[發(fā)明專利]一種基于指數(shù)平滑模型的污水處理廠進(jìn)水量預(yù)測的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810382401.6
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108615092A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳新泉;薛菲;李繼庚;洪蒙納;胡雨沙
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省廣業(yè)科技集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/30
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于指數(shù)平滑模型的污水處理廠進(jìn)水量預(yù)測的方法，其特征在于，包括下述步驟：

S1、獲取污水處理廠進(jìn)水量的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，以篩選質(zhì)量不合格的數(shù)據(jù)；

S2、對步驟S1中經(jīng)過質(zhì)量分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，獲得用于建模的時間序列數(shù)據(jù)；所述預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)填補、以及數(shù)據(jù)濾波；

S3、根據(jù)步驟S2獲得的時間序列數(shù)據(jù)的變化趨勢，選擇指數(shù)平滑模型；所述指數(shù)平滑模型包括：一次指數(shù)平滑模型、二次指數(shù)平滑模型、以及三次指數(shù)平滑模型；

S4、對于經(jīng)過步驟S3選擇的指數(shù)平滑模型，利用優(yōu)選法確定該指數(shù)平滑模型的加權(quán)系數(shù)，得到污水處理廠進(jìn)水量指數(shù)平滑模型；

S5、根據(jù)步驟S4獲得的污水處理廠進(jìn)水量指數(shù)平滑模型，利用訓(xùn)練樣本進(jìn)行污水處理廠進(jìn)水量預(yù)測，進(jìn)行預(yù)測效果分析，如果預(yù)測效果不合格，則重新選擇指數(shù)平滑的次數(shù)，直到模型合格為止，最后輸出預(yù)測結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于指數(shù)平滑模型的污水處理廠進(jìn)水量預(yù)測的方法，其特征在于，步驟S1中，所述數(shù)據(jù)質(zhì)量分析具體指判斷獲取的污水處理廠進(jìn)水量的原始數(shù)據(jù)是否存在數(shù)據(jù)質(zhì)量不合格的數(shù)據(jù)，所述質(zhì)量不合格的數(shù)據(jù)包括異常值、缺失值、以及包含非數(shù)值型數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于指數(shù)平滑模型的污水處理廠進(jìn)水量預(yù)測的方法，其特征在于，對于數(shù)據(jù)異常值，通過箱線圖進(jìn)行初次篩選，再通過3σ準(zhǔn)則進(jìn)行二次篩選；對于缺失值，采用matlab中的isnan()函數(shù)進(jìn)行判斷，對于非數(shù)值型數(shù)據(jù)，采用matlab中的isnumeric()函數(shù)進(jìn)行判斷。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于指數(shù)平滑模型的污水處理廠進(jìn)水量預(yù)測的方法，其特征在于，步驟S2中，所述數(shù)據(jù)清洗具體指：將數(shù)據(jù)質(zhì)量分析篩選出的異常值通過全局均值替換，非數(shù)值型數(shù)據(jù)變?yōu)槌?shù)值；

所述數(shù)據(jù)填補具體指：將連續(xù)1個小時以內(nèi)的缺失值采用單序列的局部回歸擬合插值法進(jìn)行填補，其余連續(xù)超過1小時的缺失值進(jìn)行最近鄰法插值；

所述數(shù)據(jù)濾波具體指：采用滑動平均濾波對經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)填補后的污水處理廠進(jìn)水量進(jìn)行濾波處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于指數(shù)平滑模型的污水處理廠進(jìn)水量預(yù)測的方法，其特征在于，步驟S3中，所述一次指數(shù)平滑模型、二次指數(shù)平滑模型、以及三次指數(shù)平滑模型；

此三種模型的基本模型為：

S_t＝a×y_t+(1-a)×S_t-1

一次指數(shù)平滑模型為：y_t+1＝a×y_t+(1-a)×y_t

二次指數(shù)平滑模型為：

三次指數(shù)平滑模型為：

其中，為時間t的i次平滑值，y_t為時間t的實際值，為時間t-1的i次平滑值，a為加權(quán)系數(shù)，范圍為[0,1]，i＝1,2,3；

不同的指數(shù)平滑模型其預(yù)測特性不同，當(dāng)時間序列數(shù)據(jù)無明顯的趨勢變化時，采用一次指數(shù)平滑預(yù)測；當(dāng)時間序列數(shù)據(jù)呈現(xiàn)直線趨勢，選用二次指數(shù)平滑法預(yù)測；當(dāng)時間序列數(shù)據(jù)呈現(xiàn)拋物線趨勢，或者時間序列的數(shù)據(jù)經(jīng)二次指數(shù)平滑處理后，仍有曲率時，選用三次指數(shù)平滑法預(yù)測。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于指數(shù)平滑模型的污水處理廠進(jìn)水量預(yù)測的方法，其特征在于，步驟S4中，優(yōu)選法確定指數(shù)平滑模型加權(quán)系數(shù)具體指：通過黃金分割的方法選擇加權(quán)系數(shù)，通過預(yù)測結(jié)果與實際結(jié)果對比，選取結(jié)果誤差的范圍為[b，d]，其中，0≤b<1，0<d≤1，然后繼續(xù)進(jìn)行分割，直到d-b<0.1結(jié)束，取區(qū)間平均值為指數(shù)平滑模型加權(quán)系數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于指數(shù)平滑模型的污水處理廠進(jìn)水量預(yù)測的方法，其特征在于，步驟S5中，所述的預(yù)測效果分析具體指：將預(yù)測模型得出的水進(jìn)水量的預(yù)測值和實際值進(jìn)行比較，然后根據(jù)指數(shù)平滑模型預(yù)測效果的評價指標(biāo)進(jìn)行模型預(yù)測效果的分析，所述模型預(yù)測效果的評價指標(biāo)包括均方根誤差平方和RMSE和相對誤差百分比MAPE；

均方根誤差平方和RMSE的表達(dá)式如下：

式中，y_pi為預(yù)測值，y_oi為實際值；i表示采樣點，n表示采樣總數(shù)；

相對誤差百分比MAPE的表達(dá)式為：