目的直接动脉血压(arterial blood pressure,ABP)连续监测是侵入式的,传统袖带式的间接血压测量法无法实现连续监测。既往利用光学体积描记术(photoplethysmography,PPG)实现了连续无创血压监测,但其为收缩压和舒张压的离散值,而非ABP...目的直接动脉血压(arterial blood pressure,ABP)连续监测是侵入式的,传统袖带式的间接血压测量法无法实现连续监测。既往利用光学体积描记术(photoplethysmography,PPG)实现了连续无创血压监测,但其为收缩压和舒张压的离散值,而非ABP波的连续值,本研究期望基于卷积神经网络-长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。方法构建CNN-LSTM混合神经网络模型,利用重症监护医学信息集(medical information mart for intensive care,MIMIC)中的PPG与ABP波同步记录信号数据,将PPG信号波经预处理降噪、归一化、滑窗分割后输入该模型,重建与之同步对应的ABP波信号。结果使用窗口长度312的CNN-LSTM神经网络时,重建ABP值与实际ABP值间误差最小,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为2.79 mmHg和4.24 mmHg,余弦相似度最大,重建ABP值与实际ABP值一致性和相关性情况良好,符合美国医疗器械促进协会(Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)标准。结论CNN-LSTM混合神经网络可利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。展开更多
由于电离层电子密度随时间变化,且空间分布不均匀,对不同频段的无线电波产生延缓和折射,因此电离层电子密度变化是影响短波通信、卫星通信、全球导航卫星系统和其他空间通信质量的一个主要因素,本文对全球电离层电子密度(Number of elec...由于电离层电子密度随时间变化,且空间分布不均匀,对不同频段的无线电波产生延缓和折射,因此电离层电子密度变化是影响短波通信、卫星通信、全球导航卫星系统和其他空间通信质量的一个主要因素,本文对全球电离层电子密度(Number of electron,Ne)的预测工作对短波通信设备三维射线实时追踪定位提供必要条件。本文采用国际电离层参考模型提供的2016年电离层Ne数据,根据数据的三维空间时间序列特征,搭建了自编码器和卷积长短期记忆(Convolutional Long Short-Term Memory Network,Conv LSTM)网络组成的网络结构,在不引入地球自转周期之外任何先验知识的条件下,对Ne数据进行深度学习并实现预测,首先通过实验对比了SGD、Adagrad、Adadelta、Adam、Adamax和Nadam六种优化算法的性能,又对比了三种预测策略的均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE),1h-to-1h预测策略的全球平均RMSE为1.0 NEU(最大值的0.4%),1h-to-24h和24h-to-24h预测策略的全球平均RMSE为6.3 NEU(2.6%)。由实验结果得出以下结论,一是Nadam优化算法更适合电离层Ne的深度学习,二是1h预测策略的性能与之前类似的电离层TEC预测工作(RMSE高于1.5 TECU,最大值的1%)相比有竞争力,但预测时间太短且对数据的实时性要求较高,三是两种24h预测策略虽能实现长期预测但性能不理想,要实现三维空间时间序列的长期高精度预测需要进一步改善神经网络、模型结构和预测策略。展开更多
为解决光伏序列的强噪音干扰以及单一模型在光伏功率预测方面精度偏低和泛化性较差的问题,提出了一种基于特征优化和混合改进灰狼算法优化双向长短时记忆网络(bi-directional long short-term memory,BiLSTM)的短期光伏功率预测方法。首...为解决光伏序列的强噪音干扰以及单一模型在光伏功率预测方面精度偏低和泛化性较差的问题,提出了一种基于特征优化和混合改进灰狼算法优化双向长短时记忆网络(bi-directional long short-term memory,BiLSTM)的短期光伏功率预测方法。首先,运用互信息算法进行输入数据的变量选择,以消除冗余变量。其次,通过互补集合经验模态分解和改进的小波阈值算法对筛选后的数据进行特征重构,旨在降低数据中的噪声干扰并完成输入变量的特征优化。随后,结合改进的Tent混沌映射、非线性递减因子、动态权重策略和差分进化算法对标准灰狼优化算法进行混合优化,以确定双向长短期记忆神经网络的最优超参数组合,并引入注意力机制以挖掘数据中的关键时序信息,最终构建出一种新型的短期光伏功率预测模型。仿真实验表明,相较于最小二乘支持向量机、长短期记忆网络和双向长短期记忆网络,所提模型在晴天、多云、阴天和降雨等不同工况下的均方根误差平均分别降低了12.45%、7.95%和5.37%,显示出优秀的预测性能、良好的泛化能力和潜在的工程应用价值。展开更多
公共楼宇是智能电网用电环节需求响应的重要组成部分,在强不确定性环境下,为了提高公共楼宇短期负荷预测的精度,并能更好反映楼宇负荷的不确定性。提出了一种集合多维尺度分析技术(multidimensional scaling,MDS),基于Copula函数相关性...公共楼宇是智能电网用电环节需求响应的重要组成部分,在强不确定性环境下,为了提高公共楼宇短期负荷预测的精度,并能更好反映楼宇负荷的不确定性。提出了一种集合多维尺度分析技术(multidimensional scaling,MDS),基于Copula函数相关性测度、长短期记忆网络分位数回归(quantile regression long short-term memory,QRLSTM)和核密度估计(kernel density estimation,KDE)的短期公共楼宇负荷概率密度预测的方法。首先采用MDS技术对楼宇群进行初步划分,再通过基于Copula函数的相关性测度方法定量计算影响因素(外界天气、人类活动)与目标楼宇负荷的相关程度;其次,运用QRLSTM回归模型预测未来不同分位数上的负荷值。最后,通过核密度估计得到未来任意时刻预测点的概率密度函数。实验结果表明,综合考虑强相关影响因素,并结合QRLSTM回归和KDE技术,能够更好地解决短期公共楼宇负荷概率密度预测问题。展开更多
文摘目的直接动脉血压(arterial blood pressure,ABP)连续监测是侵入式的,传统袖带式的间接血压测量法无法实现连续监测。既往利用光学体积描记术(photoplethysmography,PPG)实现了连续无创血压监测,但其为收缩压和舒张压的离散值,而非ABP波的连续值,本研究期望基于卷积神经网络-长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。方法构建CNN-LSTM混合神经网络模型,利用重症监护医学信息集(medical information mart for intensive care,MIMIC)中的PPG与ABP波同步记录信号数据,将PPG信号波经预处理降噪、归一化、滑窗分割后输入该模型,重建与之同步对应的ABP波信号。结果使用窗口长度312的CNN-LSTM神经网络时,重建ABP值与实际ABP值间误差最小,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为2.79 mmHg和4.24 mmHg,余弦相似度最大,重建ABP值与实际ABP值一致性和相关性情况良好,符合美国医疗器械促进协会(Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)标准。结论CNN-LSTM混合神经网络可利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。
文摘由于电离层电子密度随时间变化,且空间分布不均匀,对不同频段的无线电波产生延缓和折射,因此电离层电子密度变化是影响短波通信、卫星通信、全球导航卫星系统和其他空间通信质量的一个主要因素,本文对全球电离层电子密度(Number of electron,Ne)的预测工作对短波通信设备三维射线实时追踪定位提供必要条件。本文采用国际电离层参考模型提供的2016年电离层Ne数据,根据数据的三维空间时间序列特征,搭建了自编码器和卷积长短期记忆(Convolutional Long Short-Term Memory Network,Conv LSTM)网络组成的网络结构,在不引入地球自转周期之外任何先验知识的条件下,对Ne数据进行深度学习并实现预测,首先通过实验对比了SGD、Adagrad、Adadelta、Adam、Adamax和Nadam六种优化算法的性能,又对比了三种预测策略的均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE),1h-to-1h预测策略的全球平均RMSE为1.0 NEU(最大值的0.4%),1h-to-24h和24h-to-24h预测策略的全球平均RMSE为6.3 NEU(2.6%)。由实验结果得出以下结论,一是Nadam优化算法更适合电离层Ne的深度学习,二是1h预测策略的性能与之前类似的电离层TEC预测工作(RMSE高于1.5 TECU,最大值的1%)相比有竞争力,但预测时间太短且对数据的实时性要求较高,三是两种24h预测策略虽能实现长期预测但性能不理想,要实现三维空间时间序列的长期高精度预测需要进一步改善神经网络、模型结构和预测策略。
文摘为解决光伏序列的强噪音干扰以及单一模型在光伏功率预测方面精度偏低和泛化性较差的问题,提出了一种基于特征优化和混合改进灰狼算法优化双向长短时记忆网络(bi-directional long short-term memory,BiLSTM)的短期光伏功率预测方法。首先,运用互信息算法进行输入数据的变量选择,以消除冗余变量。其次,通过互补集合经验模态分解和改进的小波阈值算法对筛选后的数据进行特征重构,旨在降低数据中的噪声干扰并完成输入变量的特征优化。随后,结合改进的Tent混沌映射、非线性递减因子、动态权重策略和差分进化算法对标准灰狼优化算法进行混合优化,以确定双向长短期记忆神经网络的最优超参数组合,并引入注意力机制以挖掘数据中的关键时序信息,最终构建出一种新型的短期光伏功率预测模型。仿真实验表明,相较于最小二乘支持向量机、长短期记忆网络和双向长短期记忆网络,所提模型在晴天、多云、阴天和降雨等不同工况下的均方根误差平均分别降低了12.45%、7.95%和5.37%,显示出优秀的预测性能、良好的泛化能力和潜在的工程应用价值。
文摘公共楼宇是智能电网用电环节需求响应的重要组成部分,在强不确定性环境下,为了提高公共楼宇短期负荷预测的精度,并能更好反映楼宇负荷的不确定性。提出了一种集合多维尺度分析技术(multidimensional scaling,MDS),基于Copula函数相关性测度、长短期记忆网络分位数回归(quantile regression long short-term memory,QRLSTM)和核密度估计(kernel density estimation,KDE)的短期公共楼宇负荷概率密度预测的方法。首先采用MDS技术对楼宇群进行初步划分,再通过基于Copula函数的相关性测度方法定量计算影响因素(外界天气、人类活动)与目标楼宇负荷的相关程度;其次,运用QRLSTM回归模型预测未来不同分位数上的负荷值。最后,通过核密度估计得到未来任意时刻预测点的概率密度函数。实验结果表明,综合考虑强相关影响因素,并结合QRLSTM回归和KDE技术,能够更好地解决短期公共楼宇负荷概率密度预测问题。
