[發(fā)明專利]基于高斯回歸的大氣污染物濃度的預(yù)測方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010601670.4
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111754042A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅磊;李辰;李瑋;廖強
• 申請（專利權(quán)）人: 成都佳華物鏈云科技有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06K9/62
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 唐正瑜

1.一種基于高斯回歸的大氣污染物濃度的預(yù)測方法，其特征在于，包括：

獲取距當(dāng)前時刻第一預(yù)設(shè)歷史時間段內(nèi)的第一環(huán)境數(shù)據(jù)；其中，所述環(huán)境數(shù)據(jù)包括多種污染物濃度數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)；

根據(jù)預(yù)設(shè)時間窗口從所述第一環(huán)境數(shù)據(jù)中獲取多個訓(xùn)練樣本，其中，所述訓(xùn)練樣本包括第一時間段對應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)和第二時間段對應(yīng)的多種污染物濃度數(shù)據(jù)，且所述第一時間段中的最早時刻早于所述第二時間段中的最早時刻；

利用所述多個訓(xùn)練樣本對高斯過程回歸模型進行訓(xùn)練，獲得預(yù)測模型；

獲取距當(dāng)前時刻第二預(yù)設(shè)歷史時間段內(nèi)的第二環(huán)境數(shù)據(jù)，利用所述預(yù)測模型對所述第二環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析，獲得所述預(yù)測模型輸出的未來預(yù)設(shè)時間段內(nèi)污染物濃度數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述多個訓(xùn)練樣本對高斯過程回歸模型進行訓(xùn)練，獲得預(yù)測模型，包括：

構(gòu)建高斯核函數(shù)，所述高斯核函數(shù)中的參數(shù)為初始值；

利用所述多個訓(xùn)練樣本對所述高斯核函數(shù)中的參數(shù)進行優(yōu)化，獲得所述預(yù)測模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述多個訓(xùn)練樣本對所述高斯核函數(shù)中的參數(shù)進行優(yōu)化，獲得所述預(yù)測模型，包括：

利用多個訓(xùn)練樣本對所述高斯核函數(shù)中的參數(shù)進行如下迭代步驟的學(xué)習(xí)，直至獲得的預(yù)測數(shù)據(jù)與第二時間段對應(yīng)的多種污染物濃度數(shù)據(jù)的距離小于預(yù)設(shè)值為止；其中，所述迭代步驟包括：

將訓(xùn)練樣本中第一時間段對應(yīng)的第一環(huán)境數(shù)據(jù)代入所述高斯核函數(shù)，獲得所述第一時間段對應(yīng)的第一環(huán)境數(shù)據(jù)對應(yīng)的第一協(xié)方差矩陣；

根據(jù)所述第一協(xié)方差矩陣進行采樣，獲得預(yù)測數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述預(yù)測數(shù)據(jù)和所述訓(xùn)練樣本中第二時間段對應(yīng)的多種污染物濃度數(shù)據(jù)對所述高斯核函數(shù)中的參數(shù)進行優(yōu)化。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述高斯核函數(shù)為：

k＝RBF×periodic×C；

其中，σ₁、l₁、σ₂、l₂、p、σ_b、σ₃和c均為所述高斯核函數(shù)的參數(shù)；t_a和t_b為任意兩個指數(shù)；k為指數(shù)a和b上兩個訓(xùn)練樣本中的第一環(huán)境數(shù)據(jù)x_a和x_b的協(xié)方差。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述預(yù)測模型對所述第二環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析，獲得所述預(yù)測模型輸出的未來預(yù)設(shè)時間段內(nèi)污染物濃度數(shù)據(jù)，包括：

獲取所述預(yù)測模型對應(yīng)的高斯核函數(shù)，并根據(jù)所述多個訓(xùn)練樣本以及所述高斯核函數(shù)確定所述多個訓(xùn)練樣本對應(yīng)的第二協(xié)方差矩陣；

根據(jù)所述第二協(xié)方差矩陣，利用貝葉斯公式計算獲得所述第二環(huán)境數(shù)據(jù)對應(yīng)的均值和協(xié)方差；

根據(jù)所述均值和所述協(xié)方差矩陣獲得所述第二環(huán)境數(shù)據(jù)對應(yīng)的未來預(yù)設(shè)時間段內(nèi)污染物濃度數(shù)據(jù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第二協(xié)方差矩陣，利用貝葉斯公式計算獲得所述第二環(huán)境數(shù)據(jù)對應(yīng)的均值和協(xié)方差，包括：

根據(jù)計算獲得所述第二環(huán)境數(shù)據(jù)對應(yīng)的均值；

根據(jù)計算獲得所述第二環(huán)境數(shù)據(jù)對應(yīng)的協(xié)方差；

其中，訓(xùn)練樣本對應(yīng)的第二協(xié)方差矩陣為X₁為所述訓(xùn)練樣本；μ₁和μ₂為所述訓(xùn)練樣本的均值。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述多種污染物濃度數(shù)據(jù)包括PM2.5、PM10、二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮和臭氧中的多項，所述氣象數(shù)據(jù)包括：空氣質(zhì)量指數(shù)、天氣、風(fēng)速、風(fēng)向和溫度和相對濕度中的至少一項。