[發明專利]一種基于數據修復的池塘溶解氧預測方法

有效

• 申請號: 201710691016.5
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107480775B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 施珮;袁永明;張紅燕;賀艷輝;龔赟翀;王紅衛;代云云;袁媛
• 申請（專利權）人: 中國水產科學研究院淡水漁業研究中心
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G06N3/08;G06Q10/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 邵驊

本發明公開了一種基于數據修復的池塘溶解氧預測方法，該預測方法包括確定預測對象、定義氣象綜合指數、數據修復、GRNN神經網絡模型構建、初始化GRNN神經網絡和訓練神經網絡這幾個步驟，本發明涉及到與池塘溶解氧預測相關的氣象因子和水產養殖環境因子中的11個指標參數，將這11個指標參數作為輸入量，基于氣象環境數據和水質數據短時間的連續性，利用氣象綜合指數和線性插值法對傳感器采集中丟失和發生異常的數據進行修復，將溶解氧濃度作為輸出量，確定GRNN神經網絡預測模型，GRNN 網絡模型與傳統 BP模型的溶解氧預測訓練效果相比，GRNN算法相較于 BP 算法有更高的精度，能較好的反映一段時間內池塘溶解氧變化的基本趨勢。

技術領域

本發明涉及一種池塘溶解氧預測方法，尤其涉及一種基于數據修復的池塘溶解氧預測方法。

背景技術

集約化的水產養殖在未來的水產養殖中將占有重要地位。溶解氧的預測是水產養殖管理中一項非常重要的工作，如何在獲取溶解氧濃度信息，并及時在低濃度溶氧發生之前采取增氧措施是集約化工廠化水產養殖過程中的重要問題。通過現代信息技術手段進行溶解氧預測能夠為集約化工廠化養殖提供水質管理和控制的重要參考依據，從而達到降低養殖風險、提高經濟效益的目的。

目前，現有技術中有使用遺傳算法和BP神經網絡從氣壓、氣溫、降雨量、光照強度，風速、風向和空氣濕度等氣象指標建立模型，預測池塘溶解氧濃度；有使用最小二乘支持向量回歸機從預定時段內的水質指標和相關氣象因子數據出發獲取溶解氧濃度預測值；另外，還有使用利用蟻群算法優化最小二乘支持向量機的懲罰因子和核函數寬度參數從而建立溶解氧預測模型，各種預測方法在實際的溶解氧預測中仍然會存在一定的誤差。

發明內容

為了解決現有技術中存在的不足，本發明提供了一種基于數據修復的池塘溶解氧預測方法，分析了池塘溶解氧與氣象因子和水產養殖環境因子之間的關系，引入氣象綜合指數作為數據修復的參考依據，使用GRNN神經網絡對池塘溶解氧進行預測，并取得了較好的效果。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種基于數據修復的池塘溶解氧預測方法，其特征在于包括以下幾個步驟：

(1)確定預測對象，針對集約化、工廠化水產中的池塘溶解氧進行預測，定義氣象因子和水產養殖環境因子兩大影響因素，與兩大影響因素相關的b個指標參數構成溶解氧預測的基本輸入變量，將溶解氧濃度作為預測輸出變量，b為正整數；

(2)定義氣象綜合指數，獲得氣象綜合指數評價結果；

首先，定義m個氣象因素作為氣象綜合指數的評價指標，確定因子分析法進行氣象綜合指數的評定，m為小于b的正整數；

其次，確定特征因子，并計算各得分因子的系數；采用因子分析法中的主成分分析為因子提取的方法，以特征值大于1的因子為公共因子，按照特征值大于1為準則，從多個氣象綜合指數的評價指標中提取j個公因子作為氣象綜合指數的評價；并定義它們分別為F₁，F₂，…,F_j；j為小于m的正整數；

通過式(1)計算j個公共因子的得分：

F_ij＝∑X_imia_mj (1)

式中：i表示評估氣象綜合指數的樣本數，j表示提取的公共因子數，m代表指標體系的評價指標數，F_ij為第i組樣本第j個因子得分，a_mj為第m個變量在第j因子上的得分系數，X_im為第j個因子在第m個變量上的數值；

最后，獲得氣象綜合指數評價結果，確定光照特征因子F₁-F_j這幾個公因子的方差貢獻率作為公因子權重系數，通過加權法，獲得池塘氣象綜合指數的評價結果，計算公式如下式：