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基于数据处理与若干群体算法优化的GRU/LSTM水质时间序列预测
被引量：
6
1
作者
杨坪宏
胡奥
+1 位作者
崔东文
杨杰
《水资源与水工程学报》
CSCD
北大核心
2023年第4期45-53,共9页
为提高水质时间序列预测精度,提出一种基于小波包变换(WPT)和变色龙优化算法(CSA)、猎豹优化(CO)算法和山瞪羚优化(MGO)算法的优化门限循环控制单元(GRU)、长短期记忆神经网络(LSTM)的预测模型。首先利用WPT对pH值、DO、COD_(Mn)、NH_(3...
为提高水质时间序列预测精度,提出一种基于小波包变换(WPT)和变色龙优化算法(CSA)、猎豹优化(CO)算法和山瞪羚优化(MGO)算法的优化门限循环控制单元(GRU)、长短期记忆神经网络(LSTM)的预测模型。首先利用WPT对pH值、DO、COD_(Mn)、NH_(3)-N时间序列进行平稳化处理,得到若干个规律性较强的子序列分量;其次简要介绍了CSA、CO、MGO算法原理,利用CSA、CO、MGO分别寻优GRU、LSTM超参数,建立WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU、WPT-CSA-LSTM、WPT-CO-LSTM、WPT-MGO-LSTM模型;最后利用所建立的模型对pH值及DO、COD_(Mn)、NH_(3)-N浓度各分量进行预测和重构,并建立WPT-GRU、WPT-LSTM和WPT-CSA-SVM、WPT-CO-SVM、WPT-MGO-SVM模型作对比分析模型,以云南省昆明市观音山断面为例,通过pH值及DO、COD_(Mn)、NH_(3)-N浓度预测对模型进行了验证。结果表明:WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU、WPT-CSA-LSTM、WPT-CO-LSTM、WPT-MGO-LSTM模型对实例pH值及DO、COD_(Mn)、NH_(3)-N浓度的预测精度优于其他对比模型,具有较好的预测效果,其中尤以WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU模型的预测精度最高;CSA、CO、MGO能有效调优GRU、LSTM超参数,显著提高GRU、LSTM预测性能;所构建的6种模型预测精度高且计算规模小,是有效的水质时间序列预测模型,可为相关水质预测研究提供参考。
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关键词
水质预测
门限循环控制单元
长短期记忆神经网络
小波包变换
变色龙优化算法
猎豹优化算法
山瞪羚优化算法
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职称材料
基于深度学习神经网络超参数优化的入库径流预测方法研究——以云南省暮底河水库为例
被引量：
9
2
作者
陈金红
崔东文
《三峡大学学报（自然科学版）》
CAS
2023年第4期25-32,共8页
准确的入库日径流预测在水库优化调度中发挥着重要作用.为提高日径流预测精度,提出了基于小波包变换(WPT)并结合了白鲨优化(WSO)算法的门限循环控制单元(GRU)、长短期记忆神经网络(LSTM)、卷积神经网络(CNN)日径流时间序列预测模型,以...
准确的入库日径流预测在水库优化调度中发挥着重要作用.为提高日径流预测精度,提出了基于小波包变换(WPT)并结合了白鲨优化(WSO)算法的门限循环控制单元(GRU)、长短期记忆神经网络(LSTM)、卷积神经网络(CNN)日径流时间序列预测模型,以云南省暮底河水库2018—2020年入库日径流时间序列预测为例对各模型进行检验.首先利用WPT将日径流时序数据分解为若干子序列分量;其次引入WSO对GRU、LSTM、CNN超参数进行调优,建立WPT-WSO-GRU、WPT-WSO-LSTM、WPT-WSO-CNN模型;最后利用所建立的模型对各子序列分量进行预测及加和重构,并构建WPT-GRU、WPT-LSTM、WPT-CNN及基于BP神经网络的WPT-WSO-BP、WPT-BP作对比分析模型.结果表明:WPT-WSO-GRU、WPT-WSO-LSTM、WPT-WSO-CNN模型对实例日径流预测的平均绝对百分比误差EMAP分别为3.67%、5.52%、8.98%,平均绝对误差EMA分别为0.120、0.155、0.329 m^(3)/s,确定性系数DC分别为0.996 2、0.995 7、0.974 0 s,预报合格率RQ分别为98.1%、96.4%、89.6%,预测效果优于对应未经WSO调优的WPT-GRU、WPT-LSTM、WPT-CNN模型及WPT-WSO-BP、WPT-BP模型,其中WPT-WSO-GRU模型具有更高的预测精度和更好的泛化能力,WPT-WSO-LSTM模型次之.WSO能有效调优GRU、LSTM、CNN超参数,提高GRU、LSTM、CNN预测性能.WPT-WSO-GRU、WPT-WSO-LSTM模型在入库日径流时间序列预测研究中具有较好的应用前景.
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关键词
日径流预测
门限循环控制单元
长短期记忆神经网络
卷积神经网络
白鲨优化算法
小波包变换
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职称材料
题名
基于数据处理与若干群体算法优化的GRU/LSTM水质时间序列预测
被引量：
6
1
作者
杨坪宏
胡奥
崔东文
杨杰
机构
云南省水文水资源局
临沧润汀水资源科技服务有限公司
云南省文山州水务局
北京全路通信信号研究设计院集团有限公司昆明分公司
出处
《水资源与水工程学报》
CSCD
北大核心
2023年第4期45-53,共9页
基金
国家重点研发计划项目(2021YFC3200903)
国家自然科学基金项目(51809288)
中国水利水电科学研究院基本科研业务费项目(WR0145B022021)。
文摘
为提高水质时间序列预测精度,提出一种基于小波包变换(WPT)和变色龙优化算法(CSA)、猎豹优化(CO)算法和山瞪羚优化(MGO)算法的优化门限循环控制单元(GRU)、长短期记忆神经网络(LSTM)的预测模型。首先利用WPT对pH值、DO、COD_(Mn)、NH_(3)-N时间序列进行平稳化处理,得到若干个规律性较强的子序列分量;其次简要介绍了CSA、CO、MGO算法原理,利用CSA、CO、MGO分别寻优GRU、LSTM超参数,建立WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU、WPT-CSA-LSTM、WPT-CO-LSTM、WPT-MGO-LSTM模型;最后利用所建立的模型对pH值及DO、COD_(Mn)、NH_(3)-N浓度各分量进行预测和重构,并建立WPT-GRU、WPT-LSTM和WPT-CSA-SVM、WPT-CO-SVM、WPT-MGO-SVM模型作对比分析模型,以云南省昆明市观音山断面为例,通过pH值及DO、COD_(Mn)、NH_(3)-N浓度预测对模型进行了验证。结果表明:WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU、WPT-CSA-LSTM、WPT-CO-LSTM、WPT-MGO-LSTM模型对实例pH值及DO、COD_(Mn)、NH_(3)-N浓度的预测精度优于其他对比模型,具有较好的预测效果,其中尤以WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU模型的预测精度最高;CSA、CO、MGO能有效调优GRU、LSTM超参数,显著提高GRU、LSTM预测性能;所构建的6种模型预测精度高且计算规模小,是有效的水质时间序列预测模型,可为相关水质预测研究提供参考。
关键词
水质预测
门限循环控制单元
长短期记忆神经网络
小波包变换
变色龙优化算法
猎豹优化算法
山瞪羚优化算法
Keywords
water quality prediction
gated recurrent unit(GRU)
long short-term memory networks(LSTM)
wavelet packet transform(WPT)
chameleon swarm algorithm(CSA)
cheetah optimization(CO)algorithm
mountain gazelle optimization(MGO)algorithm
分类号
TV213.4 [水利工程—水文学及水资源]
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职称材料
题名
基于深度学习神经网络超参数优化的入库径流预测方法研究——以云南省暮底河水库为例
被引量：
9
2
作者
陈金红
崔东文
机构
云南省水利水电投资有限公司
云南省文山州水务局
出处
《三峡大学学报（自然科学版）》
CAS
2023年第4期25-32,共8页
基金
澜沧江非一致性径流演变规律及驱动机制研究(91547205)
云南省创新团队建设专项(2018HC024)
国家澜湄合作基金项目(2018-1177-02)。
文摘
准确的入库日径流预测在水库优化调度中发挥着重要作用.为提高日径流预测精度,提出了基于小波包变换(WPT)并结合了白鲨优化(WSO)算法的门限循环控制单元(GRU)、长短期记忆神经网络(LSTM)、卷积神经网络(CNN)日径流时间序列预测模型,以云南省暮底河水库2018—2020年入库日径流时间序列预测为例对各模型进行检验.首先利用WPT将日径流时序数据分解为若干子序列分量;其次引入WSO对GRU、LSTM、CNN超参数进行调优,建立WPT-WSO-GRU、WPT-WSO-LSTM、WPT-WSO-CNN模型;最后利用所建立的模型对各子序列分量进行预测及加和重构,并构建WPT-GRU、WPT-LSTM、WPT-CNN及基于BP神经网络的WPT-WSO-BP、WPT-BP作对比分析模型.结果表明:WPT-WSO-GRU、WPT-WSO-LSTM、WPT-WSO-CNN模型对实例日径流预测的平均绝对百分比误差EMAP分别为3.67%、5.52%、8.98%,平均绝对误差EMA分别为0.120、0.155、0.329 m^(3)/s,确定性系数DC分别为0.996 2、0.995 7、0.974 0 s,预报合格率RQ分别为98.1%、96.4%、89.6%,预测效果优于对应未经WSO调优的WPT-GRU、WPT-LSTM、WPT-CNN模型及WPT-WSO-BP、WPT-BP模型,其中WPT-WSO-GRU模型具有更高的预测精度和更好的泛化能力,WPT-WSO-LSTM模型次之.WSO能有效调优GRU、LSTM、CNN超参数,提高GRU、LSTM、CNN预测性能.WPT-WSO-GRU、WPT-WSO-LSTM模型在入库日径流时间序列预测研究中具有较好的应用前景.
关键词
日径流预测
门限循环控制单元
长短期记忆神经网络
卷积神经网络
白鲨优化算法
小波包变换
Keywords
daily inflow forecast
gated recurrent unit
long-short term memory neural network
convolutional neural network
white shark optimization algorithm
wavelet packet transform
分类号
P333 [天文地球—水文科学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于数据处理与若干群体算法优化的GRU/LSTM水质时间序列预测
杨坪宏
胡奥
崔东文
杨杰
《水资源与水工程学报》
CSCD
北大核心
2023
6
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于深度学习神经网络超参数优化的入库径流预测方法研究——以云南省暮底河水库为例
陈金红
崔东文
《三峡大学学报（自然科学版）》
CAS
2023
9
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