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变转速下基于改进ConvLSTM的滚动轴承故障诊断 被引量:1
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作者 黄金鹏 吴国新 刘秀丽 《噪声与振动控制》 北大核心 2025年第2期76-81,共6页
针对在多传感器下变转速且带有不同程度噪声的工况下故障特征被淹没的问题,提出一种基于改进卷积长短时记忆网络(Convolutional LSTM, ConvLSTM)的故障诊断方法:首先将多个传感器采集的一维振动信号切分为二维矩阵序列;再利用由改进Conv... 针对在多传感器下变转速且带有不同程度噪声的工况下故障特征被淹没的问题,提出一种基于改进卷积长短时记忆网络(Convolutional LSTM, ConvLSTM)的故障诊断方法:首先将多个传感器采集的一维振动信号切分为二维矩阵序列;再利用由改进ConvLSTM单元构成的特征提取层提取信号内的时间特征和空间特征,改进ConvLSTM单元是将传统ConvLSTM单元输入门中的普通卷积换成膨胀卷积,在相同的卷积核其有更大的感受野读取输入信息;最后通过由卷积层和全局平均池化(Global Average Pooling,GAP)构造的分类输出层得到诊断结果。试验使用CWRU滚动轴承数据集和XJTU-SY滚动轴承数据集进行验证。试验结果表明,与其他对比模型相比,改进ConvLSTM模型在变转速且带有不同程度噪声下达到较高的精确率并且受样本量的影响更小。 展开更多
关键词 故障诊断 滚动轴承 变转速工况 深度学习 convlstm
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基于分组ConvLSTM和Transformer的双分支遥感高光谱图像超分辨率网络 被引量:1
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作者 边太成 杨锦 朱习军 《计算机系统应用》 2025年第3期286-295,共10页
遥感高光谱图像超分辨率(remote sensing hyperspectral image single super-resolution,HSISR)任务近年来已取得可观进展,其中使用深度卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)技术的方法得到广泛运用.然而,大多数基于CNN的超... 遥感高光谱图像超分辨率(remote sensing hyperspectral image single super-resolution,HSISR)任务近年来已取得可观进展,其中使用深度卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)技术的方法得到广泛运用.然而,大多数基于CNN的超分辨模型往往会忽略遥感高光谱图像的光谱结构,同时由于卷积网络受卷积核大小限制,长距离的特征依赖关系被忽略,进而影响了重建的精度.为了解决这些问题,本文提出了一个基于分组ConvLSTM和Transformer的双分支遥感高光谱图像超分辨率网络(dual-branch remote sensing hyperspectral image super-resolution network based on grouped ConvLSTM and Transformer,DGCTNet),该方法结合了Transformer捕捉长距离依赖关系和卷积长短时记忆网络(ConvLSTM)对提取序列性特征的优势,在提取空间特征的同时保持了光谱的有序性,增强了重建图像的效果.此外,DGCTNet还设计了边缘学习网络,将边缘信息扩散到图像空间中.同时为重新校准光谱响应,加入提出的双组级通道注意力机制(dual-group level channel self-attention,DSA).在Houston数据集上的实验表明,DGCTNet方法在定量评价指标和多种场景下的视觉质量上,都优于当前最先进的对比模型. 展开更多
关键词 遥感高光谱图像 超分辨率 边缘增强 convlstm
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基于MHA-ConvLSTM的化工反应过程关键风险预警方法研究
3
作者 夏波 梁昌勇 赵树平 《化学工业与工程》 北大核心 2025年第5期119-127,共9页
鉴于化工反应过程中数据所具有的动态性、时序性和非线性特征,以及传统预测算法在处理此类复杂数据序列时预测精度不高的问题,提出了一种基于MHA-ConvLSTM的化工反应过程关键风险预警方法。该方法整合了CNN、LSTM模型以及MHA和全连接层... 鉴于化工反应过程中数据所具有的动态性、时序性和非线性特征,以及传统预测算法在处理此类复杂数据序列时预测精度不高的问题,提出了一种基于MHA-ConvLSTM的化工反应过程关键风险预警方法。该方法整合了CNN、LSTM模型以及MHA和全连接层的设计理念。在模型架构中,MHA层主要负责提取时间序列数据的关键信息,以避免序列过长时信息的损失。此外,该方法还采用了多层次模糊综合评价法,全面考虑了各风险预警因子对风险等级的贡献,对单个因子进行了四级风险等级的划分。该预警方法已经在一家化工企业的羧基丁腈胶乳生产聚合工艺中得到应用,对温度、压力和搅拌速率等6个关键工艺参数进行了准确预测。实验结果显示,ConvLSTM模型在融合MHA机制后,其预测性能得到了显著提升,MAE值降至0.002 362,RMSE值降至0.002 726,R2值提升至0.997 948,优于其他模型。在迭代至950次时,MHA-ConvLSTM模型达到了最佳性能,RMSE值为0.002 812,R2值为0.998 524。在预测未来120 min风险等级的图表中,从第80 min起,风险等级逐渐升高,在第101 min达到了中级水平。利用多层次模糊综合评价法对预测结果进行风险评估,该方法为化工生产过程中的风险分级预警提供了有效支持,对于预防和减少重大安全风险、避免重大安全事故的发生具有显著的应用价值。 展开更多
关键词 化工反应过程 预警技术 MHA-convlstm 多层次模糊综合评价
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基于2D-VMD和ConvLSTM的电力负荷图像化短期预测方法
4
作者 李承皓 杨永标 +2 位作者 宋嘉启 张翔颖 徐青山 《南方电网技术》 北大核心 2025年第2期1-9,共9页
电力负荷预测受到诸多不确定性事件的影响,因此准确地预测负荷一直是行业内研究的重点方向。针对传统方法在对短期电力负荷预测精度较低的问题,给出一种基于二维变分模态分解(two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD)... 电力负荷预测受到诸多不确定性事件的影响,因此准确地预测负荷一直是行业内研究的重点方向。针对传统方法在对短期电力负荷预测精度较低的问题,给出一种基于二维变分模态分解(two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD)和卷积长短时记忆神经网络(convolutional long short-term memory,ConvLSTM)的电力负荷图像化短期预测方法。首先采用格拉姆角场方法(Gramian angular fields,GAF)将预处理后的负荷数据转换为一组格拉姆角场图像,然后通过2D-VMD将这组图像各自分解成一系列不同中心频率的子模态并按中心频率分类,使用ConvLSTM神经网络对不同模态图像组进行预测,最终将预测结果重构并逆操作得到负荷预测值。预测结果表明此方法提高了短期负荷预测的精度,为电力负荷预测提供了新方法。 展开更多
关键词 电力系统 负荷预测 格拉姆角场 二维变分模态分解 convlstm神经网络
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分形维数—CONVLSTM模型在合肥市流感发病人数预测中的应用
5
作者 张胜 毛军军 程玮玲 《公共卫生与预防医学》 2025年第1期8-12,共5页
目的根据合肥市流行性感冒(流感)与气象因素以及PM_(2.5)变量之间的数据进行多变量建模预测,以期为多变量建模预测研究方法提供新思路。方法将PM_(2.5)数据转化为分形维数数据后与气象数据作为特征引入到ConvLSTM模型中,与传统的ARIMAX... 目的根据合肥市流行性感冒(流感)与气象因素以及PM_(2.5)变量之间的数据进行多变量建模预测,以期为多变量建模预测研究方法提供新思路。方法将PM_(2.5)数据转化为分形维数数据后与气象数据作为特征引入到ConvLSTM模型中,与传统的ARIMAX模型以及多变量LSTM模型进行比较分析。结果ARIMAX模型测试集MAE=95.75,RMSE=176.72,IA=0.40;多变量LSTM测试集MAE=22.18,RMSE=43.06,IA=0.97;分形参数-ConvLSTM模型测试集MAE=17.37,RMSE=32.25,IA=0.99。结论分形维数捕捉了PM_(2.5)浓度的复杂性和自相似性,为模型提供了更丰富的特征信息,分形维数-ConvLSTM模型在预测准确性上优于传统的ARIMAX模型和多变量LSTM模型,可以用于流感发病人数的预测。 展开更多
关键词 流感 分形维数 convlstm PM_(2.5) LSTM
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一种基于改进的SA-ConvLSTM模型的北极月均海冰密集度时空预测方法
6
作者 赵相禹 王志勇 +2 位作者 李振今 荆芳 程思龙 《海洋学报》 北大核心 2025年第10期111-125,共15页
针对融冰期北极海冰密集度预测精度不高的问题,本文构建了一种基于改进的SA-Conv-LSTM模型进行北极海冰密集度预测的方法,用于实现未来1年内月均海冰密集度数据的二维时空预测。该方法以SA-ConvLSTM模型为核心单元,通过引入Seq2Seq预测... 针对融冰期北极海冰密集度预测精度不高的问题,本文构建了一种基于改进的SA-Conv-LSTM模型进行北极海冰密集度预测的方法,用于实现未来1年内月均海冰密集度数据的二维时空预测。该方法以SA-ConvLSTM模型为核心单元,通过引入Seq2Seq预测结构和类VGG16编解码器结构,有针对性地解决时间序列输出步长选择过程不确定的问题,并设置一种组合损失函数来优化训练过程,以进一步提升海冰密集度分布的时空预测精度。以北冰洋为实验区,基于美国国家冰雪数据中心(NSIDC)与国家海洋和大气管理局(NOAA)联合发布的海冰密集度气候月均数据,预测了2023年北极海冰密集度的时空分布,并与真实数据进行了对比分析。结果表明:与传统LSTM、Conv-LSTM以及未改进的SA-ConvLSTM模型相比,本文改进模型在各项指标上均表现出较大优势,其中:均方根误差分别下降13.18%、36.10%和22.58%;相关系数分别提高1.90%、5.97%和3.31%;结构相似性指数分别增加5.38%、15.00%和10.30%;海冰面积偏差分别降低了83.46%、76.53%和60.30%。此外,通过对2012年与2020年极端融冰年份的预测结果分析,进一步验证了该模型在异常气候条件下的稳定性与鲁棒性,显示出良好的适应性与实际应用潜力。本文时空预测模型在融冰期能够更准确地预测海冰的空间分布,能捕捉复杂的时空变化信息及细节。 展开更多
关键词 时空预测 海冰密集度 SA-convlstm 组合损失函数 自注意力
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融合ConvLSTM和DINCAE的南海卫星红外SST数据重构
7
作者 孙伟富 李江 +3 位作者 周之璇 李延志 张晓娟 杨梦 《海洋信息技术与应用》 2025年第1期10-23,共14页
海表温度(Sea Surface Temperature,SST)是全球气候变化的关键指示因子,驱动着全球水循环,关系着全球表面的能量收支平衡。高空间覆盖度、高一致性的SST数据可以有力支撑全球气候变化研究与应对、海洋环境安全保障和防灾减灾工作。本研... 海表温度(Sea Surface Temperature,SST)是全球气候变化的关键指示因子,驱动着全球水循环,关系着全球表面的能量收支平衡。高空间覆盖度、高一致性的SST数据可以有力支撑全球气候变化研究与应对、海洋环境安全保障和防灾减灾工作。本研究在DINCAE(Data-Interpolating Convolutional Auto-Encoder)的基础上,通过引入ConvLSTM,发展了一种融合时间信息的数据插值卷积自编码器(Data Interpolation Convolutional Auto-Encoder With Time Information,T-DINCAE)模型,该模型能够在序列数据中捕捉到较长时间间隔的依赖关系。基于空间覆盖度较低的卫星红外SST数据,利用T-DINCAE模型重构了南海空间全覆盖的红外SST数据集。经对比研究发现,T-DINCAE重构的SST结果优于DINCAE、DINEOF(Data Interpolating Empirical Orthogonal Functions)模型重构的结果。 展开更多
关键词 SST 遥感 convlstm DINCAE 数据重构
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基于ConvLSTM方法的客流量预测
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作者 谢思卓 吴春梅 《信息系统工程》 2025年第9期51-54,共4页
随着人口快速增长,合理疏导人流与优化场地资源配置成为城市管理的关键问题。客流量预测作为时间序列分析的重要应用,旨在通过历史数据预测未来人流趋势。传统模型在处理时空关联数据时存在局限性,而ConvLSTM模型通过引入卷积结构,实现... 随着人口快速增长,合理疏导人流与优化场地资源配置成为城市管理的关键问题。客流量预测作为时间序列分析的重要应用,旨在通过历史数据预测未来人流趋势。传统模型在处理时空关联数据时存在局限性,而ConvLSTM模型通过引入卷积结构,实现了时序依赖与空间特征的联合建模。文中首次将ConvLSTM应用于客流量预测,采用单变量和多变量时间序列进行实验。实验证明,ConvLSTM模型在多步时间序列预测问题上有很好的能力,而且ConvLSTM模型在多变量预测上的效果比单变量预测更好。 展开更多
关键词 客流量预测 时间序列分析 convlstm 时空特征建模
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基于注意力ConvLSTM模型的人脸图像年龄估计研究
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作者 秦瑾 焦勇 +1 位作者 李泽鹏 毛智勇 《计算机应用与软件》 北大核心 2025年第1期383-390,共8页
针对人脸图像在空间和时间序列上对细粒度特征方面年龄估计准确性不高的问题,提出一种基于注意力机制的卷积长短时记忆网络模型(Convolution Long-Short Term Memory, ConvLSTM)。在ConvLSTM模型的上一层隐藏状态和当前输入状态之间引... 针对人脸图像在空间和时间序列上对细粒度特征方面年龄估计准确性不高的问题,提出一种基于注意力机制的卷积长短时记忆网络模型(Convolution Long-Short Term Memory, ConvLSTM)。在ConvLSTM模型的上一层隐藏状态和当前输入状态之间引入注意力机制对年龄估计产生显著影响的特征因子增加权重;通过平均池化得到通道权重因子,并对注意力权重进行归一化操作,得到新的输入状态;利用新的输入状态通过ConvLSTM模型实现特征提取和年龄估计。为验证模型的有效性,以FG-NET和MORPH人脸数据集为实验对象,以平均绝对误差(Mean Absolute Error, MAE)和累积指数(Cumulative Score, CS)为评价指标。实验结果表明,算法模型在FG-NET和MORPH人脸数据集上平均绝对误差分别为3.60和2.45;在MORPH数据集上累积指数达到89.3%;与非注意力ConvLSTM模型和LSTM模型相比其累积指数平均提高0.80百分点和4.60百分点;在算法模型复杂度方面也具有良好表现。 展开更多
关键词 深度学习 注意力机制 convlstm模型 人脸图像 年龄估计
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ConvLSTM模型在空气污染物浓度短时预测中的应用研究
10
作者 田旭光 王丁 +2 位作者 张成名 刘宁 左钦文 《防化研究》 2025年第1期47-55,共9页
本文应用ConvLSTM (Convolutional Long Short-Term Memory)模型解决了空气污染物浓度短时预测的问题。首先基于卷积神经网络和长短期记忆网络对ConvLSTM模型的构建方法进行了探讨,深入剖析了模型的基本构成与结构特性,然后通过实验实... 本文应用ConvLSTM (Convolutional Long Short-Term Memory)模型解决了空气污染物浓度短时预测的问题。首先基于卷积神经网络和长短期记忆网络对ConvLSTM模型的构建方法进行了探讨,深入剖析了模型的基本构成与结构特性,然后通过实验实例详细展示了该模型在空气污染物浓度预测领域的应用过程,包括数据预处理、模型训练、预测结果分析等。实验结果表明,ConvLSTM模型用于空气污染物浓度短时预测的精度较高(始终保持在0.1%以内),同时也表明模型预测精度与时间序列并非总是正相关。当时间步长在某个值(本文实验中时间步长为10)附近时,模型预测精度较高。本研究可为其他具有类似时空特征数据序列的预测问题提供参考。 展开更多
关键词 convlstm模型 空气污染物 浓度 短时预测
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基于自注意力和稠密卷积改进ConvLSTM的雷达回波外推方法
11
作者 杨晓钰 牛雪梅 祁凯 《海洋气象学报》 2025年第3期107-116,共10页
针对现有雷达回波外推模型存在长时序回波外推模糊失真和强回波预测准确率较低等问题,利用安徽2016年5-9月的多普勒雷达组合反射率拼图数据,设计了一种基于自注意力和稠密卷积改进卷积长短期记忆(convolutional long short-term memory,... 针对现有雷达回波外推模型存在长时序回波外推模糊失真和强回波预测准确率较低等问题,利用安徽2016年5-9月的多普勒雷达组合反射率拼图数据,设计了一种基于自注意力和稠密卷积改进卷积长短期记忆(convolutional long short-term memory,ConvLSTM)网络的雷达回波外推方法。模型以ConvLSTM为基础,在每个单元结构以及编解码器中间融入自注意力机制,强化模型对于特征长时空间依赖的提取能力,同时用稠密连接卷积代替普通卷积,提高模型的特征重用能力。实验利用过去1 h雷达回波图像预测未来2 h雷达回波图像,并与改进前的ConvLSTM进行对比证明了提出的模型能够提高雷达回波外推的准确率。 展开更多
关键词 雷达回波外推 convlstm网络 自注意力机制 稠密卷积
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一种基于DWConvLSTM与局部敏感哈希注意力的视频摘要方案
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作者 朱頔 滕晓宇 +4 位作者 王刚 许文丽 樊懿雯 何勇 张清 《信息技术与信息化》 2025年第9期64-68,共5页
针对现有视频摘要算法存在特征敏感性不足、特征提取不够细腻、算法复杂性高等问题,文章基于深度可分离卷积(DWConv)、卷积长短期记忆网络(ConvLSTM)、多头注意力(Multi-Attention)与局部敏感哈希(LSH),共同设计一种轻量级视频摘要方案(... 针对现有视频摘要算法存在特征敏感性不足、特征提取不够细腻、算法复杂性高等问题,文章基于深度可分离卷积(DWConv)、卷积长短期记忆网络(ConvLSTM)、多头注意力(Multi-Attention)与局部敏感哈希(LSH),共同设计一种轻量级视频摘要方案(DWCH-Attention)。在这一方案中,为降低算法复杂性,通过改进ConvLSTM并结合DWConv搭建DWConvLSTM,再将其与注意力机制结合以提取全局特征;为提升特征提取细腻程度及算法对特征的敏感程度,借助局部敏感哈希(LSH)与交叉注意力机制设计局部特征提取方法;为进一步强化特征,设计以查询为驱动的特征融合方法,实现全局与局部特征的融合。为验证方案的有效性与可行性,将方案在TVSum与SumMe两个数据集上开展实验验证,结果表明,该方案在交叉验证、消融实验及对比分析中均表现出较好的性能。 展开更多
关键词 DWConv convlstm Multi-Attention 局部敏感哈希 视频摘要
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基于UConvLSTMs网络的批量运动目标捕获焦距预测方法
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作者 李超 张攀 《信息技术与信息化》 2025年第2期83-86,共4页
针对现有以位置检测为主的目标检测方案在采集批量运动目标时,存在大量细节缺失问题,文章提出了一种可支持光学变焦倍数预测的网络模型,辅助形成细节捕获为主的目标检测方案。该模型以UNet网络与ConvLSTM网络为核心而改进,通过与变焦倍... 针对现有以位置检测为主的目标检测方案在采集批量运动目标时,存在大量细节缺失问题,文章提出了一种可支持光学变焦倍数预测的网络模型,辅助形成细节捕获为主的目标检测方案。该模型以UNet网络与ConvLSTM网络为核心而改进,通过与变焦倍数关联的图像分割数据标签的监督训练,实现利用n帧历史图像直接预测第n+1帧图像中附属主体的前景分割区域,从而间接获得批量目标细节采集所需变焦倍数。仿真实验表明,网络模型针对人脸和QR码的焦距预测误差容限为5%时准确率分别达到73%、61%。 展开更多
关键词 焦距预测 细节捕获 convlstm UNet
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A hybrid ConvLSTM-Nudging model for predicting surface soil moisture in the Qilian Mountains,China
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作者 FAN Manhong XIAO Qian +1 位作者 YU Qinghe ZHAO Junhao 《Journal of Arid Land》 2025年第11期1623-1648,共26页
Spatiotemporal forecasting of surface soil moisture(SSM)is recognized as a critical scientific issue in precision agricultural irrigation,regional drought monitoring,and early warning systems for extreme precipitation... Spatiotemporal forecasting of surface soil moisture(SSM)is recognized as a critical scientific issue in precision agricultural irrigation,regional drought monitoring,and early warning systems for extreme precipitation.However,long-term forecasting continues to pose formidable challenges because of the complexity observed across both the spatial and temporal scales.In this study,we used a daily SSM dataset at a 0.05°×0.05°spatial resolution over the Qilian Mountains,China and proposed a hybrid Convolutional Long Short-Term Memory(ConvLSTM)-Nudging model,which combined deep neural networks with data assimilation to increase the accuracy of long-term SSM forecasting.We trained and evaluated the SSM predictive performance of four models(Convolutional Neural Network(CNN),Long Short-Term Memory(LSTM),ConvLSTM,and ConvLSTM with Squeeze-and-Excitation(SE)attention mechanism(ConvLSTM-SE))in both short-term and long-term scenarios.The results showed that all the models perform well under short-term predictions,but the accuracy decrease substantially in long-term predictions.Therefore,we integrated Nudging technique during the long-term prediction phase to assimilate observational information and rectify model biases.Comprehensive evaluations demonstrate that Nudging significantly improves all the models,with ConvLSTM-Nudging achieving the best performance under the 200-d forecasting scenario.Relative to those of the best-performing ConvLSTM model for long-term forecasts,when observation noiseδ=0.00 and observation fraction obs=50.0%,the coefficient of determination(R2)of ConvLSTM-Nudging increases by approximately 82.1%,while its mean absolute error(MAE)and root mean squared error(RMSE)decrease by approximately 84.8%and 77.3%,respectively;the average Pearson correlation coefficient(r)improves by approximately 23.6%,and Bias is reduced by 98.1%.These results demonstrated that although pure deep learning models achieve high accuracy in the short-term predictions,they are prone to error accumulation and systematic drift in long-term autoregressive predictions.Integrating data assimilation with deep learning and continuously correcting the state through observation can effectively suppress long-term biases,thereby achieving robust long-term SSM forecasting. 展开更多
关键词 data assimilation surface soil moisture deep neural networks Convolutional Long Short-Term Memory(convlstm) Squeeze-and-Excitation(SE)attention mechanism Nudging long-term prediction
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ConvLSTM神经网络的时序InSAR地面沉降时空预测 被引量:3
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作者 何毅 姚圣 +2 位作者 陈毅 闫浩文 张立峰 《武汉大学学报(信息科学版)》 北大核心 2025年第3期483-496,共14页
现有地面沉降时空预测方法存在时序特征捕捉能力差,未顾及空间邻域特征等问题,导致地面沉降时空预测的可靠性差。采用合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture radar,InSAR),提出了一种能够捕捉时序特征和空间邻... 现有地面沉降时空预测方法存在时序特征捕捉能力差,未顾及空间邻域特征等问题,导致地面沉降时空预测的可靠性差。采用合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture radar,InSAR),提出了一种能够捕捉时序特征和空间邻域特征的卷积长短时记忆(convolutional long short-term memory,ConvLSTM)神经网络地面沉降时空预测方法。选取北京首都国际机场作为研究区,首先基于差分干涉测量短基线集InSAR(small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR),利用Sentinel-1A影像获取地面沉降时空InSAR数据,然后构建ConvLSTM的地面沉降时空预测模型,模拟预测该区域未来一年的地面沉降。利用永久散射体干涉测量技术、SBAS-InSAR结果和水准点数据,交叉验证了时序InSAR结果的可靠性;时序InSAR地面沉降数据采用滑动窗口进行数据分割,形成多对一数据集模式;结合小波变换和评价指标确定时空预测模型的最佳时间步长,建立时序InSAR地面沉降的ConvLSTM时空预测模型。实验结果显示,所提模型的预测结果和真实结果的拟合度R^(2)达到0.997,基于图像评价指标结构相似性(structural similarity,SSIM)和多尺度结构相似性(multi-scale structural similarity,MS-SSIM)进一步评价了模型的性能,SSIM和MS-SSIM分别达到了0.914、0.975。此外,与支持向量回归、多层感知器、卷积神经网络和长短时记忆神经网络模型进行了对比分析,各项指标均显示所提模型最优。所提模型预测到2022年11月北京首都国际机场最大累积沉降量达到157 mm,研究成果可为城市地面沉降早期预防提供关键技术支撑。 展开更多
关键词 地面沉降 时序InSAR 时空预测 卷积长短时记忆神经网络
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基于PG-ConvLSTM网络的铁路运用车分配预测方法
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作者 龙泽雨 何世伟 +1 位作者 王攸妙 吴艺迪 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第8期3425-3435,共11页
高效合理地决策未来月度计划期的铁路运用车分配方案对满足货运市场需求和节约空车调配成本具有重要意义。针对运用车分配方案所具备的时空特性,提出一种基于卷积长短期记忆神经网络并融合物理引导思想的铁路运用车分配预测方法。首先,... 高效合理地决策未来月度计划期的铁路运用车分配方案对满足货运市场需求和节约空车调配成本具有重要意义。针对运用车分配方案所具备的时空特性,提出一种基于卷积长短期记忆神经网络并融合物理引导思想的铁路运用车分配预测方法。首先,通过主要影响因素识别,筛选出货运工作量类、货运组织水平类、货车运用属性类3类主要影响指标,并通过滑动窗口划分方法构造为模型输入。随后,构建基于PG-ConvLSTM(convolutional long short-term memory,ConvLSTM)网络的铁路运用车分配预测模型。模型以卷积长短期记忆神经网络作为主体框架,基于运用车分配的先验规律设计物理不一致项构造物理引导损失函数,并使用Hyperband算法优化模型网络层数与物理不一致项权重2项超参数。最后,使用MAE、RMSE与MAPE作为评价指标,并选用BP、CNN-LSTM、CNN-GRU与ConvLSTM网络模型作为对比,基于运用车分配实际数据进行实例分析。结果表明,PG-ConvLSTM模型评价指标MAE为0.0028,RMSE为0.0034,MAPE为7.22%,相比其他神经网络模型均为最优。PG-ConvLSTM模型得益于时空关联特征的同步提取机制,有效避免时空特征经卷积后再输入循环神经网络而丢失关键信息,从而具备更优的预测性能。物理引导损失函数对预测精度提升也具有积极作用。PG-ConvLSTM模型能够高效且准确地对运用车分配方案进行预测,可为实际运营中月度计划期运用车分配方案的制定提供参考。 展开更多
关键词 铁路运输 铁路运用车 分配预测 卷积长短期记忆神经网络 物理引导
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基于ConvLSTM(卷积长短期记忆网络)模型的地铁车站基坑开挖变形预测
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作者 吴迪 孙建军 卢让贤 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第11期98-103,共6页
[目的]基坑工程变形预测对于确保施工安全具有重要意义。传统的预测方法在处理基坑变形的复杂时空演化特征方面存在局限性,因此,需要对基坑变形的时空耦合预测方法进行深入分析。[方法]以上海轨道交通21号线龙东大道站基坑工程为案例,... [目的]基坑工程变形预测对于确保施工安全具有重要意义。传统的预测方法在处理基坑变形的复杂时空演化特征方面存在局限性,因此,需要对基坑变形的时空耦合预测方法进行深入分析。[方法]以上海轨道交通21号线龙东大道站基坑工程为案例,提出了一种基于ConvLSTM(卷积长短期记忆网络)模型的基坑变形预测方法。分析了案例车站基坑工程概况,以该基坑C区3个测点为研究对象,阐述了监测数据采集及预处理的方法。构建了基于ConvLSTM的基坑变形预测模型结构图,采用Adam优化器对模型进行了训练。对不同开挖阶段下这3个测点的地下连续墙水平位移实测值与预测值进行了对比,采用均方根误差、平均绝对误差和拟合优度3个指标对预测结果进行了预测精度评价,以验证所提方法的有效性和实用性。[结果及结论]所提方法能同时捕捉基坑变形的空间特征和时间序列特性,预测精度显著优于传统方法,3个测点的均方根误差分别为1.32 mm、1.20 mm和1.26 mm。所建模型对基坑关键变形特征(如最大变形位置、变形拐点)识别准确,能有效支持基坑工程实时监测和预警。 展开更多
关键词 地铁车站 基坑变形预测 卷积长短期记忆网络 深度学习 时空建模
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基于FFT与ConvLSTM的ERA5水汽预测
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作者 王勇 孟祥顺 +2 位作者 杜玮 刘严萍 刘宇博 《大地测量与地球动力学》 北大核心 2025年第10期1033-1036,共4页
利用ERA5多要素数据集,综合FFT与ConvLSTM方法开展ERA5水汽预测。首先采用FFT提取各气象要素的公共周期;然后分别选择不同公共周期的多气象要素数据、单一水汽数据作为模型输入,使用ConvLSTM方法进行训练并构建ERA5水汽预测模型;最后以G... 利用ERA5多要素数据集,综合FFT与ConvLSTM方法开展ERA5水汽预测。首先采用FFT提取各气象要素的公共周期;然后分别选择不同公共周期的多气象要素数据、单一水汽数据作为模型输入,使用ConvLSTM方法进行训练并构建ERA5水汽预测模型;最后以GNSS水汽、ERA5实测水汽分别开展ERA5点、面水汽的模型预测效果评价。结果表明,基于FFT与ConvLSTM的ERA5水汽预测方法可有效预测未来120 h的水汽,在单点和面空间范围内均有较高精度,可为短临降水预警提供数据基础。 展开更多
关键词 水汽 快速傅里叶变换 卷积长短时记忆网络 ERA5 GNSS
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基于ConvLSTM的飞机发动机喷流时空预测
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作者 何昕 黎泽君 +1 位作者 陈亚青 虞启洲 《航空计算技术》 2024年第5期16-21,共6页
为探究起飞飞机发动机喷流对后侧穿越飞机的影响程度,提出一种基于卷积长短时记忆网络(ConvLSTM)的飞机发动机喷流预测模型,旨在预测未来某一时段的流场数据。通过激光测风雷达采集飞机发动机喷流数据并进行预处理。分别采用时间子网和... 为探究起飞飞机发动机喷流对后侧穿越飞机的影响程度,提出一种基于卷积长短时记忆网络(ConvLSTM)的飞机发动机喷流预测模型,旨在预测未来某一时段的流场数据。通过激光测风雷达采集飞机发动机喷流数据并进行预处理。分别采用时间子网和空间子网捕捉飞机发动机喷流的时间和空间结构特征。通过融合时空特征,使用全连接层输出未来流场数据,以此构建卷积长短时记忆网络面向飞机发动机复杂喷流数据的未来帧预测。结果表明:ConvLSTM模型能够准确地预测出飞机发动机喷流的时空分布,取得RMSE12.28和MAE9.26的实验结果,较传统神经网络模型预测结果拥有更稳定的RMSE值及预测精度,有效提高了喷流时空预测的质量和精度,为研究飞机发动机喷流影响范围提供支撑。 展开更多
关键词 发动机喷流 激光测风雷达 convlstm 时空预测
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基于ConvLSTM融合RMAPS-NOW数据的雷达回波外推研究 被引量:6
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作者 王善昊 胡志群 +1 位作者 王福增 陈杰鑫 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期554-567,共14页
雷达回波外推是临近预报、人工影响天气作业及效果评估的主要参考依据之一,快速准确的回波外推技术一直是雷达气象领域的研究热点。近年来,基于深度学习的时空序列预测模型在雷达回波外推中得到了广泛应用。然而,这些外推网络架构的输... 雷达回波外推是临近预报、人工影响天气作业及效果评估的主要参考依据之一,快速准确的回波外推技术一直是雷达气象领域的研究热点。近年来,基于深度学习的时空序列预测模型在雷达回波外推中得到了广泛应用。然而,这些外推网络架构的输入大多用16级伪彩色雷达回波强度产品转化而来的灰度图,丢失了许多回波细节,并且随着外推时间延长,误差不可避免地增大。回波的生消、移动、演变与天气背景紧密相关,因此,将北京城市气象研究院研发的新一代快速更新多尺度资料分析和预报系统的临近数值预报子系统(RMAPS-NOW)初始零场的部分物理量产品融入华北雷达拼图原始数据,构建多个雷达单元(Radar cells),并将这些雷达单元作为输入,基于卷积长短期记忆网络(ConvLSTM),设计了一个多通道雷达回波外推网络架构(MR-ConvLSTM)。另外,考虑到卷积算法的平滑性,构建了自定义损失函数,增加回波强度的时空权重进行时空衰减订正。选取(40.65°—41.65°N,114°—115.4°E)内2018—2021年的6—9月共13000组华北雷达组合反射率因子拼图及RMAPS-NOW初始零场数据,其中的80%共10400组为训练集,20%共2600组为测试集。引入的物理量包括多个高度层的u、v风(1350 m),相对湿度(RH,150 m),水平散度(1350 m)等,基于ConvLSTM及MR-ConvLSTM加自定义损失函数,分别训练得到5个雷达回波外推模型。采用临界成功指数(CSI)、命中率(POD)、虚警率(FAR)作为评价指标,利用测试集对所有模型进行评估。基于引入物理量的MR-ConvLSTM训练得到的模型在20、30、35 dBz反射率阈值下,比未引入物理量的基于ConvLSTM的外推模型CSI值平均高4.67%、13.8%、5.98%,POD值平均高3.1%、7.68%、8.38%,FAR值平均低6.37%、8.54%、10.17%,同时引入3种物理量(RH、u、v)的外推模型在不同阈值的各项指标中综合表现最好,其CSI、 POD值在3种不同阈值下比未引入物理量模型平均高16.01%、13.38%,FAR值平均低14.88%。从模型应用的个例可视化也可以看出,引入物理量后有效提升了雷达回波外推的准确度,证明基于MR-ConvLSTM架构训练的雷达回波外推模型有较强的泛化能力。 展开更多
关键词 雷达回波外推 深度学习 RMAPS-NOW MR-convlstm网络架构 自定义损失函数
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