional network(TCN)
分类号
X936 [环境科学与工程—安全科学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于WOA-WNN-LSTM算法的红外CO痕量气体压力补偿与时序浓度分析
田富超
张海龙
苏嘉豪
梁运涛
王琳
王泽文
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025
0
在线阅读
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职称材料
2
基于IAPSO-Holt-TCN的时序瓦斯浓度预测模型
温廷新
陈思宇
《中国安全生产科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2023
2
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职称材料
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