[發(fā)明專利]一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量預(yù)測優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210103413.7
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114565136A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許志偉;王嘉泰;劉廣文;王永生
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/26;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量預(yù)測優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，收集數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括地理位置相鄰的若干空氣質(zhì)量監(jiān)測點在一段時間內(nèi)的實測數(shù)據(jù)和一次預(yù)報數(shù)據(jù)；

步驟2，利用空氣質(zhì)量監(jiān)測點A的實測數(shù)據(jù)，訓(xùn)練生成對抗網(wǎng)絡(luò)A，訓(xùn)練完畢后，生成對抗網(wǎng)絡(luò)A的生成器能夠預(yù)測數(shù)據(jù)；

步驟3，對其它空氣質(zhì)量監(jiān)測點的實測數(shù)據(jù)，分別利用生成對抗網(wǎng)絡(luò)A的判別器繼續(xù)訓(xùn)練，得到多個生成器，生成器的數(shù)量與空氣質(zhì)量監(jiān)測點的數(shù)量一致，通過得到的生成器預(yù)測和修正對應(yīng)空氣質(zhì)量監(jiān)測點的一次預(yù)報數(shù)據(jù)，并作為二次預(yù)報模型的輸入；

步驟4，根據(jù)各空氣質(zhì)量監(jiān)測點的生成器，對每一個空氣質(zhì)量監(jiān)測點生成器的預(yù)測結(jié)果進行集成，建立一個協(xié)同時空的二次預(yù)報模型，并通過該模型得到污染物的濃度值單日預(yù)報，并計算相應(yīng)AQI和首要污染物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量預(yù)測優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟1中，實測數(shù)據(jù)為空氣質(zhì)量監(jiān)測點實際監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)；一次預(yù)報數(shù)據(jù)為空氣質(zhì)量監(jiān)測點原有模型運行產(chǎn)生的預(yù)測數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量預(yù)測優(yōu)化方法，其特征在于，所述空氣質(zhì)量監(jiān)測點原有模型為WRF-CMAQ模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量預(yù)測優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引入門控循環(huán)單元(GRUI)作為主網(wǎng)絡(luò)，損失函數(shù)選用WGAN的損失函數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量預(yù)測優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2，在訓(xùn)練過程中，先隨機生成若干高斯分布的初始化向量作為噪聲，將所述噪聲傳入生成偽時間序列的生成器和區(qū)分偽數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)的判別器實現(xiàn)平衡，使得判別器判別正確和判別錯誤的概率均達到0.5，當(dāng)生成的數(shù)據(jù)真實的概率最大時，停止訓(xùn)練。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量預(yù)測優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3，首先針對其它空氣質(zhì)量監(jiān)測點提供的數(shù)據(jù)篩選出預(yù)報效果相對較好、預(yù)報準確率相對較高的氣象條件作為預(yù)報因子，以縮小數(shù)據(jù)范圍；接著以訓(xùn)練好的生成對抗網(wǎng)絡(luò)A的判別器訓(xùn)練其他空氣質(zhì)量監(jiān)測點的生成器，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與損失函數(shù)與訓(xùn)練生成對抗網(wǎng)絡(luò)A時完全一致，最終得到多個空氣質(zhì)量監(jiān)測點的生成對抗網(wǎng)絡(luò)的生成器，該生成器能夠?qū)σ淮晤A(yù)報數(shù)據(jù)做預(yù)測與修正。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量預(yù)測優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟4，將各空氣質(zhì)量監(jiān)測點訓(xùn)練好的生成器做同構(gòu)集成，再結(jié)合各生成器的權(quán)重w，建立一個同時適用于各空氣質(zhì)量監(jiān)測點的二次預(yù)報模型，將各生成器預(yù)測與修正的一次預(yù)報數(shù)據(jù)進行加權(quán)平均求和，作為二次預(yù)報模型的輸入，最后通過二次預(yù)報模型計算輸出相應(yīng)AQI和首要污染物，進而預(yù)測空氣質(zhì)量。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量預(yù)測優(yōu)化方法，其特征在于，所述空氣質(zhì)量監(jiān)測點的數(shù)量至少為3個。