基于CEEMD-BiLSTM-RFR的短期光伏功率预测

由于短期光伏预测中气象因素的时间尺度不同,直接分析其对光伏功率的相关性,易忽略时间尺度的影响,进而导致预测模型误差。为提高光伏功率预测精度,构建了预测模型。首先,利用互补集合经验模态分解(complementary empirical mode decomposition, CEEMD)将光伏序列进行分解,得到在不同时间尺度上的光伏分量;然后,通过Pearson相关系数分析各光伏分量与空气温度、太阳辐射度、风速、风向和空气湿度的关系,对于强相关分量建立关于气象因素的随机森林回归(random forest regression, RFR)预测模型,弱相关分量直接通过双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory neural network, BiLSTM)进行预测;并将预测求和输出。通过安徽省蚌埠市光伏电站7月实测数据进行验证,实验结果表明,所提预测模型CEEMD-BiLSTM-RFR相比传统预测模型有较好的预测精度。     

PCA-BP模型下皖北城市群PM2.5浓度分析

为探究皖北城市群大气污染物在不同地域、不同时间下的分布规律以及影响空气中PM2.5浓度的相关变量,结合2018-2021年安徽省生态环境厅统计数据及相关地域资料,采用主成分分析(PCA)法按时间段长短及季节性变化分别选取月度数据与年度数据对空气质量的影响因子做相关性分析,对比分析不同季节下空气污染物PM2.5、PM10的浓度及其它空气污染物的变化,构建基于PCA算法的反向传播神经网络 (BP),建立PCA-BP模型并采用交叉-验证法提高模型精度,对大气中的污染物PM2.5浓度做短期预测。实验结果表明:PM2.5浓度的主要影响因子为PM10、CO、NO2、SO2;皖北地区PM2.5含量整体在冬季偏高;预测模型的精度在夏季与秋季较高,冬季较低,四季的预测精度R2分别达到0.924、0.958、0.935、0.794。     

基于长短时记忆神经网络的抽油机井故障智能预警

准确预测抽油机井故障对油田生产具有重要意义。针对新疆油田某区块抽油机井故障情况,统计了500口油井的生产数据,明确了结垢、结蜡、杆管腐蚀、杆管疲劳、杆管偏磨五种引发抽油机井故障的主要因素;基于长短时记忆神经网络（Long Short-Term Memory Networks, LSTM）,构建了油井故障智能预警模型;筛选出影响油井故障的14种特征参数进行小波降噪处理,借助自适应矩估计算法对模型进行训练与测试。研究结果表明,模型预测准确率为96.81%,能够为油田提供较为准确的抽油机井故障预警信息。     

基于图Transformer网络的城市路网短时交通流预测模型

针对城市路网短时交通流预测问题,在考虑路网交通状态时空相关性基础上,提出一种基于图Transformer（graph transformer,Graformer）的预测方法。该方法将多条路段的交通状态预测问题转化为图节点状态预测问题,针对区分相同结构的空间路网结构图,本文将带有边的图同构网络（graph isomorphism network with edges,GINE）和Transformer网络相结合,对交通状态在路网层面的时空相关性进行建模,从而实现城市路网短时交通流预测。具体来说,Graformer模型首先利用长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM）对交通数据的时序信息进行预处理,接着采用基于GINE与Transformer的全局注意力机制提取交通数据的空间特征,最后实现路网各路段交通流的同步预测。通过使用PeMS数据集进行实验验证,结果表明提出的Graformer模型在各项性能指标上均优于对比模型,证明了其作为一种可靠且高效的路网短时交通流预测方法的有效性。     

基于多机场终端区交通态势的航班延误预测

为了针对性地制定后续优化措施,以降低多机场终端区内航班延误所带来的不利影响,并提高多机场系统内各机场的运营效率,进行多机场终端区航班延误的预测研究。首先,考虑多机场终端区交通态势对航班延误的影响,在对多机场终端区交通态势进行分析的基础上,建立了6个描述终端区交通态势的指标。接着,构建反向传播（back propagation,BP）神经网络航班延误预测模型,将终端区交通态势指标、航班信息和天气环境数据等作为输入,航班延误时间作为输出,并利用粒子群优化算法（particle swarm optimization,PSO）优化BP神经网络进行训练。通过实例验证和分析,基于多机场终端区交通态势的航班延误预测能够有效提高预测准确率,同时,通过粒子群优化BP神经网络的预测模型预测准确率均高于一般的考虑交通态势的BP和遗传算法优化的BP神经网络模型（genetic algorithm and back propagation,GA-BP）。     

冻融循环作用下煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖的损伤性能

大宗工业固废建材化利用是工业可持续发展的一项长远战略方针,利用煤矸石、铁尾矿生产烧结砖可为内蒙古地区大宗工业固废综合利用提供新思路。针对内蒙古地区自然环境特征,对煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖标准试件进行冻融循环试验,分析冻融前后煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖外观、质量、抗压强度、吸水率和体积密度变化情况;基于Wiener过程对试样损伤规律进行分析,以相对质量损伤为指标建立可靠度模型,并对指标选取合理性进行验证,计算漂移系数和扩散系数求解冻融循环作用后煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖可靠度函数曲线;利用冻融寿命预测模型对室内外冻融循环次数进行转化,并对冻融循环作用后煤矸石-铁尾矿烧结多孔在不同阈值条件进行寿命预测。结果表明：煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖标准试件抗压强度为10.6MPa,吸水率为13.3%,体积密度为1779.7kg/m₃^;煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖性能随冻融循环次数增加劣化程度加深,其质量、抗压强度、吸水率和体积密度损伤度分别为7.1%、38%、18%和3.6%,同时冻融循环后砖体表面出现隆起、微裂缝和轻微剥落现象;对可靠度函数曲线分析可知煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖损伤符合材料破坏特点,在阈值为0.2,0.3,0.4条件下,煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖耐久性寿命分别为11.1年,35.4年,85.6年。     

严寒地区无砟轨道温度场及轨道板温度梯度预估模型

严寒地区无砟轨道结构的温度荷载取值,是轨道结构设计及服役性能研究急需解决的关键工程问题。基于东北地区大连、沈阳、长春、哈尔滨四个主要城市的历史气象数据及热力学基本原理,建立了CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道-路基结构热力学模型,分析在不利气象条件下无砟轨道-路基结构温度场分布特征,拟合计算结果建立了轨道板最大正负温度梯度与气象数据关系预估模型,对东北严寒地区轨道板最不利温度梯度进行讨论。结果表明：CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道-路基结构内部温度垂向分布呈非线性,0.2米深度范围内,轨道板及路基的日温度变化幅度较为剧烈,在一日内承受正负温度梯度的交替作用,1.4m深度后路基的温度趋于平稳,变化幅度可以忽略;通过日气温温差、日太阳辐射总量、风速三个主要气象数据,可以较好的预估CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道轨道板一日内的最大正负温度梯度;轨道板的最大正温度梯度与日温差和太阳辐射总量成正比,与风速成反比,轨道板的最大负温度梯度与日温差、太阳辐射量及风速成正比。     

基于ARIMA-LSTM-XGBoost组合模型的铁路货运量预测

为提升铁路货运量预测精度和泛化能力,综合考虑铁路货运量时间序列数据的线性和非线性特征,提出了基于ARIMA-LSTM-XGBoost组合模型的铁路货运量预测方法。首先使用ARIMA模型对我国铁路货运量进行初步预测,再利用LSTM网络对残差进行校正,并将其与XGBoost模型结合,采用误差倒数法确定权重,构建一种加权组合模型。最后将组合模型与ARIMA、ARIMA-LSTM、LSTM、XGBoost模型进行对比,借助均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对值误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)对上述模型的预测精度进行对比分析。使用2007年-2021年全国铁路货运量月度数据进行实验,实验结果表明：组合模型的MSE、RMSE、MAE、MAPE分别为0.011 9、0.109 4、0.068 3、1.775 2%,预测误差均低于上述对比模型,模型的预测精度和泛化能力都有所提升。     

基于碰撞预测的无碰撞航路规划

人工势场法作为路径规划的一种算法,由于其数学描述简洁且易于执行,所得路径较短且平滑,在许多工程领域中被广泛使用.由于势函数斥力作用仅考虑机器人与障碍物的距离,这就使航路规划在障碍物附近无差别的采取避碰措施,这就导致无谓避碰行为的出现,极大影响航路规划的效率,且容易出现狭窄通道无法识别以及由周边多个障碍物的合斥力造成的局部极小值问题.针对无谓避碰行为,提出碰撞危险度评估模型和障碍物影响距离确定模型,针对局部极小值和航路点震荡问题,提出虚拟障碍物法和过滤震荡点法,以此构成基于碰撞预测的航路规划法.仿真结果表明该方法能够有效的避免无谓避碰行为,且无局部极小值和航路点震荡问题,所得路径也较短.     

耦合三角函数的灰色GM(1,1,T)模型及其应用

针对小样本序列的周期性波动特征,将三角函数引入灰色预测模型,提出了耦合结构的灰色GM(1,1,T)模型,该模型适用于既存在周期性又具有趋势性的复合型序列.基于最小二乘思想,探讨了模型参数估计的非线性优化问题,利用Levenberg-Marquardt算法进行求解,并给出了初始点选取的经验方法;通过数值实验验证了模型的适用性和参数估计方法的可行性;最后将该模型应用于河南省获嘉县、禹州市、偃师市的农业干旱预测,结果表明2016-2017年河南省土壤含水量呈现出区域性差异,与实际干旱情势比较吻合.