[發(fā)明專利]基于機器學(xué)習(xí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)推演獲取方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011060312.3
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112233734B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程杰
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G16C20/70
• 分類號: G16C20/70;G16C20/90;G01N33/18;G06N20/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

1.基于機器學(xué)習(xí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)推演獲取方法，其特征是，包括：模型生成階段和數(shù)據(jù)推演階段；

模型生成階段，采用機器學(xué)習(xí)方法，生成目標水質(zhì)因子的獨立相關(guān)特征集和最優(yōu)推演模型；

所述模型生成階段，包括以下步驟：

S1-1：確定研究水域E和目標水質(zhì)因子x，獲取水域E的各監(jiān)測站位水質(zhì)監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)集W；

S1-2：對歷史數(shù)據(jù)集W進行處理，得到處理后的數(shù)據(jù)集W^*；基于處理后的數(shù)據(jù)集W^*，構(gòu)造目標水質(zhì)因子x的獨立相關(guān)特征集R；

S1-3：采用機器學(xué)習(xí)方法，基于獨立相關(guān)特征集R，獲得目標水質(zhì)因子x的最優(yōu)推演模型m^*；

數(shù)據(jù)推演階段，將獨立相關(guān)特征集所涵蓋的各水質(zhì)因子某時段的數(shù)據(jù)集輸入最優(yōu)推演模型，推算出當前時段的目標水質(zhì)因子數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)推演階段，包括以下步驟：

S2-1：在水域E，采集獨立相關(guān)特征集R所涵蓋的各特征因子某時段的數(shù)據(jù)集G；

S2-2：將數(shù)據(jù)集G輸入最優(yōu)推演模型m^*，推算出該時段水質(zhì)因子x的數(shù)值；

所述獨立相關(guān)特征集，是指滿足以下條件的特征因子的集合：

條件1：R為W^*所對應(yīng)的特征因子集合的子集，且

條件2：對任意特征因子r∈R，r與目標水質(zhì)因子x的相關(guān)性大于預(yù)設(shè)的閾值P_A；

條件3：對任意兩個特征因子r_i,r_j∈R，r_i與r_j的相關(guān)性小于預(yù)設(shè)的閾值P_B；

上述條件中，條件1和條件2為必要條件，條件3為優(yōu)化條件；

進一步地，若目標水質(zhì)因子x存在核心關(guān)聯(lián)因子集S，則增加必要條件：

條件4：存在核心關(guān)聯(lián)因子y∈S,且

所述目標水質(zhì)因子x的核心關(guān)聯(lián)因子集，是指，若存在特征因子集合S,滿足以下3個條件：

(1)S為W^*所對應(yīng)的特征因子集合的子集；

(2)對任意特征因子y∈S，y與目標水質(zhì)因子x的相關(guān)性大于預(yù)設(shè)的閾值P_C；

(3)由S中所有特征因子通過數(shù)學(xué)計算可直接得到目標水質(zhì)因子x的數(shù)值；則，S即為目標水質(zhì)因子x的核心關(guān)聯(lián)因子集；S中的每個元素皆為目標水質(zhì)因子x的核心關(guān)聯(lián)因子。

2.如權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)推演獲取方法，其特征是，

對歷史數(shù)據(jù)集W進行處理，是指包括：數(shù)據(jù)去重、數(shù)據(jù)下采樣、數(shù)據(jù)插補、特征構(gòu)造、數(shù)據(jù)歸一化、數(shù)據(jù)重組步驟的處理過程。

3.如權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)推演獲取方法，其特征是，

采用機器學(xué)習(xí)方法，基于獨立相關(guān)特征集R，獲得目標水質(zhì)因子x的最優(yōu)推演模型m^*，包括以下步驟：

S1-3-1：根據(jù)獨立相關(guān)特征集R，在所述數(shù)據(jù)集W^*中分出R所對應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)集

S1-3-2：選取學(xué)習(xí)器模型集M＝{m₁,m₂,…,m_k}，k為選取的學(xué)習(xí)器模型數(shù)量；

S1-3-3：將所述歷史數(shù)據(jù)集及水質(zhì)因子x的歷史數(shù)據(jù)劃分訓(xùn)練集、驗證集和測試集，對模型集M中各學(xué)習(xí)器分別進行模型訓(xùn)練、測試、評價，得到最優(yōu)目標模型m^*。

4.如權(quán)利要求3所述的基于機器學(xué)習(xí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)推演獲取方法，其特征是，

所述步驟S1-3-3中，劃分訓(xùn)練集、驗證集和測試集采用隨機劃分、根據(jù)時間段劃分、或者根據(jù)空間分布劃分；所述評價，是指對各模型使用擬合優(yōu)度、平均絕對誤差、均方根誤差指標進行評價，并通過對比評價指標數(shù)值選取最優(yōu)模型m^*。