本技术介绍了一种融合双重信号分解与深度学习算法的河流水质预测方法。该方法首先利用随机森林特征选择技术(RF)筛选出与水质预测紧密相关的水质数据特征。
背景技术
随着全球经济的快速发展和工业化进程的加快,水质污染问题日益严峻,河流水质状况已成为全球关注的焦点。水质污染不仅威胁到人类的饮用水安全,还会导致水生生态系统的显著退化,进而影响生物多样性和生态平衡。鉴于水质污染的复杂性和广泛性,仅依靠事后治理难以有效控制其带来的危害,因此,建立有效的水质预测系统显得尤为必要。通过对水质污染物进行长期预报,可以及时识别潜在的风险区域,从而显著提高应急响应能力,减少水污染对生态环境和人类健康的危害,这对全球水资源管理和环境保护具有重要意义。
近年来,随着人工智能和机器学习技术的迅猛发展,深度学习神经网络模型在水质长期预测中展现出新的潜力。许多研究者开始应用长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)、时间卷积网络(TCN)等技术构建水质预测模型。然而,由于水质受到气象条件、地质特征和污染源等多种因素的综合影响,这些因素之间存在复杂的非线性关系,传统的单一模型在应对这一复杂性时表现出明显的局限性,难以准确捕捉时间序列中的变化趋势。
卷积神经网络与长短期记忆网络(CNN-LSTM)相结合的多特征预测模型,因其在数据特征提取、长期依赖关系捕捉、容错能力以及预测精度方面的优势,已成功应用于水质预测领域。尽管如此,仅依赖神经网络模型的预测精度仍存在一定局限,尤其是在长期预报能力方面,亟需进一步优化。将经验模态分解(EMD)、完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)、变分模态分解(VMD)和时变滤波的经验模态分解(TVF-EMD)等信号分解方法与神经网络模型相结合,构建集成模型,可以显著提高预测精度。
然而,现有的研究多集中于单信号分解,尽管这一方法在一定程度上提升了模型的预测性能,但分解产生的内模函数(IMF)分量仍包含大量复杂信号,直接将这些内模函数(IMF)用于预测可能会削弱模型的预测能力。
实现思路