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基于改进深度信念网络的池塘养殖水体氨氮预测模型研究 被引量:14
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作者 陈英义 成艳君 +2 位作者 杨玲 刘烨琦 李道亮 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期195-202,共8页
水体氨氮是影响水产养殖质量和产量的关键参数之一。然而,池塘养殖环境复杂多变,氨氮含量影响因子众多,且各因子之间相互关联并呈现非线性变化,同时,获取的数据存在大量噪声。因此,采用数学方法及传统神经网络很难精准预测氨氮含量,且... 水体氨氮是影响水产养殖质量和产量的关键参数之一。然而,池塘养殖环境复杂多变,氨氮含量影响因子众多,且各因子之间相互关联并呈现非线性变化,同时,获取的数据存在大量噪声。因此,采用数学方法及传统神经网络很难精准预测氨氮含量,且在进行数据训练时存在局部收敛和计算效率差的问题。针对上述问题,首先,通过主成分分析筛选影响氨氮含量变化的主要因子作为模型输入,利用小波阈值方法实现噪声消除;然后,提出一种基于粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)并结合多变量深度信念网络(multi-variable deep belief network, MDBN)预测模型,对池塘养殖水体溶解氧预测,并与传统最小二乘支持向量机、BP神经网络、DBNs(deep belief networks)模型进行了比较分析。研究结果表明,该文所提方法其平均百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)为0.1172,与传统最小二乘支持向量机、BP神经网络、DBNs方法进行对比,其MAPE分别降低了0.285 9、0.214 6、0.013 9。除此之外,随着样本数量增加,其模型绝对误差不断降低。因此,该文所提方法具有高的预测精度及泛化性能,研究可为池塘水体氨氮含量精准预测提供理论依据和参数支持。 展开更多
关键词 模型 主成分分析 水产养殖 氨氮预测 粒子群算法 深度信念网络 小波降噪
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基于RBF神经网络的出水氨氮预测研究 被引量:27
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作者 乔俊飞 安茹 韩红桂 《控制工程》 CSCD 北大核心 2016年第9期1301-1305,共5页
针对污水处理中关键水质参数氨氮(NH4+-N)难以在线实时准确检测且实验室取样检测时间长,精度低等问题,提出了基于RBF神经网络的出水氨氮软测量模型研究。首先,选择出对出水氨氮影响较大的辅助变量去预测氨氮的变化,然后,利用梯度下降算... 针对污水处理中关键水质参数氨氮(NH4+-N)难以在线实时准确检测且实验室取样检测时间长,精度低等问题,提出了基于RBF神经网络的出水氨氮软测量模型研究。首先,选择出对出水氨氮影响较大的辅助变量去预测氨氮的变化,然后,利用梯度下降算法优化RBF网络的结构和参数,结合北京市某污水处理厂的实测数据,对出水氨氮的预测进行仿真并与其他模型对比,结果显示,该模型具有预测误差相对较小,预测准确等优点,说明该预测模型对于氨氮的预测具有一定的实用价值。 展开更多
关键词 径向基函数网络 梯度下降算法 氨氮预测 软测量
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基于PCA-NARX神经网络的氨氮预测 被引量:12
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作者 袁红春 赵彦涛 刘金生 《大连海洋大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期808-813,共6页
为准确掌握水产养殖中重要水质参数氨氮的变化趋势,提出了基于PCA-NARX神经网络的氨氮预测模型,用主成分分析法提取的主成分变量作为网络输入,优化网络结构,以中华绒螯蟹Eriocheir sinensis的养殖水体为例,建立了PCA-NARX网络模型,并与... 为准确掌握水产养殖中重要水质参数氨氮的变化趋势,提出了基于PCA-NARX神经网络的氨氮预测模型,用主成分分析法提取的主成分变量作为网络输入,优化网络结构,以中华绒螯蟹Eriocheir sinensis的养殖水体为例,建立了PCA-NARX网络模型,并与NAR、NARX网络模型进行了对比试验。结果表明:PCA-NARX模型在24 h和48 h内均方根误差(RMSE)最小,较NAR网络模型减少24. 39%,较NARX网络模型减少41. 94%;总体在48 h之内,PCA-NARX网络模型相对于NAR、NARX网络模型具有更好的泛化能力,对氨氮的预测性能较好。本试验结果可为中华绒螯蟹养殖水体的氨氮调控提供参考依据。 展开更多
关键词 氨氮预测 PCA-NARX神经网络 主成分分析 水产养殖
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改进K-means算法优化RBF神经网络的出水氨氮预测 被引量:16
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作者 乔俊飞 孙玉庆 韩红桂 《控制工程》 CSCD 北大核心 2018年第3期375-379,共5页
为提高污水处理过程中出水氨氮的预测精度,并针对RBF神经网络参数难以确定的问题,提出一种改进K-means算法优化RBF神经网络的氨氮预测算法。首先,计算每个样本点的密度值,以其大小是否满足一个阈值为条件,判定该点是否为孤立点或... 为提高污水处理过程中出水氨氮的预测精度,并针对RBF神经网络参数难以确定的问题,提出一种改进K-means算法优化RBF神经网络的氨氮预测算法。首先,计算每个样本点的密度值,以其大小是否满足一个阈值为条件,判定该点是否为孤立点或噪声点,来消除孤立点和噪声点对K—means算法的影响;然后利用减法聚类算法初始化K—means算法的聚类中心,并得到聚类中心的个数,将改进后的K-means算法优化RBF神经网络结构;最后,通过对污水处理过程中出水氨氮的实际预测实验,表明所提出的算法具有较强的逼近能力。 展开更多
关键词 氨氮预测 RBF神经网络 K-MEANS算法 密度指标
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基于随机森林的循环水养殖氨氮预测模型研究 被引量:3
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作者 巫莉莉 黄志宏 +1 位作者 何斌斌 曾鸣 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2021年第4期207-214,共8页
分析和建立深井海水工厂化循环水氨氮含量与养殖对象的数量、均重、饲料投喂量之间的非线性关系。利用离差归一化方法对样本数据进行预处理,并利用Bootstrap方法随机有放回采样生成多个训练集;提出一种基于随机森林回归算法的集成式机... 分析和建立深井海水工厂化循环水氨氮含量与养殖对象的数量、均重、饲料投喂量之间的非线性关系。利用离差归一化方法对样本数据进行预处理,并利用Bootstrap方法随机有放回采样生成多个训练集;提出一种基于随机森林回归算法的集成式机器学习方法构建预测模型,对养殖水体中的氨氮含量进行预测,并与支持向量机回归和最小二乘线性回归模型进行对比分析。通过5折交叉验证和8折交叉验证实验表明,以均方根误差和平均绝对误差作为评价指标,以绝对均值误差作为评价函数,所提方法的绝对均值误差为0.1355,与最小二乘线性回归、支持向量机回归方法进行比较,其误差分别减少62.66%和39.85%。所提方法在进行小样本预测应用中具有较高的预测精度及泛化能力,可为海水工厂化循环水养殖水体中氨氮含量精准预测提供理论依据和参数支持。 展开更多
关键词 智能算法 海水 工厂化 循环水养殖 氨氮预测 机器学习
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基于小波降噪和LSTM的海参养殖氨氮预测 被引量:5
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作者 李先鹏 吴若男 +1 位作者 王魏 李双双 《控制工程》 CSCD 北大核心 2022年第4期587-592,626,共7页
海参具有极高的营养价值和药用价值,水质环境对其产量有一定的影响。为了更好地调控水质,尽可能使海参生长在最佳状态,采用改进的小波降噪方法处理数据,建立长短期记忆(LSTM)神经网络模型对海参养殖环境中的氨氮浓度进行预测。实验分别... 海参具有极高的营养价值和药用价值,水质环境对其产量有一定的影响。为了更好地调控水质,尽可能使海参生长在最佳状态,采用改进的小波降噪方法处理数据,建立长短期记忆(LSTM)神经网络模型对海参养殖环境中的氨氮浓度进行预测。实验分别采用多影响因素作为模型的输入,氨氮浓度作为输出,建立氨氮浓度与各水质因子之间的关系模型,实现氨氮浓度预测。实验结果表明,改进的小波降噪方法有效减少了噪声,LSTM神经网络模型在海参养殖水质预测中效果显著。所提方法为海参养殖下一步水质调控提供了参考数据,进而可提高海参养殖的质量和产量。 展开更多
关键词 海参养殖 LSTM 小波降噪 浓度预测
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基于卷积层-注意力机制的长短期记忆网络出水氨氮浓度预测方法 被引量:3
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作者 张勇 赵景波 权利敏 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4679-4688,共10页
为解决城市污水处理过程出水氨氮浓度难以实时精准测量的问题,构建了一种融合卷积层和注意力机制的长短期记忆网络(convolutional layer and squeeze-and-excitation attention mechanism based long short-term memory network,CSA-LS... 为解决城市污水处理过程出水氨氮浓度难以实时精准测量的问题,构建了一种融合卷积层和注意力机制的长短期记忆网络(convolutional layer and squeeze-and-excitation attention mechanism based long short-term memory network,CSA-LSTM)模型。首先,通过引入卷积层(convolutional layer,CL)深度提取数据中的非线性特征,并通过注意力机制(squeeze-and-excitation attention mechanism,SEAM)自适应分配特征通道的权重,实现特征解耦;其次,长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)提取时间序列数据长期依赖关系,实现出水氨氮浓度的实时预测;然后,提出一种具有自适应采集函数的贝叶斯优化算法,实现模型参数优化,进一步提高模型精度;最后,基于基准实验和实际污水处理厂数据测试CSA-LSTM的有效性。结果表明,模型具有较高的出水氨氮浓度预测精度,能够有效应对城市污水处理中数据的强非线性、耦合性以及时间依赖性问题,具有良好的泛化能力。 展开更多
关键词 城市污水处理 浓度预测 神经网络 特征提取 优化 算法
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基于改进粒子群优化极限学习机的养殖氨态氮含量预测模型 被引量:10
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作者 徐大明 杜永贵 +1 位作者 孙传恒 周超 《江苏农业科学》 北大核心 2017年第4期183-186,共4页
针对养殖水体氨态氮含量预测准确性低的问题,提出了一种基于改进粒子群算法优化极限学习机的水产养殖氨态氮含量预测模型。引入自适应变异算子改进粒子群算法的搜索性能,利用改进粒子群算法优化极限学习机的初始权值和阈值,最后训练极... 针对养殖水体氨态氮含量预测准确性低的问题,提出了一种基于改进粒子群算法优化极限学习机的水产养殖氨态氮含量预测模型。引入自适应变异算子改进粒子群算法的搜索性能,利用改进粒子群算法优化极限学习机的初始权值和阈值,最后训练极限学习机预测模型求得最优解。将该预测模型应用在小汤山水产品养殖系统进行有效性验证,通过试验发现,与PSO-ELM和普通BP神经网络相比,IPSO-ELM预测氨态氮含量模型有更高的精度和更好的拟合能力。结果表明,基于改进粒子群优化的极限学习机氨态氮含量预测模型简单易懂、预测精度高、易于实现,具有较好的预测性能。 展开更多
关键词 预测 粒子群算法 变异算子 极限学习机
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智能算法在水体氨氮含量预测中的应用研究综述 被引量:9
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作者 巫莉莉 黄志宏 +1 位作者 何斌斌 曾鸣 《中国农机化学报》 北大核心 2019年第6期191-196,共6页
随着国民经济的快速发展,工业、农业、水产养殖业以及生活污水排放带来的水体氨氮污染日益加重,如何有效治理氨氮污染,已成为人们关心的热点问题。与实验室取样检测相比,智能算法预测水体氨氮含量的方法由于具有实时性、检测时间短、误... 随着国民经济的快速发展,工业、农业、水产养殖业以及生活污水排放带来的水体氨氮污染日益加重,如何有效治理氨氮污染,已成为人们关心的热点问题。与实验室取样检测相比,智能算法预测水体氨氮含量的方法由于具有实时性、检测时间短、误差小等优点,正逐步被应用到水体氨氮污染治理中。综述神经网络、粒子群、遗传算法等智能算法在水体氨氮含量预测中的研究进展,指出多种智能算法的组合应用将是预测水体氨氮含量、有效治理氨氮污染的应用发展方向,并提出进一步完善研究方法的建议。 展开更多
关键词 污染治理 智能算法 神经网络 向量机 水体氨氮预测 实时性
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基于贝叶斯与元学习的氨氮浓度预测模型优化
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作者 刘懿纬 王魏 +2 位作者 张淑雨 孙俊洋 李双双 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期236-243,共8页
针对小样本数据下氨氮浓度模型预测精度不高、收敛速度较慢的问题,采用长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)建立氨氮浓度预测模型,并利用贝叶斯优化算法和元学习机制对模型进行优化。其中贝叶斯优化算法用来优化预测模型的超参... 针对小样本数据下氨氮浓度模型预测精度不高、收敛速度较慢的问题,采用长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)建立氨氮浓度预测模型,并利用贝叶斯优化算法和元学习机制对模型进行优化。其中贝叶斯优化算法用来优化预测模型的超参数,同时给出模型参数的初始值,再使用Meta-LSTM算法学习模型梯度并允许优化器之间进行参数共享和更新,最终实现对氨氮浓度预测模型的优化。将该方法与LSTM、GRU和RNN模型进行对比试验,结果显示,研究所建模型对氨氮浓度预测的均方根误差、平均绝对误差和均方误差分别为0.0276、0.0239和0.00076,均优于其他预测模型。表明基于贝叶斯和元学习的氨氮浓度预测模型对小样本数据建模有效,可以实现网络快速收敛,精度满足水产养殖中氨氮浓度预测需求。 展开更多
关键词 贝叶斯优化 浓度预测 Meta-LSTM 元学习
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基于HCPS多层感知器的污水处理后氨氮浓度测量 被引量:2
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作者 高明 崔钶 +1 位作者 李昊 栗三一 《轻工学报》 CAS 2018年第6期92-100,108,共10页
针对现污水处理后出水氨氮预测模型中隐含层神经元存在过大冗余而浪费资源的问题,提出了一种基于敏感度和互信息的混合增加删减的神经网络结构调整算法(HCPS).该算法重新定义了敏感度公式,利用敏感度和互信息自适应地调整网络结构,删除... 针对现污水处理后出水氨氮预测模型中隐含层神经元存在过大冗余而浪费资源的问题,提出了一种基于敏感度和互信息的混合增加删减的神经网络结构调整算法(HCPS).该算法重新定义了敏感度公式,利用敏感度和互信息自适应地调整网络结构,删除敏感度过低的隐含神经元,分裂过大的隐含层神经元,合并互信息过大的两个隐含层神经元.在污水处理基准仿真平台BSM1上的验证结果表明,HCPS算法可以获得更紧凑的网络结构,用于出水氨氮浓度预测精度较高. 展开更多
关键词 污水处理 浓度预测 软测量技术 神经网络结构自调整算法 多层感知器 结构自组织
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