[發(fā)明專利]一種基于GRU溶解氧長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910364029.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110334845A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭亞;李無(wú)言;蔣永年;朱南陽(yáng);夏倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué);江蘇中農(nóng)物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q50/02;G06F17/50
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 李艾

本發(fā)明涉及水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，具體為大閘蟹的養(yǎng)殖,涉及一種基于GRU溶解氧長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明使用與溶解氧具有較強(qiáng)相關(guān)性的變量，合理設(shè)計(jì)劃分?jǐn)?shù)據(jù)集，并運(yùn)用GRU網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，提高了模型的預(yù)測(cè)精度，達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)的效果，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)溶解氧未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)，為養(yǎng)殖戶養(yǎng)殖過(guò)程的增氧等措施提供合理建議，從而規(guī)劃增氧設(shè)備的使用時(shí)間，有效提高大閘蟹產(chǎn)量和降低養(yǎng)殖過(guò)程中的能耗和成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，具體為大閘蟹的養(yǎng)殖,涉及一種基于GRU溶解氧長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是我國(guó)的重要產(chǎn)業(yè)之一，溶解氧作為水質(zhì)變化的重要參數(shù)，反映了養(yǎng)殖水域的水體環(huán)境，并影響著大閘蟹的生長(zhǎng)過(guò)程。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)溶解氧的濃度，可以為養(yǎng)殖戶提供養(yǎng)殖建議，但是在實(shí)際養(yǎng)殖中，養(yǎng)殖水域溶解氧數(shù)值大都無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且短期預(yù)測(cè)結(jié)果也不精確，極易導(dǎo)致人工增氧不及時(shí)，造成大閘蟹死亡等惡劣后果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)溶解氧的變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)精度高的基于GRU溶解氧長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于GRU溶解氧長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

S1：構(gòu)建數(shù)據(jù)集，使用歷史采集的養(yǎng)殖水域的歷史數(shù)據(jù)，包括養(yǎng)殖水域的溫度、pH、濁度、氨氮化合物濃度、溶解氧濃度以及相應(yīng)的采集時(shí)間，分析每個(gè)歷史數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，然后建立數(shù)據(jù)集；

S2：設(shè)定輸入輸出數(shù)據(jù)集，根據(jù)數(shù)據(jù)集的采集周期為10分鐘，將輸入數(shù)據(jù)集中的單個(gè)元素設(shè)定為120次采集數(shù)據(jù)構(gòu)成的6*120矩陣，其為時(shí)刻t前20時(shí)小時(shí)采集的數(shù)據(jù)，包括采集的時(shí)間記錄、溫度、pH、濁度、NH和溶解氧濃度；將輸出數(shù)據(jù)集設(shè)定為t時(shí)刻向后20小時(shí)的溶解氧濃度；

S3：優(yōu)化模型，以交叉驗(yàn)證的方式對(duì)輸入數(shù)據(jù)集和輸出數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測(cè)試集，分別訓(xùn)練和測(cè)試優(yōu)化的GRU網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合設(shè)定的初始網(wǎng)絡(luò)參數(shù),建立預(yù)測(cè)溶解氧的預(yù)測(cè)GRU模型，用損失函數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)GRU模型進(jìn)行跟蹤，調(diào)整參數(shù)，以獲得最優(yōu)的預(yù)測(cè)GRU模型；

S4：驗(yàn)證預(yù)測(cè)模型，對(duì)養(yǎng)殖水域的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，運(yùn)用步驟S3所建立的預(yù)測(cè)GRU模型預(yù)測(cè)溶解氧數(shù)據(jù)并對(duì)其檢測(cè)，以獲得養(yǎng)殖水域的溶解氧變化趨勢(shì)。

優(yōu)選的，在步驟S2中，在對(duì)數(shù)據(jù)集劃分輸入輸出數(shù)據(jù)集時(shí)，將溶解氧濃度劃入輸入數(shù)據(jù)集中。

優(yōu)選的，在步驟S3、S4中，在對(duì)預(yù)測(cè)GRU模型的訓(xùn)練和驗(yàn)證過(guò)程中，對(duì)預(yù)測(cè)GRU模型進(jìn)行反復(fù)多次訓(xùn)練，用以優(yōu)化預(yù)測(cè)模型。

優(yōu)選的，步驟S1中，在分析每個(gè)歷史數(shù)據(jù)間的相關(guān)性前，先對(duì)歷史數(shù)據(jù)中的異常值進(jìn)行異常值處理。

優(yōu)選的，步驟S3中，在訓(xùn)練過(guò)程中，對(duì)預(yù)測(cè)GRU模型的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，包括節(jié)點(diǎn)數(shù)、學(xué)習(xí)率和迭代次數(shù)。

優(yōu)選的，步驟S3中，初始網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括各層節(jié)點(diǎn)數(shù)，學(xué)習(xí)率，優(yōu)化器以及損失函數(shù)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明使用與溶解氧具有較強(qiáng)相關(guān)性的變量，合理設(shè)計(jì)劃分?jǐn)?shù)據(jù)集，并運(yùn)用GRU網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，提高了模型的預(yù)測(cè)精度，達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)的效果，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)溶解氧未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)，為養(yǎng)殖戶養(yǎng)殖過(guò)程的增氧等措施提供合理建議，從而規(guī)劃增氧設(shè)備的使用時(shí)間，有效提高大閘蟹產(chǎn)量和降低養(yǎng)殖過(guò)程中的能耗和成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種基于GRU溶解氧長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)方法流程圖。

圖2是運(yùn)用已有數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析后得到的結(jié)果。

圖3是本發(fā)明模型測(cè)試結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式