基于Pair Copula函数的空间预测模型及其应用

对于空间数据的插值预测,大多采用传统的空间插值方法如反距离加权插值法和克里金插值法,这2种方法在边缘分布或存在异常值的情况下会导致预测精度相对较低;采用基于Copula理论的方法克服了这一问题。通过Pair-Copula函数描述了空间相依结构并利用MCMC方法(贝叶斯估计法)估计参数,讨论基于空间数据对未观测位置相关数据进行了空间插值预测;结合重庆市雾霾数据对该方法与反距离加权插值法、普通克里金和泛克里金插值法进行比较,结果发现基于Pair-Copula函数的空间预测模型具有更高的精度。     

基于主成分分析和长短期记忆网络的滑坡地表位移监测数据缺失插补算法

在滑坡地表位移监测过程中,由于设备工作异常或恶劣气候的干扰,原始数据会随机出现长时间序列的缺失,这类数据对滑坡的预警和预测有很大的影响。针对上述问题,提出了一种基于主成分分析(principal component analysis, PCA)和长短期记忆网络(long-short term memory, LSTM)的数据插补方法。首先利用PCA实现滑坡监测数据的降维和特征提取,消除数据间的相关性,然后建立基于LSTM的地表位移监测数据插补模型,对缺失数据进行插补。实验结果表明：该模型与BP(back propagation)神经网络等其他几种机器学习插补模型相比,平均绝对误差、均方根误差和平均绝对百分比误差分别为0.523、1.233和0.009,均优于其他几种模型;该模型能够较好地解决地表位移长时间序列数据缺失的问题。     

基于收费数据的高速公路站间旅行时间预测

针对高速公路断面检测数据密度不足现状,采用收费数据预测收费站间车辆旅行时间。首先,研究收费数据实时修正处理方法,改进平均旅行时间计算模型;其次,引入分段线性插值方法构建卡尔曼滤波模型,以减小卡尔曼滤波线性化产生的模型误差问题;接着,依据旅行时间预测业务逻辑开发应用系统,实时主动预测高速公路站间旅行时间。示范路段应用表明,插值后预测算法在正常、事故、小长假三种交通流状态下所有周期平均相对误差控制在10%内,事故周期平均相对误差控制在13%内。插值后算法预测精度有效提高,可为高速公路公众出行提供时间参考。     

基于等时距处理和IOWHA算子的路基沉降预测

为避免随机因素对单一预测模型影响,建立更符合软土路基沉降规律的模型和方法以提高预测模型的精度和可靠性,分别以原始沉降数据、经三次样条插值和经分段三次Hermite插值处理的数据为样本值建立Gompertz模型、Logistic模型和灰色Verhulst模型3种预测模型,将每种模型的3种情况的预测值同实测值进行对比分析,选出每种模型对样本处理的优势方法。以每种模型的优势方法为单一模型,建立基于IOWHA算子的组合模型,该组合模型按照每个时刻单一模型的预测精度的高低对最优权系数进行求解。研究结果表明:在沉降速率发生明显变化时刻的数据作为最后一组样本值进行预测时,Gompertz模型和Logistic模型以分段三次Hermite插值等时距处理的数据为样本值预测效果更好,灰色Verhulst模型以原始沉降数据为样本值预测结果精度更高。求解基于IOWHA算子的组合预测模型的赋权系数时,GA比使用MATLAB的非线性优化的工具箱的求解方法更为可靠,得到的组合模型预测精度更高。     

基于神经网络模型的井间参数预测方法

目的研究储层精细评价技术中的储层参数井间预测方法。方法基于人工神经网络模型,结合油藏微相研究成果,采用井位和微相信息作为神经网络的输入信息,采用神经网络模型对储层参数进行空间预测。结果利用空间分散井位点的孔隙度资料和地区沉积微相信息,对孤岛油田渤21断块油藏进行井间孔隙度内插预测,其井间参数的预测精度得到明显提高,为油藏建模提供了可靠的基础。结论基于神经网络模型的井间参数预测方法,可以为储层精细评价提供高质量的油藏地质模型。     

基于分形理论的城市日用水量预测方法

针对城市日用水量呈现周期性和自相似性的特点,通过对分形理论的研究,提出了基于分形拼贴定理和分形插值函数迭代过程的城市日用水量预测方法．该方法根据分形拼贴定理,由基于仿射变换的分形插值方法求取一个与历史日用水量记录相近的迭代函数系,建立分形预测模型,对城市日用水量进行预测．首先根据日用水量具有以周为周期的特点,应用相似日拟合模型对日用水量进行预测,平均预测误差为2．06％;然后根据日用水量具有以月为周期的特点对日用水量进行预测,平均预测误差为2．94％．应用表明,该方法实用性强,能够为城市供水优化调度提供决策支持．     

最优权组合模型在季冻区公路软基工后沉降中的应用

为研究最优权组合预测模型在季冻区公路软基沉降预测中的适用性,选取某一级公路的典型断面,采用分层沉降仪进行沉降监测,通过沉降管上磁环位置的移动来反映路基沉降变化。根据一年的沉降实测资料,对原始非线性数据进行三次样条插值处理,基于最优权权重法将灰色GM(1,1)及二次曲线模型进行组合,对地基的远期沉降进行预测,将预测结果与实测资料进行对比,探究该模型的适用性,同时基于季冻区气候特点,选取适合高寒地区路基监测的合理时距。研究表明：最优权权重组合模型的预测效果与样本数密切相关,适当增加建立模型的样本数亦可显著提高预测精度;在考虑区域气候条件下,适当减少冬季及沉降速率较慢的月份的样本数量,增加在沉降初期及冻融前后的样本数量可以有效提高模型的预测效果;本文的最优权组合预测模型可以较好地预测季冻区公路远期沉降,为类似工程的沉降预测提供参考。     

一种基于Hilbert-Huang变换和ARMA模型的时间序列预测方法

提出了一种基于Hilbert-Huang变换和ARMA模型的时间序列预测方法。采用Hilbert-Huang变换将原时间序列分解成若干个平稳的固有模态函数分量,求出每一个固有模态函数分量的瞬时频率和瞬时幅值,然后对每一个固有模态函数分量的瞬时频率和瞬时幅值序列建立ARMA模型,最后通过合成得到原时间序列的ARMA预测模型。实验结果表明,此方法可有效地应用于非平稳时间序列的预测。     

基于改进的变权缓冲灰色模型在沉降预测中的应用

针对灰色模型在中后期沉降预测中的精度问题,提出了单、双权幂函数弱化缓冲算子,并结合变权背景值建立改进的变权缓冲GM(1,1)模型。证明了新算子能提高光滑性、缩小级比偏差,实现对原始沉降数据的预处理。对于模型中的权值采用以还原值与原始值平均相对误差最小为目标的粒子群优化算法确定。最后,以高填方机场地表沉降数据预测为例,验证所提改进模型的有效性。结果表明：新算子能够有效弱化沉降序列受到的冲击扰动影响,结合变权背景值能显著提高灰色模型在中后期沉降预测中的精度。此外,对新算子的权值进行限定后,可得到两种不同的变权弱化缓冲算子。     

电力系统可靠性原始参数的优化GM(1,1)预测

考虑到可靠性原始参数的缺乏对电力系统可靠性评估结果的真实性和有效性影响很大,用优化的GM(1,1)模型预测可靠性原始参数,开发小样本系统。优化的GM(1,1)模型在以最小二乘法优化初值的基础上,分别求取不同时间段的原始参数序列的拟合数列,再以各拟合数列与原始数列之间的模糊贴近度为权重系数对预测值进行优化加权组合。此模型既能体现数据的最新变化态势,又能体现总体发展趋势,充分挖掘原始参数包含的信息量,克服传统GM(1,1)模型预测可靠性参数随预测点推移预测精度下降较快的缺点,尤其适用于新投入元件可靠性原始参数的多点预测。