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基于EA-BiLSTM-SCSO的多步逐小时参考作物蒸腾量预测方法
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作者 谢伟明 张钟莉莉 +3 位作者 陶建平 曲明山 魏一博 张石锐 《节水灌溉》 北大核心 2025年第3期57-63,70,共8页
在农业水资源管理领域,参考作物蒸腾量的精确预测对灌溉水高效利用至关重要。当前逐日预测方法未能充分利用日内动态变化信息,限制了预测准确性。为解决该问题,研究提出了一种基于外部注意力机制(EA)的双向长短时记忆网络(BiLSTM)模型,... 在农业水资源管理领域,参考作物蒸腾量的精确预测对灌溉水高效利用至关重要。当前逐日预测方法未能充分利用日内动态变化信息,限制了预测准确性。为解决该问题,研究提出了一种基于外部注意力机制(EA)的双向长短时记忆网络(BiLSTM)模型,使用沙猫群算法(SCSO)优化模型超参数,实现逐小时参考作物蒸腾量预测。首先利用SCSO方法对EA-BiLSTM模型进行优化,优化后的算法在70个epoch后收敛,平均R^(2)升至0.750;进而通过特征相关性分析,将模型输入的特征数据由10个减少为历史ET0、太阳辐射、空气温度、空气湿度和最大风速5个。以北京市昌平区的国家精准农业研究示范基地大田种植区ET0预测为例进行了方法验证,在对未来第7小时的预测中,R^(2)从0.619提高到0.644,获得了更好的预测效果;最后通过对模型可解释性分析证实,历史ET0对预测的贡献最高,贡献率达到了0.043,其次是空气湿度和总辐射。与DT(决策树)、Lasso(最小绝对收缩和选择算法)、LMP(多层感知机)、CNN(卷积神经网络)等预测方法的对比结果表明,采用EA-BiLSTM-SCSO的预测结果在MAE和MSE指标上均获得了最低的误差值,在R^(2)指标上,EA-BiLSTM-SCSO模型平均达到0.722较CNN模型提升了12.6%。研究验证了深度学习与特征工程在提高作物参考蒸腾量逐小时预测精度方面的优势。该方法在智慧灌溉中用于估算作物的水分需求,能够实现对未来灌溉的精准预测,从而制定合理的灌溉计划,提高灌溉水利用效率,进行有效的灌溉用水调度。 展开更多
关键词 BiLSTM 外部注意力机制 沙猫群优化算法 逐小时参考作物蒸腾量预测 模型可解释性
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逐日参考作物蒸发蒸腾量预测的偏最小二乘回归模型
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作者 王士兰 王斌 《黑龙江大学工程学报》 2012年第4期41-45,共5页
Penman-Monteith方法需要的气象资料较多,在气象资料不全时无法使用,并且该方法不能直接预测参考作物蒸发蒸腾量(ET0)。参考天气预报的常规预报项目,将日最高气温、日最低气温、反映天气状况的日照时数、反映风力等级的风速以及Penman-M... Penman-Monteith方法需要的气象资料较多,在气象资料不全时无法使用,并且该方法不能直接预测参考作物蒸发蒸腾量(ET0)。参考天气预报的常规预报项目,将日最高气温、日最低气温、反映天气状况的日照时数、反映风力等级的风速以及Penman-Monteith公式中可以直接计算的相关因子作为自变量,以Penman-Monteith公式计算的ET0为因变量,引入偏最小二乘回归算法(PLS)建立了逐日ET0预测模型。实例计算结果表明,PLS模型的模拟和预测精度较高,基本能够满足农业生产实践的需要,为有效预测逐日ET0提供了一种新方法。 展开更多
关键词 参考作物蒸发蒸腾 预测 偏最小二乘回归
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基于温度资料的参考作物蒸发蒸腾量计算方法 被引量:34
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作者 丁加丽 彭世彰 +2 位作者 徐俊增 缴锡云 罗玉峰 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第6期633-637,共5页
针对利用FAO56-PM法计算参考作物蒸发蒸腾量ET0时气象资料需求往往不易满足的问题,研究了温度法及基于温度资料的BP人工神经网络预测模型.以FAO56-PM法ET0计算值为标准,比较分析了Hargreaves法、改进的Thornthwaite法、简化的FAO56-PM... 针对利用FAO56-PM法计算参考作物蒸发蒸腾量ET0时气象资料需求往往不易满足的问题,研究了温度法及基于温度资料的BP人工神经网络预测模型.以FAO56-PM法ET0计算值为标准,比较分析了Hargreaves法、改进的Thornthwaite法、简化的FAO56-PM法以及Mc cloud法在我国湿润气候区的应用效果,评价了校正后的温度法以及基于温度资料的BP人工神经网络预测模型在该气候区的适用性.结果表明,在ET0较小时,Hargreaves法、改进的Thornthwaite法和简化的FAO56-PM法计算值较FAO56-PM法偏大,在ET0较大时较FAO56-PM法偏小;改进后的Thornthwaite法与FAO56-PM法最为接近,Mc cloud法与FAO56-PM法的计算结果差异最大;除Mc cloud法外,校正后的温度法检验合格率较高,具有较好的地区适用性;基于温度资料的BP人工神经网络预测模型具有较高的预测精度,结果好于校正后的Thornthwaite法和Mc cloud法,可应用于只有温度资料时湿润气候区ET0的预测. 展开更多
关键词 参考作物蒸发蒸腾 温度法 BP人工神经网络预测模型 湿润气候区
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ET_0预测的卡尔曼滤波修正ANFIS模型研究 被引量:4
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作者 李志磊 周建平 +2 位作者 魏正英 张育斌 许燕 《干旱地区农业研究》 CSCD 北大核心 2017年第3期114-119,共6页
实时、准确地对作物需水量的预测是实现智能节水灌溉的关键技术。预测模型的合理选择及精度提高是作物需水决策系统的核心。本文将陕西西安地区的气象数据环境信息引入自适应神经模糊推理(ANFIS)作物参考蒸腾量(ET_0)预测模型,应用卡尔... 实时、准确地对作物需水量的预测是实现智能节水灌溉的关键技术。预测模型的合理选择及精度提高是作物需水决策系统的核心。本文将陕西西安地区的气象数据环境信息引入自适应神经模糊推理(ANFIS)作物参考蒸腾量(ET_0)预测模型,应用卡尔曼滤波器对气象数据经ANFIS建模得到的ET_0预测值进行滤波去噪,以提高模型的预测精度,并通过仿真和实验验证,从理论和实践两个方面来验证模型的精度。仿真结果得到,反映模型预测值与真实值之间拟合程度的均等系数(EC)值校正前为0.93,校正后达到0.98。实验结果得到,ANFIS预测模型的平均绝对误差是28.94%,平均相对误差是26.37%,卡尔曼修正后的ANFIS预测模型的平均绝对误差是7.24%,平均相对误差是6.59%。仿真和实验结果表明,利用卡尔曼滤波对ANFIS预测模型进行修正,可以提高预测的精度,经卡尔曼修正后的ANFIS模型能更佳地反映ET_0的变化趋势。 展开更多
关键词 作物参考蒸腾 彭曼公式 ANFIS预测模型 卡尔曼滤波 预测精度
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