基于交叉验证网格寻优的GBDT-LSTM水产养殖溶解氧预测

为了进一步提高水产养殖溶解氧的预测精度,提出了基于交叉验证网格寻优的GBDT-LSTM溶解氧预测模型.通过梯度提升决策树(GBDT)选取对溶解氧影响度较高的特征因子;在Keras深度学习框架的基础上搭建长短时记忆神经网络(LSTM),使用交叉验证网格寻优算法对LSTM参数进行优化;将本模型运用到江苏省金坛市渔业基地一标准池塘进行溶解氧预测.试验表明:该模型的评价指标均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分误差(MAPE)分别为0.208,0.158,2.635,其评价指标均优于其他对比预测模型.表明该模型具有较好的预测能力和泛化能力,能够满足现代化水产养殖的实际需求.     

应用NIR高光谱成像技术检测羊肉脂肪和蛋白质质量分数

采用近红外高光谱成像技术(900～1 700 nm)对羊肉脂肪和蛋白质质量分数进行预测.通过近红外高光谱对72个羊肉样本进行高光谱图像采集,获取的光谱数据经过多元散射校正进行光谱预处理.通过回归分析选取对应的特征波长,利用BP神经网络结合脂肪和蛋白质的实测值,建立预测模型并对模型进行验证.结果显示,羊肉脂肪和蛋白质的预测模型效果较好.其中,脂肪模型的相关系数R和预测均方根误差RMSEP分别为0.91和0.73;蛋白质模型的相关系数R和预测均方根误差RMSEP分别为0.87和1.19.该研究表明,利用近红外高光谱成像技术预测羊肉脂肪和蛋白质质量分数是可行的.     

基于PSO优化极限学习机神经网络的空气质量预报

为了提高空气质量预测精度,提出一种基于粒子群算法优化极限学习机的空气质量预测模型.运用粒子群算法优化极限学习机的初始权值和偏置,在保证预测误差最小的情况下实现空气质量最优预测.选择平均绝对百分比误差、均方根误差和平均绝对误差作为评价指标,通过PSO-ELM、GA-ELM、SOA-ELM、DE-ELM和ELM五个模型预测结果对比发现,PSO-ELM可以有效提高空气质量预报的预测精度,可为空气质量预测提供新的方法和途径.     

航线流量组合预测模型研究

航线客流量的预测是航空公司收益管理的重要基础.通过对时间序列法、增量法、回归分析方法、神经网络法等常用航线客流量预测方法进行分析和比较,在时间序列预测模型和神经网络预测模型的基础上,引入组合预测法,建立了支线客流量组合预测模型.通过实证分析,比较了3种模型的预测结果,验证了所提出的组合预测模型的有效性.     

基于相位划分的下肢连续运动预测

为了实现针对特定个体的运动特点进行更精确的下肢连续运动预测和用更短的时间开展预测模型训练,采用对每个步态相位都建立预测模型的方法. 在识别出当前的步态相位后,使用当前相位的预测模型进行关节角度的预测. 使用支持向量机（SVM）,对提出的方法进行验证. 实验表明,采用基于相位划分的下肢连续运动预测方法相比于对整个运动状态进行关节角度建模的预测方法,具有更高的预测精度和更短的模型训练时间. 髋、膝、踝关节的预测结果与真实值的相关系数均大于0.99,每次预测的角度与真实值的平均均方根误差均小于2°,训练时间缩短4.0~5.0倍.     

基于萤火虫算法改进BP神经网络的电力用能行为预测方法

针对BP神经网络由于随机初始化权重和偏置导致对用电情况预测的误差偏大且容易陷入局部最优的问题，提出了一种利用萤火虫算法对BP神经网络的权重和偏置进行优化的电力用能行为预测方法.该方法基于用户不同时间段的用电量数据提取时间序列特征，并采用K-means聚类算法对用电行为类似的用户进行聚合及分析，从而建立电力负荷预测模型对每类用户的负荷加以预测.实验结果表明，基于萤火虫算法改进BP神经网络预测模型的均方根误差以及平均绝对误差百分比均低于BP神经网络模型，能够合理地对电力用能行为进行预测.     

数控车床主轴热误差SHO-LSTM预测建模

在高精度加工过程中,数控机床主轴误差对加工精度的影响较为严重。数控机床热误差占总误差比例高达40%~70%,是主要的误差源之一。为了提高热误差预测的精度,提出了一种使用海马优化算法(SHO)优化时序预测网络(LSTM)的精密车床主轴热误差预测建模方法。首先,利用羚羊优化算法(GOA)对模糊C均值聚类(FCM)的模糊矩阵常数、最大迭代次数、迭代终止条件进行优化并结合Person、Spearman和Kendall相关分析方法优化温度测点,使用手肘法确定最优分组规模。根据DB、BWP和Silhouette聚类评估指标评估温度测点聚类效果。其次,以车床主轴五点法获取的热误差数据和优化后的温度数据作为输入,使用SHO对LSTM的隐含层节点、全连接层节点、学习率、L2正则化常数进行优化,并使用S折交叉试验方法确定最优分组规模,建立主轴热误差SHO-LSTM预测模型。再次,在不同转速下对构建的热误差模型进行基于平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE和平均绝对百分比误差MAPE的预测效果进行评估。最后在CKA6163A型车床上进行实例验证,使用五点法进行测量辨识,同时测量主轴附近的温度。实验结果表明：所提出的温度测点优化算法相比未优化的模糊C均值聚类(FCM)的DB指标降低了89%,BWP和Silhouette分别提高了59%和8.17%,对比结果表明优化后的聚类算法可有效降低温度测点间的共线性,提高预测模型的预测效率。所提出的海马优化算法(SHO)优化时序预测网络(LSTM)与未优化的时序预测网络(LSTM)相比,所提出的预测网络的均方根误差RMSE降低了42%,表明海马优化算法(SHO)可以提高时序预测网络(LSTM)的准确性;与天鹰(AO)优化卷积神经网络(CNN)相比,所提出的预测网络的均方根误差RMSE降低了3%;与反向传播神经网络(BP)相比,所提出的预测网络的均方根误差RMSE降低了57%,对比结果表明SHO-LSTM主轴热误差预测模型的鲁棒性和准确性更高。     

基于SVM-GA模型的城市天然气长期负荷预测

天然气长期负荷预测能够解决城市燃气供需不平衡的问题,为城市燃气公司的管理运行提供帮助。为了提高天然气长期负荷的预测精度,提出了基于SVM-GA(SupportVectorMachines-GeneticAlgorithm)的天然气长期负荷预测模型。分析确定影响天然气用气量的相关因素,应用遗传算法和交叉验证方法分别对支持向量机模型的惩罚因子c 及核函数参数g 进行优化,以期提高支持向量机模型的预测精度,将优化后的参数输入支持向量机模型中,进行天然气长期负荷预测。以某省实际的样本数据为例,将SVM-GA模型的预测结果与SVM 和交叉验证法结合模型及BP(BackPropagation)神经网络模型的预测结果进行比较分析。结果表明,SVM-GA 预测模型分别比SVM 和交叉验证法结合预测模型和BP神经网络模型在衡量预测精度的相对均方误差、归一化均方误差、归一化绝对平方误差、归一化均方根误差、最大绝对误差五个指标分别高0.58%、3.98%、2.99%、4.58%、8.64%和6.13%、26.28%、19.71%、21.09%、31.48%。因此支持向量机与遗传算法相结合的模型能够较准确地预测天然气长期负荷。     

一种动态参数优化的绝缘子等值盐密预测模型

绝缘子污秽是电力输电线路污闪事故发生的主要原因,评估和预测污秽积累情况对指导清污工作和预防污闪事故具有重要的意义.针对绝缘子经典等值盐密预测模型参数固定和误差较大的问题,提出一种基于四阶Runge-Kutta和模拟退火算法的动态参数优化预测模型.首先,采用切线方程对经典预测模型进行参数动态化处理,得到以一阶欧拉方程表示的离散化的经典预测模型,然后,引入四阶Runge-Kutta算法对上述欧拉方程进行高阶求导迭代以抑制欧拉模型的离散误差,最后,借助模拟退火算法对模型参数进行最优估计,从而实现高精度的等值盐密预测模型.实验结果表明,改进模型的预测值与实测值的相关系数高于0.97,绝对误差在一般情况下较经典模型降低50%,预测值均方根误差较经典模型减小30%以上.这说明改进模型不仅很好地反映绝缘子等值盐密的动态变化规律,而且能够对等值盐密进行更精准、更稳定的预测.     

一种实用预测评价与预测修正方法

本文对要求重视近期变化的预测对象提出采用加权均方根误差作为评价预测模型的标准。引进加权平均跃度的概念。建立了一种实用的预测修正方法。     

自适应BAS优化RBF神经网络的短时交通流预测

为提高短时交通流预测精度,针对传统径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络短时交通流预测模型中心值固定、易受漂移数据干扰问题,提出自适应天牛须搜索算法(beetle antennae search algorithm, BAS)优化RBF神经网络的短时交通流预测模型。模型采用自适应步长提高BAS算法迭代速度和寻优能力,结合DBSCAN聚类确定RBF神经网络隐含层径向基函数网络中心,进而优化神经网络结构。通过路网真实交通流数据进行训练,选择常用于短时交通流预测的BP神经网络,RBF神经网络,广义RBF神经网络进行对比。结果表明：优化后的模型预测结果相较BP神经网络平均绝对误差降低了1.87%、平均绝对百分比误差降低了15.96%、均方根误差降低了3.24%,拟合度提高了3.96%;相较广义RBF神经网络平均绝对误差降低1.36%、平均绝对百分比误差降低了5.01%、均方根误差降低了2.19%,拟合度提高了2.5%。改进后的短时交通流预测模型能够为智能交通诱导提供可靠的预测值。     

基于Bi-LSTM的非等时距路基工后沉降滚动预测

为了实现路基工后沉降的早期、精准预测,提出基于双向长短期记忆网络（Bi-LSTM）的路基沉降预测技术. 采用Akima法将观测数据内插为适应时序分析法的等时距序列,提取“填土高度-时间-地基沉降”曲线中的6个影响因素作为变量训练Bi-LSTM模型,结合滚动迭代方法实现沉降预测的后延更新. 研究表明,利用深度学习技术可以有效地利用路基施工期信息,增加训练样本量,提升沉降早期预测的可靠性. Bi-LSTM模型对观测信息进行双向特征提取,同等样本量下的预测效果更精确. 依托6个中等压缩性土地基和1个复合地基监测断面信息,仅利用路堤填筑期及工后3个月数据,沉降预测的均方根误差 (RMSE) 和平均绝对百分误差 (MAPE) 平均值可以控制为1.19 mm、1.04%.     

雨雪天气下轨道交通客流预测模型

为了完善雨雪天气下轨道交通客流预测模型,对哈尔滨市地铁1号线2017年12月份至2019年1月份的全线客流数据进行研究,引入客流基准值和客流偏差率的指标来量化轨道交通客流波动情况,研究雨雪天气下轨道交通客流波动规律,提出一种基于雨雪天气下轨道交通客流时空波动规律的短时客流预测模型WI-LSTM,以平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)以及平均相对误差(MRE)作为预测模型的评价指标,与经典的SARIMA预测模型、支持向量回归(SVR)预测模型和未考虑雨雪天气的LSTM预测模型进行了对比。结果表明：考虑雨雪天气的WI-LSTM预测模型可以充分利用雨雪天气轨道交通客流波动规律,相比其他3种预测模型具有更高的准确性和可靠性。WI-LSTM预测模型进一步提升了雨雪天气下轨道交通客流预测精度,可为轨道交通企业运营管理提供数据支撑。     

应用PSO和SVM的水下航行器黑箱建模

随着新型水下航行器不断涌现,现有水下航行器数学模型已难以与实际模型吻合.为更好了解新型水下航行器实际模型以及预测新型水下航行器运动,提出应用粒子群(particle swarm optimization,PSO)参数寻优和支持向量机(support vector machine,SVM)的水下航行器黑箱建模方法.首先根据水下航行器的运动状态信息和推进器力,应用支持向量机构造出之间的非线性映射关系,然后通过粒子群智能优化算法获得支持向量机的最佳参数组合,进而实现水下航行器的黑箱建模,最后根据推进器力是否时变,分别以新型四旋翼水下航行器的两种空间运动进行实验验证,并以均方根误差作为空间运动预测结果的评价标准.试验结果表明,基于粒子群参数寻优和支持向量机所构建的水下航行器黑箱模型对空间运动预测具有较小的均方根误差,空间运动预测结果与实际运动基本一致,所建黑箱模型与实际模型基本吻合,能有效预测水下航行器运动状态.     

基于陆基GNSS的电离层时间序列预报研究

为讨论不同时间序列模型对电离层垂直总电子含量(VTEC)的预报效果,在平静电离层条件下,采用载波相位平滑伪距法解算单站上空的电离层VTEC值,分别利用自回归积分滑动平均模型(ARIMA)与Holt-Winters指数平滑模型进行逐站建模,通过时长为9 d的样本序列实现3 d预报,并对预报值进行系统评估.结果表明,时间序...     

基于非等间距灰色模型和Elman神经网络的轨道质量预测

轨道质量是影响行车安全的关键因素,合理预测轨道质量可以有效指导铁路工务部门进行轨道养护和维修.轨道质量指数(Track Quality Index,TQI)是综合评价单一区间段内轨道质量的参数.本文通过深入研究TQI的发展趋势,提出一种将非等间距灰色模型和遗传算法优化Elman神经网络相结合的预测方法.首先利用优化后的非等间距灰色模型GM(1,1)得到原始TQI序列的大致发展趋势,然后为了描述轨道质量发展中各因素之间复杂的函数关系,利用遗传算法优化后的Elman神经网络对初步预测结果进行残差校正,从而得到更为准确的TQI预测序列.新方法将轨道质量发展趋势中的随机波动成分纳入方法考虑范围,充分挖掘了历史数据的发展规律.利用沪昆线上行实测TQI数据对本文方法进行验证,实验结果表明:新方法对轨道质量发展中的随机波动趋势拟合效果较好;对于轨道质量预测,在利用非等间距灰色模型进行初步预测基础上,使用Elman神经网络进行残差校正,由此得到的预测结果在均方根误差、相对系数、决定系数等多个统计指标上均优于其他方法.     

基于SOA-MGM(1,n,q)模型的信息流通量预测

针对多变量灰色模型存在预测误差大和参数需手动设置的缺点,将人群搜索算法和M GM (1,n,q)结合,运用SOA算法对M GM (1,n,q)模型的参数q进行优化,提出一种基于SOA算法优化MGM (1,n,q)的高校图书馆图书信息流通量预测模型.选择平均绝对百分比误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)作为评价指标,通过SOA-MGM(1,n,q)、MGM (1,n)和GM (1,1)三个模型预测结果对比发现,提出的SOA-MGM(1,n,q)模型可以有效提高信息流通量的预测精度,具有推广应用价值.     

基于门控循环单元的多因素感知短期游客人数预测模型

提出的预测模型采取分时序分段策略,使用卷积神经网络（CNN）提取景区多因素时序数据的特征,并对不同因素的时序数据赋予不同的权重,将结果送入门控循环单元（GRU）以挖掘其中的时序信息,结合预测时刻的情境信息（天气状况和节假日）预测短期景区内游客人数. 在某景区的闸机数据集和监控点车辆数据集上的实验结果表明：基于门控循环单元的多因素感知短期游客人数预测模型可以充分考虑多情境因素并对不同因素时序数据赋予不同的权重,均方根误差（RMSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）均小于传统模型,能够有效降低短期游客人数预测误差。     

BP神经网络在ATR．FTIR技术微量农药溶液检测中的应用

利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）技术分别对毒死蜱、炔螨特的微量溶液进行了检测,采用差谱、基线校正和矢量归一化对谱图进行预处理,利用BP神经网络分别使用自适应调整学习率并附加动量因子的梯度下降反向传播算法训练函数和SCG反向传播算法训练函数建立了毒死蜱和炔螨特农药溶液的定量分析模型,并对校正集和预测集进行了定量分析．毒死蜱溶液模型的分析结果为：R=0．9986,RMSEC=0．1000．RMSEP=0．2201;炔螨特溶液模型的分析结果为：R=0．9974,RMSEC=0．3918,RMSEP=0．6241．结果表明,BP神经网络结合ATR-FT．IR技术检测微量农药溶液含量具有快速、精度高、泛化能力强的优点,可用于农药溶液含量的快速、准确鉴定．