基于时间序列与GWO-ELM模型的滑坡位移预测

针对三峡库区的阶跃型滑坡位移特征,以白水河滑坡为例,提出一种基于时间序列和灰狼优化的极限学习机(GWO-ELM)位移预测模型。首先,根据滑坡的内在演化规律和外部影响因素,建立滑坡位移的时间序列模型,将监测位移分解为趋势性位移和周期性位移,并运用稳健加权最小二乘法的三次多项式对趋势性位移进行拟合,以此得到周期性位移。其次,对位移监测数据进行分析,选取周期性位移的影响因子,分别通过GWO-ELM、极限学习机(ELM)和灰狼优化的支持向量机(GWO-SVM)模型对周期性位移进行预测。研究结果表明:GWO-ELM预测模型具有良好的泛化能力,能有效减少人为误差,在预测精度上,明显优于ELM和GWO-SVM模型。基于时间序列与GWO-ELM位移预测模型具有较高的预测精度和泛化能力,是一种有效的滑坡位移预测方法。     

基于ELM神经网络的FAST节点位移预测研究

针对ELM神经网络隐含层节点数目需要人工设定,容易出现过拟合现象从而导致网络的泛化能力降低的问题,引出了基于误差最小化的ELM神经网络的改进方法 EM_ELM算法,并在理论上论证了EM_ELM算法对于提高ELM神经网络预测精度和泛化能力的可行性.随后将EM_ELM算法应用到FAST节点位移的预测模型中,并且进行了仿真验证.仿真结果表明虽然EM_ELM神经网络在训练时间上有了一定的损失,但是仍能满足实时性的要求,而且它的预测精度和泛化能力都得到提升,证明了改进算法的有效性与可行性,进一步说明了EM_ELM神经网络更适合应用于FAST节点位移预测.     

短期负荷预测的集成改进极端学习机方法

首次将极端学习机(ELM)理论引入短期负荷预测领域,并以BFGS拟牛顿法对ELM网络左侧权值进行优化训练调整,形成基于迭代-解析的改进ELM预测模型.同时,采用集成技术Boosting算法,生成多个差异度大的改进ELM子网络,对其进行加权组合,构建了集成改进极端学习机预测模型.该模型不仅有效避免了极端学习机左侧权值随机给定的输出稳定性问题,而且克服了单一网络预测模型泛化能力较差等缺陷.     

基于变分模态分解和AMPSO-SVM耦合模型的滑坡位移预测

滑坡是一种严重威胁危害居民生命财产安全的自然灾害,滑坡位移预测有助于预测滑坡等自然灾害.滑坡体监测数据的处理和预测模型的建立是滑坡位移预测的基础.针对当前时间序列分析中应用广泛的EMD、EEMD分解算法的缺陷,将具有严格数学理论支撑且分解个数可控的变分模态分解算法应用于位移时间序列分解,以获得滑坡位移子序列.将自适应变异粒子群优化算法(AMPSO)和支持向量机(SVM)相结合,构建AMPSO-SVM位移预测耦合模型.运用耦合模型对分解所得位移子序列分别进行预测,然后重构子序列预测结果得到总位移预测值.以三峡库区白水河滑坡XD1监测点为例,针对2007～2012年监测数据,设置不同情景以验证所提出预测模型的有效性及稳定性.实例分析表明,基于变分模态分解和AMPSO-SVM耦合模型对于滑坡位移的预测性能优于BP神经网络预测模型和网格搜索优化的SVM模型,在滑坡位移预测中有良好的理论基础及工程应用价值.     

基于时间序列与时间卷积网络的滑坡位移预测

滑坡位移预测作为滑坡监测预警的重要组成部分,对滑坡灾害的防治具有重要意义。目前,滑坡位移预测大多集中在循环架构的神经网络模型上,其存在梯度爆炸、消失问题等问题。为此,提出了一种基于时间序列与时间卷积网络(time convolution network, TCN)的滑坡位移预测模型。首先,该模型通过移动平均法将滑坡位移分解为趋势项位移和周期项位移。其次,采用Holt线性趋势模型预测趋势项位移,并建立时间卷积网络预测周期项位移。最后,将趋势项位移和周期项位移叠加,实现滑坡位移的预测。将该模型用于八字门滑坡的观测研究,结果表明：该模型相较于循环架构的神经网络模型能更有效地提取时序特征,预测精度更高。将基于TCN的滑坡位移预测模型应用于滑坡位移预测具有广阔的应用前景。     

基于LSO-RF模型的阶跃型滑坡位移速率预测方法

针对阶跃型滑坡在预测其位移速率时存在精度不高的问题，以泉州市安溪县尧山村阶跃型滑坡为例开展相应研究.首先，基于斯皮尔曼相关系数和灰色关联度综合分析，选取预测模型的输入特征；其次搭建结合扩展窗口法的狮群优化(LSO)-随机森林(RF)模型，提出一种适用于阶跃型滑坡位移速率预测的新方法.结果表明：综合斯皮尔曼相关系数和灰色关联度结果的特征选择方法，能弥补各自的局限性，选出最适合预测模型的输入特征组合；经过对比分析，LSO-RF模型预测阶跃型滑坡位移速率精度较高，能解决常见模型在预测阶跃型滑坡位移速率上的不足，可为阶跃型滑坡位移速率的预测提供参考.     

基于长短时记忆与多影响因子的滑坡位移动态预测

针对传统滑坡位移预测模型存在对历史数据遗忘的问题,提出了一种基于长短时记忆（LSTM）网络的滑坡位移动态预测模型。首先,将滑坡累计位移分解为趋势项位移与波动项位移,利用多项式拟合预测趋势项位移;然后,通过灰色关联度筛选外界诱发因子并运用LSTM模型预测波动项位移;最后,叠加周期项位移与波动项位移,得到累计位移。以新滩滑坡为例,并与RNN模型以及传统静态神经网络模型BP、ELM进行对比分析,采用平均百分比误差（MAPE）,均方根误差（RMSE）,拟合优度（R2）分别对其进行评价。应用结果表明：相比于传统静态模型,LSTM与RNN均适用于滑坡位移动态预测;对比结果显示,LSTM模型具有较好的预测精度,MAPE与RMSE值分别为1.026%、0.327 mm,拟合优度R2为0.978。     

混沌序列PSO-RBFNN耦合模型在滑坡监测中的应用-杨虎

滑坡位移系统的发展演化受到多种不确定性因素的影响,可能存在非线性特征。而同时包含了确定性和非确定性分析的混沌理论,能有效阐释滑坡位移序列的复杂的非线性过程。因此本文首先对滑坡位移序列进行混沌分析,揭示其内在演化机理;在相空间重构的基础上,再采用拟合和泛化能力较好的径向基网络（RBFNN）对其位移值进行实时动态预测,针对RBF网络存在参数选取困难的问题,运用粒子群算法（PSO）对RBF网络的参数进行优选。提出了基于混沌理论的PSO-RBFNN滑坡位移预测模型。经过实例验证,并与粒子群优化的BP神经网络（PSO-BP）和单独RBF网络进行对比,表明滑坡位移序列确实存在混沌特性且PSO-RBFNN模型预测精度更高、效果更好。     

基于小波能谱熵和改进ELM的转辙机故障预测

为了进一步提高铁道转辙机故障预测精度和维修效率,提出了一种基于小波能谱熵和改进极限学习机(Extreme Learning Machine, ELM)的转辙机故障预测方法.首先,将采集到的转辙机功率数据用完备集合经验模态分解方法进行预处理;然后,计算各个固有模态函数的小波能谱熵值,通过核主元分析原理方法将多维特征数据降至1维,构建转辙机的退化性能指标,得出失效阈值;最后,利用自适应鲸鱼优化算法对ELM预测模型的权值和阈值进行全局寻优,以获得最优的预测模型,实现对转辙机故障趋势的预测.用Matlab软件对新方法进行实例分析,并与支持向量机和ELM模型进行对比.仿真结果表明,与传统预测模型相比,基于改进ELM模型均方误差更接近于0,决定系数更接近于1,表明该模型预测精度更高,性能更佳,证明了该方法应用于转辙机故障预测的可行性.     

半参数GM(1,1)模型参数辨识及滑坡变形预测

针对利用传统GM(1,1)模型进行滑坡变形预测时存有较大的局限性及模型误差的问题,引入半参数理论对其进行改进.构建基于半参数模式的GM(1,1)滑坡预测模型,以补偿最小二乘为约束条件,对半参数GM(1,1)模型的灰参数a和b进行辨识;并对影响半参数模型求解的关键参数正则矩阵R和平滑参数α进行优选,最后将半参数GM(1,1)模型用于茅坪和古树屋滑坡变形预测.研究结果表明:基于半参数的GM(1,1)模型拟合精度较高,预测结果正确可靠,能够反映滑坡变形位移的发展趋势.     

混沌时间序列在边坡位移预测中的应用

根据非线性边坡位移时间序列，运用相空间重构理论，建立了加权一阶局域法边坡位移预测模型、基于Lyapunov指数的边坡位移预测模型、基于神经网络的混沌时间序列边坡位移预测模型，对比分析了三个预测模型的特点。新龙寺滑坡预测研究表明，基于混沌时间序列预测方法具有很好的预测精度和广泛的适应性。     

基于PSO与ELM组合算法的短期光伏发电功率预测模型

光伏发电功率受自然环境因素影响较大,具有很强的随机性和波动性,准确及时的光伏发电功率预测对电网的调度运行具有重要的意义.提出了一种基于PSO与ELM组合算法的短期光伏发电功率预测模型.该模型通过调整粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)不同阶段的寻优重点,为极限学习机(extreme learning machine,ELM)设定出了最佳网络参数,避免了ELM随机产生输入层权值和隐含层阈值造成的网络不稳定问题.同时结合传统神经网络和ELM网络隐含层节点选取原则为组合模型,设定了最佳隐含层节点数,提高了模型预测精度.实际算例验证了组合算法模型能够有效提高短期光伏发电功率预测的预测精度.     

基于改进粒子群优化算法和极限学习机的混凝土坝变形预测

混凝土坝变形预测是评价大坝运行状态和预测大坝行为的重要方法.但是,混凝土坝的随机荷载和强非线性变形限制了传统多元线性回归模型的应用.而人工神经网络模型则对复杂和高度非线性行为具有良好适应性.针对基于梯度下降法的常规神经网络模型收敛速度慢和过度拟合等问题,提出了一种基于改进型粒子群优化算法选取极限学习机(ELM-IPSO)最优参数的大坝变形预测模型.针对传统粒子群算法搜索时间长、容易陷入局部最优的特点,采用自适应惯性权重和动态调整学习因子,对粒子群算法进行了改进.研究表明,IPSO算法提高了粒子群优化的全局搜索能力,提高了计算效率.应用IPSO优化ELM模型的初始权值和阈值.通过东江混凝土拱坝的实测资料,验证ELM-IPSO模型的预测性能.将计算结果与BPNN模型、ELM模型和传统ELM-PSO模型的结果进行比较.BPNN模型、ELM模型、ELM-PSO模型和ELM-IPSO模型的平方相关系数R2分别为89.15%、91.13%、93.87%和94.36%.ELM模型的R2大于BPNN模型,说明ELM模型比常规的BPNN模型预测精度更高,泛化性能更好.ELM-PSO模型的预测精度大于ELM模型,说明PSO对ELM的优化在提高预测精度方面具有良好的作用.4个模型中,ELM-IPSO模型的R2最大,预测精度最高,这表明提出的ELM-IPSO模型能够有效提高混凝土坝变形的预测能力.     

基于PSO-ELM的中国石油股票价格预测建模

为了提高股票价格预测的精度,针对中国石油股票价格预测问题,提出了粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)优化极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)的股票价格预测模型。通过粒子群算法对极限学习机的权值以及阈值参数进行优化,构建PSO-ELM预测模型,并将其用于中国石油股票价格预测。仿真实验表明,与ELM、PSO-BP、DE-ELM相比,其预测均方误差分别下降了1.84%、1.07%、0.97%,拟合优度决定系数R2为0.974 3,即PSO-ELM有着较高的预测精度。为了给股票投资者更好的投资建议,对PSO-ELM模型分别进行股价短期、中期、长期的预测,结果表明PSO-ELM模型短期预测精度较高,随着时间的推移预测的精度有所下降。     

基于多策略改进COA算法优化ELM的IGBT剩余寿命预测

针对绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）剩余使用寿命的准确预测问题,提出了一种基于多策略改进优化的二维卷积优化算法（Convolution Optimization Algorithm on mixed strategies,COAM）的IGBT剩余寿命预测模型。通过改进和优化极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）参数,利用NASA研究中心公开的IGBT老化加速试验数据集,分析并提取了集射极-发射极阻断电压的失效特征参数,以获取阻断电压尖峰信息。针对COA算法在前期容易陷入局部极值和后期寻优精度不高的问题,首先选择通过Fuch映射序列初始化种群增强初始种群的随机性和变异性,然后采用新的综合位置更新方式来扩展算法的局部搜索能力,并引入高斯-柯西变异机制来改进解质量增强机制。最后,将该算法用于ELM参数的优化,以应用于IGBT剩余寿命的准确预测。通过将COAM-ELM与其他3种优化算法优化ELM方法进行对比分析,结果显示COAM-ELM方法在IGBT剩余寿命预测方面具有高精度的特点。本研究提出的方...     

基于改进极限学习机的纱线质量预测

由于随机给定输入权值和偏差,极限学习机(extreme learning machine,ELM)通常需要较多隐含层节点才能达到理想精度.结合粒子群算法具有全局搜索能力的优势,提出一种基于改进ELM算法的纱线质量预测模型,采用改进粒子群算法优化ELM算法的输入权值矩阵和隐含层偏差,计算出输出权值矩阵,以减少隐含层节点数.试验结果表明,相比于ELM算法,改进ELM算法能够依靠更少的隐含层节点获得更高精度,相对误差降低2.70%,可为纱线质量预测与控制提供更有效的工具,具有广泛的推广实用性.     

基于改进麻雀搜索算法-核极限学习机耦合算法的滑坡位移预测模型

传统的位移预测模型需要大量数据作为原始训练样本,一定程度上限制了预测模型的应用.为在有限的位移监测数据下进一步提高预测精度,针对金沙江沿岸某长期变形的滑坡体,采用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA),结合核极限学习机算法(kernel-based extreme learning m...     

基于改进GM(1,1)和SVM的长期电量优化组合预测模型

针对中长期电量预测可使用的相关历史数据较少、影响因素较为复杂等特点,提出一种基于改进GM(1,1)和支持向量机的优化组合预测模型.该模型将改进灰色预测模型和支持向量机模型进行组合,采用蛙跳寻优算法求取组合预测模型中各单一模型的权重,构建基于蛙跳优化的组合预测模型.将优化后的组合预测模型应用于我国中长期电量预测,选择我国1991-2005年电量进行分析,对2006-2010年的电量进行预测,并与一般组合预测模型及各单一模型进行比较.研究结果表明:本文方法得到的电量平均相对误差为2.06％,比等权组合预测模型、方差－协方差优选组合预测模型以及各单一预测模型的预测精度都有所提高.     

基于极限学习机和熵值法的岩土灾变预警

滑坡的监测和预测是降低滑坡灾害的有效手段和可行方法。传统监测手段时效性差,采用统计预报模型、确定性模型等模型建立的预测模型精度相对较低。为了改善此问题,提出了一种基于综合测量、以极限学习机与熵值法结合的滑坡预警研究方法。通过分析滑坡的影响因子,搭建滑坡模拟监测平台,由多传感器实时监测到雨量、土壤浅层含水率、土壤深层含水率、下滑应力、地下位移、地表位移等影响滑坡的综合因子。将熵值法用在滑坡的评价中,将其综合评分作为危险性参数及综合测量参数作为训练样本,搭建极限学习机模型。结果表明:在综合测量方法下,将熵值法与极限学习机算法结合的预警模型得到的结果与实际情况一致,预测值与测量值吻合;其精度为98.48%,比BP神经网络精度更高;且网络的学习速度明显提高。可见该方法对滑坡预测的可行性,适用于复杂非线性的滑坡预测中,为建立滑坡预警模型提供了一种可行方法。     

基于S曲线的步进电机速度与位移控制

采用分段计算和对称性的方法求解S型加减速曲线的速度,简化了计算;给出了不同位移下4段、6段和7段S曲线的速度公式以及关键时间参数的计算;在基于S型加减速算法进行步进电机精确位移控制时,对S曲线进行离散化和量化引起的误差,采用匀速补偿的方法解决;详细论述了基于STM32单片机的S加减速算法的实现方法,给出了验证加减速曲线的实验方法,并根据实验结果着重分析了若在频率转换处关闭定时器会产生频率毛刺的原因,在换频时开启定时器频率毛刺将消失,且不会引起定时输出脉冲的高频干扰。