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An Integrated Approach to Condition-Based Maintenance Decision-Making of Planetary Gearboxes: Combining Temporal Convolutional Network Auto Encoders with Wiener Process
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作者 Bo Zhu Enzhi Dong +3 位作者 Zhonghua Cheng Xianbiao Zhan Kexin Jiang Rongcai Wang 《Computers, Materials & Continua》 2026年第1期661-686,共26页
With the increasing complexity of industrial automation,planetary gearboxes play a vital role in largescale equipment transmission systems,directly impacting operational efficiency and safety.Traditional maintenance s... With the increasing complexity of industrial automation,planetary gearboxes play a vital role in largescale equipment transmission systems,directly impacting operational efficiency and safety.Traditional maintenance strategies often struggle to accurately predict the degradation process of equipment,leading to excessive maintenance costs or potential failure risks.However,existing prediction methods based on statistical models are difficult to adapt to nonlinear degradation processes.To address these challenges,this study proposes a novel condition-based maintenance framework for planetary gearboxes.A comprehensive full-lifecycle degradation experiment was conducted to collect raw vibration signals,which were then processed using a temporal convolutional network autoencoder with multi-scale perception capability to extract deep temporal degradation features,enabling the collaborative extraction of longperiod meshing frequencies and short-term impact features from the vibration signals.Kernel principal component analysis was employed to fuse and normalize these features,enhancing the characterization of degradation progression.A nonlinear Wiener process was used to model the degradation trajectory,with a threshold decay function introduced to dynamically adjust maintenance strategies,and model parameters optimized through maximum likelihood estimation.Meanwhile,the maintenance strategy was optimized to minimize costs per unit time,determining the optimal maintenance timing and preventive maintenance threshold.The comprehensive indicator of degradation trends extracted by this method reaches 0.756,which is 41.2%higher than that of traditional time-domain features;the dynamic threshold strategy reduces the maintenance cost per unit time to 55.56,which is 8.9%better than that of the static threshold optimization.Experimental results demonstrate significant reductions in maintenance costs while enhancing system reliability and safety.This study realizes the organic integration of deep learning and reliability theory in the maintenance of planetary gearboxes,provides an interpretable solution for the predictive maintenance of complex mechanical systems,and promotes the development of condition-based maintenance strategies for planetary gearboxes. 展开更多
关键词 temporal convolutional network autoencoder full lifecycle degradation experiment nonlinear Wiener process condition-based maintenance decision-making fault monitoring
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Deep Learning Framework for Predicting Essential Proteins with Temporal Convolutional Networks
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作者 LU Pengli YANG Peishi LIAO Yonggang 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 2025年第3期510-520,共11页
Essential proteins are an indispensable part of cells and play an extremely significant role in genetic disease diagnosis and drug development.Therefore,the prediction of essential proteins has received extensive atte... Essential proteins are an indispensable part of cells and play an extremely significant role in genetic disease diagnosis and drug development.Therefore,the prediction of essential proteins has received extensive attention from researchers.Many centrality methods and machine learning algorithms have been proposed to predict essential proteins.Nevertheless,the topological characteristics learned by the centrality method are not comprehensive enough,resulting in low accuracy.In addition,machine learning algorithms need sufficient prior knowledge to select features,and the ability to solve imbalanced classification problems needs to be further strengthened.These two factors greatly affect the performance of predicting essential proteins.In this paper,we propose a deep learning framework based on temporal convolutional networks to predict essential proteins by integrating gene expression data and protein-protein interaction(PPI)network.We make use of the method of network embedding to automatically learn more abundant features of proteins in the PPI network.For gene expression data,we treat it as sequence data,and use temporal convolutional networks to extract sequence features.Finally,the two types of features are integrated and put into the multi-layer neural network to complete the final classification task.The performance of our method is evaluated by comparing with seven centrality methods,six machine learning algorithms,and two deep learning models.The results of the experiment show that our method is more effective than the comparison methods for predicting essential proteins. 展开更多
关键词 temporal convolutional networks node2vec protein-protein interaction(PPI)network essential proteins gene expression data
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基于TCN-Informer的长短期多变量时间序列预测
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作者 李德权 江涛 《科学技术与工程》 北大核心 2026年第4期1549-1557,共9页
为了解决时间序列预测长期和短期依赖关系的难题,同时捕捉长期趋势和短期动态,并对多变量时间序列中变量间复杂的相互依赖关系进行建模,提出了一种基于时间卷积网络(temporal convolutional network,TCN)的预测方法。首先,采用TCN来有... 为了解决时间序列预测长期和短期依赖关系的难题,同时捕捉长期趋势和短期动态,并对多变量时间序列中变量间复杂的相互依赖关系进行建模,提出了一种基于时间卷积网络(temporal convolutional network,TCN)的预测方法。首先,采用TCN来有效捕捉序列变量在时间尺度上的特征,同时将压缩-激励模块(squeeze-and-excitation block,SE_Block)应用于TCN的输出。该模块通过增强多变量的表示,有效解决短期依赖性问题,并提高模型捕捉关键短期信息的能力。其次,引入Informer模型来增强长期序列处理能力,不仅有效解决了长期序列预测中的计算效率问题,还增强了模型对全局时间依赖关系的建模能力。最后,在设备状态监测(ETTm1)、交通流量(Traffic)和电力负荷(Electricity)三个数据集上将所提方法与现有的时间序列模型进行实验验证并比较。结果表明:所提出的方法在长期和短期时间序列预测中的误差率较低,能够有效提高多变量时间序列中长期和短期预测性能。 展开更多
关键词 长短期时间序列 多变量时间序列 INFORMER 时间卷积网络(tcn) 特征提取
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基于二次分解和TSO-TCN的分时电量预测
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作者 王永利 李一鸣 +5 位作者 延子昕 白雪峰 詹祥澎 田传波 杜苁聪 周颖 《科学技术与工程》 北大核心 2026年第4期1509-1517,共9页
分时电量是具有趋势性特征、季节性特征以及随机性特征的非平稳序列,使用传统方法进行预测会造成较大的误差。为提高复杂特征下分时电量的预测精度,提出了一种基于二次分解和金枪鱼群优化算法-时域卷积网络(tuna swarm optimization-tem... 分时电量是具有趋势性特征、季节性特征以及随机性特征的非平稳序列,使用传统方法进行预测会造成较大的误差。为提高复杂特征下分时电量的预测精度,提出了一种基于二次分解和金枪鱼群优化算法-时域卷积网络(tuna swarm optimization-temporal convolutional network,TSO-TCN)的电量预测模型。首先,使用变分非线性调频模态分解(variational nonlinear chirp mode decomposition,VNCMD)对原始电量数据进行分解,基于相关性分析与改进小波阈值法进行去噪处理,将去噪后数据进行辛几何模态分解(symplectic geometry mode decomposition,SGMD)得到分量序列;其次,采取K-均值聚类对分量序列进行合并,对聚类后的分量序列分别建立TSO-TCN预测模型进行预测;最后累加求和,确定最终预测结果。实验结果表明,所提出方法预测精度良好,为传统的分解-集成预测方法提供了新的思路。 展开更多
关键词 特征提取 聚类分析 变分非线性调频模态分解(VNCMD) 辛几何模态分解(SGMD) 时域卷积网络(tcn)
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一种融合MSC和时空双重注意力的TCN航迹预测方法
5
作者 焦卫东 杨蓓 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2026年第1期15-27,共13页
针对现有航迹预测模型难以有效提取多尺度时空特征,导致预测精度受限的问题,提出一种融合多尺度卷积(MSC)网络和时空双重注意力(STDA)的时间卷积网络(TCN)航迹预测方法MDAT-Net。MDAT-Net模型包含MSAT、MTAT航迹预测模块及投票模块。在... 针对现有航迹预测模型难以有效提取多尺度时空特征,导致预测精度受限的问题,提出一种融合多尺度卷积(MSC)网络和时空双重注意力(STDA)的时间卷积网络(TCN)航迹预测方法MDAT-Net。MDAT-Net模型包含MSAT、MTAT航迹预测模块及投票模块。在航迹预测模块中,为优化传统时间卷积网络中卷积核大小固定的问题,搭建由不同尺度卷积核组成的多尺度卷积架构,以更好地提取不同尺度的时空特征;为动态挖掘隐藏特征与目标特征之间的潜在相关性,引入空间注意力机制及时间注意力机制来自适应地关注重要信息,跳过次要信息。在投票模块中,决定各维度使用合适模块进行预测,以融合MSAT、MTAT航迹预测模块的优点,实现高精度的航迹预测。实验结果表明:MDAT-Net模型的均方根误差(RMSE)的改进率最高可达83.33%,平均绝对误差(MAE)的改进率最高可达85.85%,具有较高的准确性和鲁棒性。 展开更多
关键词 航迹预测 多尺度卷积 时间卷积网络 注意力机制 时空特征
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基于ZOA优化TCN-ILSTM的磨煤机故障预警方法
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作者 张嘉薇 黄敏 +3 位作者 孙秋红 张洪涛 王井阳 马桂楠 《机电工程》 北大核心 2026年第3期595-606,共12页
为提高磨煤机的故障预警能力,保障电力系统的安全稳定运行,提出了一种基于斑马优化算法(ZOA)优化时间卷积网络(TCN)和改进长短期记忆网络(ILSTM)的磨煤机故障预警方法。首先,利用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN),对信号进行了... 为提高磨煤机的故障预警能力,保障电力系统的安全稳定运行,提出了一种基于斑马优化算法(ZOA)优化时间卷积网络(TCN)和改进长短期记忆网络(ILSTM)的磨煤机故障预警方法。首先,利用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN),对信号进行了降噪与重构;然后,将与磨煤机故障相关的7个特征变量作为输入,构建了TCN-ILSTM混合神经网络预测模型,其中TCN用于特征提取,ILSTM采用双门控精简架构,删除了长短期记忆网络(LSTM)中的输出门,并在内部嵌入了自注意力模块(SA)和梯度增强模块(GEM),负责处理全局依赖,且利用ZOA优化了模型的超参数;最后,依据变量的真实值与预测值之间的残差分布规律,构建了自适应动态阈值,以某1030 MW火电机组的中速磨煤机为例进行了验证。研究结果表明:该方法所选取的大多数变量的均方根误差(RMSE)均显著低于0.2,平均绝对百分比误差(MAPE)亦优化至0.5以下,降幅达到了70%,拟合优度(R^(2))超过0.98,预测精度明显高于其他对比模型;并能在堵煤故障发生前约5 h触发预警。该方法能有效实现磨煤机的早期故障预警目的,可为电力设备的故障预警提供新思路。 展开更多
关键词 磨煤机 故障预警 斑马优化算法 时间卷积网络 改进长短期记忆网络 完全自适应噪声集合经验模态分解 自适应动态阈值
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Using BlazePose on Spatial Temporal Graph Convolutional Networks for Action Recognition 被引量:2
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作者 Motasem S.Alsawadi El-Sayed M.El-kenawy Miguel Rio 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2023年第1期19-36,共18页
The ever-growing available visual data(i.e.,uploaded videos and pictures by internet users)has attracted the research community’s attention in the computer vision field.Therefore,finding efficient solutions to extrac... The ever-growing available visual data(i.e.,uploaded videos and pictures by internet users)has attracted the research community’s attention in the computer vision field.Therefore,finding efficient solutions to extract knowledge from these sources is imperative.Recently,the BlazePose system has been released for skeleton extraction from images oriented to mobile devices.With this skeleton graph representation in place,a Spatial-Temporal Graph Convolutional Network can be implemented to predict the action.We hypothesize that just by changing the skeleton input data for a different set of joints that offers more information about the action of interest,it is possible to increase the performance of the Spatial-Temporal Graph Convolutional Network for HAR tasks.Hence,in this study,we present the first implementation of the BlazePose skeleton topology upon this architecture for action recognition.Moreover,we propose the Enhanced-BlazePose topology that can achieve better results than its predecessor.Additionally,we propose different skeleton detection thresholds that can improve the accuracy performance even further.We reached a top-1 accuracy performance of 40.1%on the Kinetics dataset.For the NTU-RGB+D dataset,we achieved 87.59%and 92.1%accuracy for Cross-Subject and Cross-View evaluation criteria,respectively. 展开更多
关键词 Action recognition BlazePose graph neural network OpenPose SKELETON spatial temporal graph convolution network
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基于TCN-MDN和概率潮流的电力系统灵活性量化分析方法
8
作者 高天宇 徐天奇 李琰 《现代电子技术》 北大核心 2026年第2期133-141,共9页
高比例可再生能源的接入使电力系统的潮流具有波动性和随机性,也为电力系统的灵活运行带来了挑战。为了应对挑战,首要策略是建立一种灵活性量化和分析方法,用来表征灵活性资源供需平衡与系统运行之间的关系,为此,提出一种基于神经网络... 高比例可再生能源的接入使电力系统的潮流具有波动性和随机性,也为电力系统的灵活运行带来了挑战。为了应对挑战,首要策略是建立一种灵活性量化和分析方法,用来表征灵活性资源供需平衡与系统运行之间的关系,为此,提出一种基于神经网络和概率潮流的电力系统灵活性量化和分析方法。首先,构建神经网络对可再生能源的出力进行多时间尺度的概率预测;其次,引入考虑静态特性的潮流模型,通过系统频率来反映电力系统有功灵活性的供需平衡;然后,改进半不变量法,结合Gram-Charlier级数展开得到系统频率和线路潮流的概率密度函数,以此量化电力系统灵活性;最后,基于修改后的IEEE-30节点系统,通过与蒙特卡洛法对比来验证所提方法的准确性。实验结果表明,所提方法能够在概率框架下量化电力系统的灵活性,具有较高的运算精度和较快的速度。 展开更多
关键词 时序混合密度网络 tcn 概率预测 线性潮流模型 半不变量法 灵活性量化 Gram-Charlier级数
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基于TCN+N-BEATS+MLP的瓦斯体积分数预测方法研究
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作者 金智新 曾庆红 +2 位作者 刘通 王宏伟 李雪靖 《安全与环境学报》 北大核心 2026年第3期953-965,共13页
为提升煤矿安全生产水平,准确预测瓦斯体积分数的变化具有重要意义。针对现有方法预测精度的不足,提出了一种融合时序卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)、可解释时间序列预测的神经基展开分析(Neural Basis Expansion Analy... 为提升煤矿安全生产水平,准确预测瓦斯体积分数的变化具有重要意义。针对现有方法预测精度的不足,提出了一种融合时序卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)、可解释时间序列预测的神经基展开分析(Neural Basis Expansion Analysis for Interpretable Time Series Forecasting,N-BEATS)与多层感知机(Multilayer Perceptron,MLP)的瓦斯体积分数多步同时预测方法,并对山西高河煤矿E1306工作面上隅角的瓦斯体积分数数据进行了预测。试验结果表明,TCN+N-BEATS+MLP模型在5 min、15 min和30 min的预测任务中具有较高的预测精度,在均方根误差(E_(RMS))、平均绝对误差(E_(MA))、平均绝对百分比误差(E_(MAP))和拟合优度(R^(2))方面,所提模型均优于其他对比模型,实现了提前30 min的瓦斯体积分数预测。该方法通过TCN提取数据的长时特征,结合N-BEATS建模时间序列的短时趋势,并通过MLP对误差进行修正,提升了对瓦斯体积分数预测结果的准确性,对预防煤矿瓦斯灾害具有指导意义。 展开更多
关键词 安全工程 瓦斯体积分数 时序卷积网络 N-BETAS模型 多层感知机
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基于FC-TCN-GRU模型的凡纳滨对虾养殖水中氨氮和化学需氧量的预测
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作者 王智华 吴昊 +2 位作者 周英娴 李桂娟 江敏 《上海海洋大学学报》 北大核心 2026年第1期105-118,共14页
基于2014—2018年及2021—2024年某水产养殖合作社凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖池塘的水质检测数据,选取总氮(TN)、总磷(TP)、活性磷(AP)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N)、氨氮(TAN)、化学需氧量(COD)、温度(T... 基于2014—2018年及2021—2024年某水产养殖合作社凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖池塘的水质检测数据,选取总氮(TN)、总磷(TP)、活性磷(AP)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N)、氨氮(TAN)、化学需氧量(COD)、温度(T)和pH等在内的关键水质参数,构建了基于时域卷积网络(Temporal convolutional network,TCN)和门控循环单元(Gate recurrent unit,GRU)的TAN和COD水质预测模型。首先搭建FC-TCN-GRU的混合模型,即采用TCN对数据特征进行提取和降维处理,再将处理后的数据输入GRU模型,最后通过全连接层(Fully connected layers,FC)映射为预测结果。对搭建好的FC-TCN-GRU模型进行评估,其绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)和决定系数(R^(2))在对TAN预测中分别为0.255、0.089和0.861;在对COD的预测中分别为1.750、4.840和0.332。将模型与PCA-LSTM、基本LSTM和基本GRU模型对TAN和COD的预测结果进行比较,结果显示:FC-TCN-GRU模型对TAN和COD指标的预测精度优于其他3种模型,在TAN预测中表现出色,但对COD的预测效果尚有提升空间。 展开更多
关键词 凡纳滨对虾 水质预测 全连接层 门控循环单元 时域卷积网络
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基于混合优化驱动TCN-BiLSTM的高超声速滑翔飞行器轨迹预测
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作者 曹文洁 常思江 陈琦 《北京理工大学学报》 北大核心 2026年第3期304-317,共14页
为提高高超声速滑翔飞行器(HGV)轨迹预测的精度,提出一种基于时域卷积网络(temporal convolutional network,TCN)和双向长短时记忆网络(bidirectional long short-term memory network,BiLSTM)结合的HGV轨迹预测方法.该方法利用TCN的因... 为提高高超声速滑翔飞行器(HGV)轨迹预测的精度,提出一种基于时域卷积网络(temporal convolutional network,TCN)和双向长短时记忆网络(bidirectional long short-term memory network,BiLSTM)结合的HGV轨迹预测方法.该方法利用TCN的因果膨胀卷积提取HGV轨迹多尺度动态特征,融合BiLSTM的双向循环机制挖掘轨迹长时依赖与上下文关联,通过全连接层将预测结果映射到样本空间.引入贝叶斯优化(Bayesian optimization,BO)与灰狼优化(grey wolf optimization,GWO)组合优化模式,实现了网络超参数的全局优化,据此建立了深度学习框架下的HGV轨迹预测模型.数值仿真结果表明,在训练完备条件下,建立的预测模型能够有效预测HGV未来时刻的位置状态,相较于4种对比模型,该预测模型的均方根误差平均降低62.10%,平均绝对误差平均降低61.66%. 展开更多
关键词 高超声速滑翔飞行器 轨迹预测 时域卷积神经网络 双向长短时记忆网络 组合优化算法
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基于聚合模态分解和TCN-BiGRU的光伏功率预测模型
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作者 李梦阳 陈柳 +1 位作者 史蒙 赵玉娇 《太阳能学报》 北大核心 2026年第2期91-99,共9页
针对光伏发电功率随机性强、波动性高导致预测精度低的问题,提出一种基于聚合模态分解(AMD)、时间卷积网络(TCN)和双向门控循环单元(BiGRU)的光伏功率组合预测模型。该模型使用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)对原始光伏序列... 针对光伏发电功率随机性强、波动性高导致预测精度低的问题,提出一种基于聚合模态分解(AMD)、时间卷积网络(TCN)和双向门控循环单元(BiGRU)的光伏功率组合预测模型。该模型使用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)对原始光伏序列进行处理,得到多个频率不同的子序列,通过样本熵(SE)对子序列进行区分,保留含信号的低频、中频分量。将CEEMDAN分解得到的高频分量用逐次变分模态分解(SVMD)进行二次分解,降低序列不平稳度。最后,构建不同分量的TCN-BiGRU网络模型,得到各分量的预测值进行加和后输出最终预测结果。通过算例分析进行实验表明,对比其他模型,所提出的组合预测模型在光伏发电功率预测中具有较高的预测精度和稳定性。 展开更多
关键词 光伏功率 预测模型 信号处理 聚合模态分解 时间卷积网络 双向门控循环单元
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核反应堆冷却剂系统故障诊断MPA-TCN-GRU模型
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作者 贾晓龙 戴滔 +2 位作者 隋阳 闫家胜 刘家义 《科学技术与工程》 北大核心 2026年第8期3319-3329,共11页
核反应堆冷却剂系统(reactor coolant system,RCS)是一个庞大且复杂的核电厂系统,它的主要作用是载出核反应堆产生的热量、防止放射性物质外泄。因此,精准的RCS故障诊断对于保障核电厂的安全性至关重要。为针对传统RCS故障诊断模型训练... 核反应堆冷却剂系统(reactor coolant system,RCS)是一个庞大且复杂的核电厂系统,它的主要作用是载出核反应堆产生的热量、防止放射性物质外泄。因此,精准的RCS故障诊断对于保障核电厂的安全性至关重要。为针对传统RCS故障诊断模型训练效率较低、准确性不足的问题,按照如下路线提出了一种RCS故障诊断海洋捕食者算法(marine predator algorithm,MPA)-时间卷积网络(temporal convolutional network,TCN)-门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)模型。首先,应用TCN模型,提取RCS样本数据的特征信息;然后,将提取到的特征信息输入到GRU模型,捕捉数据中的时序依赖关系,进而构建TCN-GRU模型;最后,应用MPA寻找TCN-GRU模型的最优超参数,实现对RCS的精准诊断。结果表明:与传统的TCN、GRU及TCN-GRU模型相比,所提模型在较少的训练轮数实现了收敛,同时在诊断准确率上分别提高了2.64%、2.93%和2.01%,验证了所提出的诊断模型的高效性和可靠性。 展开更多
关键词 核反应堆冷却剂系统(RCS) 故障诊断 时间卷积网络(tcn) 门控循环单元(GRU) 海洋捕食者算法(MPA)
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基于自注意力和TCN的时间序列异常检测
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作者 魏月艳 凌捷 《计算机工程与设计》 北大核心 2026年第1期210-216,共7页
为了提高多元时间序列异常检测模型捕获时序依赖关系的能力和抗干扰性,提出了一种基于Transformer和时间卷积神经网络的多元时间序列异常检测方法(TC-TAD)。对原始时间序列进行时域扩增,增强数据的多样性。结合Transformer和TCN动态学... 为了提高多元时间序列异常检测模型捕获时序依赖关系的能力和抗干扰性,提出了一种基于Transformer和时间卷积神经网络的多元时间序列异常检测方法(TC-TAD)。对原始时间序列进行时域扩增,增强数据的多样性。结合Transformer和TCN动态学习时间序列的全局特征和局部特征,并基于学习到的特征对时间序列进行重构,根据重构误差判断时间序列数据的异常情况。实验结果表明,所提出的方法能够捕获时间序列之间的依赖关系,具备良好的抗干扰性,实现了更高的异常检测准确率。 展开更多
关键词 异常检测 时间序列 自注意力机制 时间卷积神经网络 时域扩增 对抗式训练 迭代自调节
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基于政策量化驱动的IBKA-TCN-TimesNet-BiLSTM天然气需求预测模型
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作者 温泉 王宁 魏学华 《油气储运》 北大核心 2026年第3期346-359,共14页
【目的】天然气需求受经济波动、政策调控、季节变化等多重因素交织影响,政策动态效应与时序数据长短期依赖关系的耦合适配性不足严重制约其预测精度,为捕捉政策时序特征、强化模型对复杂场景的适配能力并提升预测精度,开展政策时序特... 【目的】天然气需求受经济波动、政策调控、季节变化等多重因素交织影响,政策动态效应与时序数据长短期依赖关系的耦合适配性不足严重制约其预测精度,为捕捉政策时序特征、强化模型对复杂场景的适配能力并提升预测精度,开展政策时序特征驱动的耦合预测模型研究尤为重要。【方法】首先,采用“线性插值+同月份历史均值插值”组合策略,处理影响因素特征序列中的数据缺失问题。其次,引入BorutaShap算法进行特征重要性筛选与降维,以剔除冗余特征、保留核心信息,降低模型输入维度。再次,构建政策性特征序列,整合政策层级差异、季节动态调整、时间衰减规律及协同冲突效应,实现政策因素的量化表征。同时依托时域卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)捕捉长程趋势、时序二维变异建模网络(Temporal 2D-Variation Modeling Network,TimesNet)解析多尺度周期特征、双向长短期记忆网络(Bidirectional Long Short-Term Memory,BiLSTM)刻画局部时序依赖,再引入政策门控机制动态调控特征权重,实现政策与时序数据的深度耦合,最后采用改进黑翅鸢算法(Improved Black-winged Kite Algorithm,IBKA)优化模型超参数,从而构建IBKA-TCN-TimesNet-BiLSTM天然气需求预测融合模型。【结果】为实现输入特征的精准筛选与维度优化,利用默认参数设定的XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)模型,对原始数据集、插值后数据集、Deep Lasso筛选特征集、BorutaShap筛选特征集及其两两组合、三者联合特征集进行预测误差评估后发现,BorutaShap算法筛选效果最佳;新提出的基于政策量化驱动的IBKA-TCN-TimesNet-BiLSTM模型的预测精度优于其他对比模型,其平均绝对百分比误差、平均绝对误差、均方根误差分别为2.64%、9.42×10^(8) m^(3)、11.44×10^(8) m^(3)。【结论】该方法能有效适配政策与多因素影响下的天然气需求预测场景,可为天然气产供储销规划及行业决策提供参考依据。 展开更多
关键词 天然气需求 改进黑翅鸢算法 时域卷积网络 时序二维变异建模网络 双向长短期记忆网络
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基于SSA-VMD预处理的TCN-Informer短期风速多步预测混合模型
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作者 孔宪正 黄国勇 +1 位作者 邓为权 刘发炳 《太阳能学报》 北大核心 2026年第2期527-538,共12页
针对传统风速预测方法多步预测准确性不足的问题,提出一种基于奇异谱分析和变分模态分解预处理的时间卷积网络-Informer混合预测模型。首先,利用奇异谱分析抑制原始风速中的噪声,降低风速的不稳定性;然后,利用变分模态分解降低风速序列... 针对传统风速预测方法多步预测准确性不足的问题,提出一种基于奇异谱分析和变分模态分解预处理的时间卷积网络-Informer混合预测模型。首先,利用奇异谱分析抑制原始风速中的噪声,降低风速的不稳定性;然后,利用变分模态分解降低风速序列的复杂度,并将各分量分别输入到时间卷积网络提取时间特征以加强局部信息的捕捉;最后,将各模态分量及其时空特征进行融合,输入到Informer自注意力模型对其长时间依赖关系进行建模,得到多步风速预测结果。以云南某风电场测风塔实测风速为验证,该模型在6步和12步预测上MAPE分别仅为1.63%和2.25%,进一步提高了短期风速多步预测准确性。 展开更多
关键词 风电 预测 深度学习 奇异谱分析 时间卷积网络 变分模态分解
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高光谱成像结合BiTCN-SA的马铃薯晚疫病早期识别
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作者 罗祖升 刘雨琛 +1 位作者 王晓丹 张巧杰 《山东农业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期56-65,共10页
及早识别晚疫病是控制马铃薯晚疫病发展的关键,为充分利用高光谱数据波段间特征信息,提高模型对马铃薯晚疫病早期识别的精度,本文提出一种基于双向时间卷积网络(BiTCN)融合自注意力机制(SA)的马铃薯晚疫病早期识别模型(BiTCN-SA)。BiTC... 及早识别晚疫病是控制马铃薯晚疫病发展的关键,为充分利用高光谱数据波段间特征信息,提高模型对马铃薯晚疫病早期识别的精度,本文提出一种基于双向时间卷积网络(BiTCN)融合自注意力机制(SA)的马铃薯晚疫病早期识别模型(BiTCN-SA)。BiTCN通过正向和反向卷积支路捕捉波段间相关性特征,充分利用前后波段的关联性;自注意力机制动态分配不同波段的重要性权重,提高关键波段对模型分类的贡献度。BiTCN-SA模型将自注意力与BiTCN相融合,在双向上实现局部卷积特征与全局注意力权重的结合,实现双重特征提取,提高模型识别精度。采集3个等级(健康、无症状期、症状初期)的叶片高光谱数据并建模分析,通过对比SVM、RF等机器学习方法和CNN、LSTM、TCN、BiTCN等深度学习方法,以验证本文模型优越性。结果表明,BiTCN-SA模型的收敛速度比单一TCN和BiTCN更快,且模型精度显著提高,比其他机器学习和深度学习方法,具备更强大的特征提取能力,总体准确率达到98%,且对无症状期的病叶识别率达到96%。该方法充分利用高光谱波段间的深层信息,且模型识别率相比于其他机器学习和深度学习方法有大幅提高,为马铃薯晚疫病早期预警和防治提供技术支持。 展开更多
关键词 马铃薯晚疫病 高光谱成像 早期识别 双向时间卷积网络 自注意力机制 特征提取
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基于TCN-Transformer与混合超参数优化的轴承剩余寿命预测模型
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作者 袁诗佳 余江 +1 位作者 麦竣深 刘祥源 《南方农机》 2026年第5期119-122,129,共5页
【目的】解决现有模型跨工况适应性低、难以部署至边缘设备、对非平稳噪声鲁棒性不足等问题,提升模型预测精度。【方法】文章提出了一种结合时序卷积网络(TCN)和Transformer的轴承剩余寿命预测模型,并设计了Hyperband与Optuna两阶段超... 【目的】解决现有模型跨工况适应性低、难以部署至边缘设备、对非平稳噪声鲁棒性不足等问题,提升模型预测精度。【方法】文章提出了一种结合时序卷积网络(TCN)和Transformer的轴承剩余寿命预测模型,并设计了Hyperband与Optuna两阶段超参数优化策略:通过Hyperband快速筛选出关键超参数范围,再经Optuna基于贝叶斯进行搜索精细化,实现高效调参,可在轴承退化数据中实现高效特征融合。最后,该模型通过集成FEMTO-ST和XJTU-SY两个公开轴承数据集进行了系统性训练与验证,并与CNN、Transformer、TCN等主流模型进行了对比试验。【结果】该TCN-Transformer模型在多项性能指标上均显著优于传统结构,尤其在复杂退化趋势建模与多工况预测任务中具备更强泛化能力。【结论】该预测模型在农业机械领域展现出卓越的预测性能与良好的跨场景泛化能力,在工业级RUL预测应用中具备较高的部署价值与稳定性。未来可进一步探索其在复杂工业场景下的实时部署能力以及融合自监督学习与迁移学习机制的潜力。 展开更多
关键词 轴承 剩余寿命预测 tcn-Transformer 时序卷积网络 超参数优化
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Ultra-short-term Photovoltaic Power Prediction Based on Improved Temporal Convolutional Network and Feature Modeling
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作者 Hao Xiao Wanting Zheng +1 位作者 Hai Zhou Wei Pei 《CSEE Journal of Power and Energy Systems》 2025年第5期2024-2035,共12页
Accurate ultra-short-term photovoltaic(PV)power forecasting is crucial for mitigating variations caused by PV power generation and ensuring the stable and efficient operation of power grids.To capture intricate tempor... Accurate ultra-short-term photovoltaic(PV)power forecasting is crucial for mitigating variations caused by PV power generation and ensuring the stable and efficient operation of power grids.To capture intricate temporal relationships and enhance the precision of multi-step time forecast,this paper introduces an innovative approach for ultra-short-term photovoltaic(PV)power prediction,leveraging an enhanced Temporal Convolutional Neural Network(TCN)architecture and feature modeling.First,this study introduces a method employing the Spearman coefficient for meteorological feature filtration.Integrated with three-dimensional PV panel modeling,key factors influencing PV power generation are identified and prioritized.Second,the analysis of the correlation coefficient between astronomical features and PV power prediction demonstrates the theoretical substantiation for the practicality and essentiality of incorporating astronomical features.Third,an enhanced TCN model is introduced,augmenting the original TCN structure with a projection head layer to enhance its capacity for learning and expressing nonlinear features.Meanwhile,a new rolling timing network mechanism is constructed to guarantee the segmentation prediction of future long-time output sequences.Multiple experiments demonstrate the superior performance of the proposed forecasting method compared to existing models.The accuracy of PV power prediction in the next 4 hours,devoid of meteorological conditions,increases by 20.5%.Furthermore,incorporating shortwave radiation for predictions over 4 hours,2 hours,and 1 hour enhances accuracy by 11.1%,9.1%,and 8.8%,respectively. 展开更多
关键词 Astronomical feature feature modeling improved temporal convolutional neural network solar power generation ultra-short-term power generation prediction
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基于级联注意力特征融合的门控TCN软测量方法
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作者 孙乐 曹余庆 谢莉 《计算机测量与控制》 2026年第2期23-30,共8页
针对传统TCN模型在工业过程动态建模中容易忽略时间序列连续性和局部依赖关系的问题,研究并提出了一种动态软测量模型CAFF-GTCN;通过设计一种新的级联注意力特征融合模块改进TCN中的残差连接,利用自注意力机制和多尺度通道注意力机制对... 针对传统TCN模型在工业过程动态建模中容易忽略时间序列连续性和局部依赖关系的问题,研究并提出了一种动态软测量模型CAFF-GTCN;通过设计一种新的级联注意力特征融合模块改进TCN中的残差连接,利用自注意力机制和多尺度通道注意力机制对不同感受野提取的特征进行融合,保证模型不会丢失重要信息;同时利用门控机制改进扩张因果卷积,并结合SELU函数增强特征提取能力;实验结果表明,所提方法显著提升了预测精度:在青霉素发酵仿真实验中,相较于传统TCN模型,CAFF-GTCN模型的RMSE和MAE分别降低了45.1%和49.4%,R2从0.9923提升至0.9989;在硫回收过程实验中,CAFF-GTCN模型的RMSE和MAE分别降低了38.2%和42.7%,R2从0.7503提升至0.8464;实验结果验证了所提方法在动态特征提取和预测精度方面的有效性和优越性。 展开更多
关键词 软测量 深度学习 时间卷积网络 特征融合 门控机制
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