恭喜淮阴工学院马志鹏获国家专利权
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龙图腾网恭喜淮阴工学院申请的专利基于二次EEMD分解结合GAFSA-LSTM的空气质量预测方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115372550B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-13发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202210856812.0,技术领域涉及:G01N33/00;该发明授权基于二次EEMD分解结合GAFSA-LSTM的空气质量预测方法是由马志鹏;邱军林;邵鹤帅;高丽;蒋晓玲;陈礼青;周健;叶德阳;于金玉设计研发完成,并于2022-07-20向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于二次EEMD分解结合GAFSA-LSTM的空气质量预测方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于二次EEMD分解结合GAFSA‑LSTM的空气质量预测方法,将EEMD用于数据本身,并结合GAFSA优LSTM实现对空气质量数值的预测,使用获取到的T段时间长度的空气质量数据,预测下一个时间点t的空气质量AQI值。将原始数据集中的AQI列作为二次EEMD的待分解信号列,通过二次EEMD分解,将原始AQI列分解为N列IMF分量以及1列残差分量;接着将残差分量进行二次EEMD分解,得到K列二次分解IMF分量以及1列残差分量;将这N+K+1列分量数据作为结果值,并分别带入经过GAFSA优化后的LSTM模型中进行训练、预测,得到每一分量的预测值;最后将这N+K+1列预测值进行线性累加实现重构,得到最终的空气质量预测值,将得到的结果与原始AQI值进行比对。本发明能够获得更为准确的预测值。
本发明授权基于二次EEMD分解结合GAFSA-LSTM的空气质量预测方法在权利要求书中公布了:1.一种基于二次EEMD分解结合GAFSA-LSTM的空气质量预测方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤1:监测某地区某一时间区间内的PM2.5浓度、PM10浓度、SO2浓度、CO浓度、NO2浓度、O3浓度、AQI值,并获取初始空气质量序列xt,对所述序列进行清洗与预处理操作后,得到数据集D,并将其拆分为训练集与测试集; 步骤2:基于步骤1所述初始空气质量序列xt,采用集合经验模态分解EEMD对初始空气质量序列中的AQI列进行分解,分解得到若干列分量以及1列残差分量r1t; 所述步骤2一次集合经验模态分解EEMD,具体操作为: 1将步骤1中获取到的数据集D进行拆分,拆分为训练集与测试集,其中训练集为D1,测试集为D2,训练集D1:D1={x1,y1,x2,y2,…,xn,yn},其中x1,x2,…,xn为空气质量因子值,包括PM2.5浓度、PM10浓度、SO2浓度、CO浓度、NO2浓度、O3浓度,y1,y2,…,yn为空气质量系数AQI值; 2EEMD分解的幅值设置为a、高斯白噪声nt的分解次数设置为M,且该噪声服从正态分布规律; 3将该高斯白噪声nt加入到空气质量初始序列xt中,进行第m次经验模态分解EMD; 4将M次EMD分解得到的IMF分量进行集合平均,用来抵消加入的白噪声带来的幅值影响; 将步骤1所获取到的数据集D1中的AQI列进行EEMD一次分解,得到N列一次EEMD分解的IMF分量以及1列一次EEMD分解的残差分量r1t; 步骤3:基于步骤2分解后得到的1列残差分量r1t,再次采用集合经验模态分解EEMD对该残差分量进行分解,分解得到若干列分量以及1列残差分量r2t; 所述步骤3二次集合经验模态分解,具体操作为: 1将步骤2中EEMD分解后的残差分量r1t作为二次EEMD分解的输入值输入其中; 2二次EEMD分解模型的各参数分别设置为:幅值设置为a、高斯白噪声nt的分解次数设置为M,且该噪声服从正态分布规律; 3添加高斯白噪声nt将经验模态分解EMD模型改变为集合经验模态分解EEMD模型; 4将M次EMD分解得到的IMF分量进行集合平均,用来抵消加入的白噪声带来的幅值影响; 5将步骤2中获取到的一次分解残差分量再次带入到EEMD模型中,进行EEMD二次分解,获取到K列二次EEMD分解的IMF分量以及1列二次EEMD分解的残差分量r2t; 步骤4:建立GAFSA-LSTM网络模型,使用GAFSA-LSTM网络模型对分解得到的分量进行模型训练与预测,将步骤2与步骤3中对AQI列进行EEMD分解的分量值分别作为GAFSA-LSTM模型训练集的输入标签输入到模型当中,对模型进行训练,其中,残差分量r2t进行保留,不输入模型中; 所述步骤4构建GAFSA-LSTM网络模型的具体操作为: 1使用全局人工鱼群GAFSA对LSTM网络模型中隐藏层神经单元数V和学习率C进行迭代寻优; 2使用GAFSA-LSTM网络模型对步骤3分解后得到的分量分别输入GAFSA-LSTM模型中,并分别进行预测,得到预测结果; 3将分解后得到的AQI序列作为GAFSA-LSTM模型训练集中的标签值,总计共N+K+1列,输入GAFSA-LSTM模型中; 步骤5:输出训练集的结果,对结果值进行重构操作,并验证模型在训练集上的预测效果; 步骤6:依据步骤2至步骤5,将建立的预测模型在测试集上进行验证,实现空气质量AQI值的预测。
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