长江科学院院报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (3): 59-67.DOI: 10.11988/ckyyb.20231425
黄学平1(), 辛攀1, 吴永明1,2, 吴留兴1, 邓觅2, 姚忠2(
)
HUANG Xue-ping1(), XIN Pan1, WU Yong-ming1,2, WU Liu-xing1, DENG Mi2, YAO Zhong2(
)
摘要:
对湖泊水质进行准确、高效的预测,对于保护水资源、维护生态平衡以及促进经济发展等方面都具有重要意义。为此提出了一种基于模态分解、多维特征选择、时间卷积网络(TCN)、自注意力机制、双向长短期神经网络(BiLSTM)和双向门控循环单元(BiGRU)的湖泊总氮(TN)组合预测模型。首先,采用变分模态分解将TN原始序列分解成不同频率的本征模态函数(IMF),以降低原始序列的复杂度和非平稳性;随后,通过随机森林算法为每个IMF选择相关性强的特征,将筛选出的特征矩阵输入到添加自注意力机制的TCN-BiLSTM混合网络中进行建模,充分提取数据中隐藏的关键时序信息;最后,为进一步提升模型预测精度,采用BiGRU网络学习残差序列的细节特征,将残差与模型预测结果融合得到最终的预测值。以鄱阳湖都昌监测站的水质数据为例进行试验分析,结果表明本文模型相比于其他模型对TN浓度预测效果提升明显,其平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和决定系数(R2)分别为0.03 mg/L、0.049 mg/L、0.992。
中图分类号: