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基于组合模型的城市PM2.5浓度预测研究

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Abstract

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容

1.4 论文组织结构

第二章 相关理论知识

2.1 时序性预测

2.2 人工神经网络

2.2.1 神经元模型

2.2.2 BP神经网络

2.3 支持向量机

2.3.1 支持向量机简介

2.3.2 最小二乘支持向量机基本理论

2.4 智能优化算法

2.4.1 遗传优化算法

2.4.2 灰狼优化算法

2.5 本章小结

第三章 基于动态权重的组合预测模型

3.1 数据预处理分析

3.1.1 数据来源与缺失值处理

3.1.2 奇异谱降噪方法

3.1.3 归一化处理

3.2 模型评价指标

3.3 实验环境及流程

3.4 单项预测模型构建

3.4.1 构建SSA-GWO-LSSVM模型

3.4.2 构建SSA-GA-BP模型

3.5 动态权重组合预测模型的构建

3.5.1 模型提出动机与基本思想

3.5.2 动态权重组合预测模型的构建

3.6 本章小结

第四章 实验结果与分析

4.1 基于SSA-GWO-LSSVM预测模型实验结果分析

4.2 基于SSA-GA-BP预测模型实验结果分析

4.3 基于动态权重组合预测模型实验结果分析

4.4 不同模型实验结果对比分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 未来展望

参考文献

致 谢

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摘要

近几年我国频发的雾霾现象已经成为一种自然灾害,雾霾灾害中对人体伤害最大的就是微小悬浮颗粒物PM2.5。因此,运用相关方法结合我国不同地区PM2.5浓度历史数据建立起科学有效的浓度预测模型对人们的生活、生产具有重要的指导意义。针对PM2.5浓度变化受多因素影响,数据特征复杂的特点,单一模型并不能很好的捕捉到数据全部的特征,为了提高预测的准确性本文提出了一种基于奇异谱分析的组合预测模型,构建模型的过程主要分为以下几个部分:  (1)将奇异谱分析方法运用到PM2.5浓度数据预处理中。经实验探究发现数据降噪的比例会对模型预测性能产生一定的影响,为了得到最优预测结果,我们分析了不同降噪比例下PM2.5浓度数据对模型预测精确度的影响,并确定了最优的预测降噪比例。  (2)在单项模型构建过程中,本文选择用灰狼算法优化的最小二乘支持向量机对三座城市PM2.5浓度数据不同的嵌入数进行实验,找出了每座城市最优的数据嵌入数。此外,在构建遗传算法优化的BP神经网络时,经过实验分析确定了每座城市最优的BP网络拓扑结构。  (3)为了进一步提高预测精度,在以上两种模型的基础上,本文构建了基于BP神经网络的动态权重组合预测模型。将两种单一模型的拟合值作为BP神经网络的输入,经过迭代训练得到最终的预测值。该方法同样采用遗传算法对BP神经网络的初始权值和阈值进行优化。通过对北京、成都、沈阳三座城市的PM2.5浓度数据进行实验,并与以上两种单一模型的预测结果相比较,验证了本论文提出的基于BP神经网络的动态权重组合模型具有更好的预测性能。

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