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专利号: 2019105757449
申请人: 西安工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于MA-DBN的GIS分解气体含量预测方法,其特征在于,具体过程包括如下步骤:步骤1,采集国网对GIS设备监测到的一段时间内的SO2、SO2F2、SO2F2/SO2、气温、湿度以及海拔数据;

步骤2,构建MA模型,将步骤1采集的SO2、SO2F2和SO2F2/SO2数据作为该模型的输入,预测出未来时间段的SO2、SO2F2和SO2F2/SO2的数据;

步骤3,构建DBN模型,将步骤2预测出的SO2、SO2F2和SO2F2/SO2数据作为DBN模型的输入,通过DBN模型的修正后得到准确预测的未来时间段的SO2、SO2F2和SO2F2/SO2数据。

2.如权利要求1所述的基于MA-DBN的GIS分解气体含量预测方法,其特征在于,所述步骤2的具体过程如下:步骤2.1,构建MA模型,设观测序列为y1,y2,…yr,取移动平均的项数N<T,一次移动平均值计算公式如式(1)和式(2)所示:根据公式(1)和公式(2)则有:

式中,N代表分解气体历史数据个数,T代表预测的数据和历史数据的数量总和,t代表输入模型的序列组别,M代表对应的预测结果;

当SO2、SO2F2和SO2F2/SO2数据的基本趋势是在某一水平波动时,使用一次移动平均方法建立预测模型,如式(4)所示:式中,t=N,N+1,…T,其预测误差为:

式中,N期序列值的平均值作为未来各期的预测结果;

步骤2.2,将步骤1采集到的GIS设备SO2、SO2F2、SO2F2/SO2气体数据作为一个序列输入移动平均模型式(4)中,得到N期序列值的平均值即为预测出的未来时间段的SO2、SO2F2、SO2F2/SO2气体含量数据。

3.如权利要求1所述的基于MA-DBN的GIS分解气体含量预测方法,其特征在于,所述步骤3的具体过程如下:步骤3.1,构建DBN模型:

首先构建第一层RBM,RBM网络包括隐含层h和可见层v;隐含层由n个隐含的随机变量构成:h=(h1,h2,h3,hj,…,hn);可见层由m个随机变量构成v=(v1,v2,v3,vi,…,vm),用于表示观测的数据;网络连接只存在两层之间,同层内部变量之间无连接;

RBM模型的能量函数定义如式(6)所示:

其中,vi为可见单元的输入值;hj为隐单元的输出值,取值为1时表示该单元处于激活态,为0时表示处于未激活态;wij表示可见单元vi与隐单元hj之间的连接权重;ai表示可见单元vi的偏置;bj表示隐单元hj的偏置;n是隐含层节点数量;m为可见层节点数量;ai,bj,wij均为实数;θ=(a,b,w)构成RBM的模型参数;

(v,h)的联合概率分布Pθ(v,h)如式(7):

式中,Zθ为归一化常数,又叫做配分函数,如式(8)所示:

联立式(6)、式(7)和式(8)推导出隐单元的激活概率如式(9)所示:同样,则可见层节点的第i个节点激活概率如式(10)所示:

步骤3.2,将第一层RBM模型记为RBM1,将其隐蔽层h1作为第二层RBM2的可见层v2,构建RBM2;

步骤3.3,以相同的方式在RBM2的基础上搭建第三层RBM,完成三层RBM网络模型的构建;

步骤3.4,构建DBN网络模型的分类层:在RBM3的顶部添加一个三层BP神经网络模型,用于输出分类结果,将RBM3隐蔽层h3节点作为BP神经网络单元的可见层输入端,得到气体含量预测修正模型,气体含量预测修正模型的输出层由3个结点单元组成,每个单元分别代表SO2、SO2F2和SO2F2/SO2中的一种气体的数据;

步骤3.5,将步骤2预测的未来时间段的气体数据和步骤1采集的气温、温度和海拔数据作为气体含量预测修正模型的输入,训练气体含量预测修正模型,完成后输出准确预测的未来时间段的SO2、SO2F2和SO2F2/SO2数据。

4.如权利要求3所述的基于MA-DBN的GIS分解气体含量预测方法,其特征在于,所述步骤3.5中的训练气体含量预测模型的过程如下;

将步骤2预测的未来时间段的气体数据和步骤1采集的气温、温度和海拔数据作为气体含量预测模型的输入,采用逐层无监督贪婪学习算法对气体含量预测模型中的RBM进行预训练,直至达到提前设定的训练误差后,模型训练完成输出准确预测的未来时间段的SO2、SO2F2和SO2F2/SO2数据。

5.如权利要求3所述的基于MA-DBN的GIS分解气体含量预测方法,其特征在于,所述激活函数sigmoid函数,如式(11)所示: