基于LSTM神经网络的现地烈度实时估算模型——以JMA烈度为例

如何快速并且准确估计目标场点烈度是地震预警中的关键问题。常用基于衰减关系的场点烈度估计和基于P波信息的现地烈度估计往往存在大震烈度低估的问题。本文提出了一种基于长短时记忆神经网络(logn short-term memery,LSTM)的现地JMA烈度持续估计模型。该模型以现地观测地震动的能量、能量增长率、地震动卓越周期和震源距作为输入,以该点的最大仪器地震烈度为预测目标。选取了日本K-NET台网记录101次地震数据作为训练集,94次地震数据作为测试集,训练了现地烈度估算LSTM神经网络模型。结果表明:在采用3 s时窗长度的序列进行预测时,高估的比例为1.51%,低估的比例为4.00%;并且,随着时窗长度的增加,高估和低估的比例也在不断降低。模型对高烈度(大于等于4.5度)样本的预测时效性随震源距的增加而增加,对大震远场高烈度区域能提供20 s以上的预警时间。

基于长短时记忆神经网络的励磁涌流与故障电流识别方法

变压器空载合闸时产生励磁涌流导致差动保护误动作的问题至今仍未能被完全解决.针对该问题,提出一种利用长短时记忆(LSTM)神经网络识别励磁涌流与故障电流的方法.首先,在PSCAD软件平台上搭建变压器空载合闸及内部故障仿真模型,通过仿真产生大量三相电流瞬时采样数据作为训练神经网络的样本集;然后,利用Keras平台搭建LSTM神经网络模型并完成训练;最后,利用新的仿真数据和现场故障录波数据对训练好的LSTM神经网络进行测试.结果表明LSTM神经网络可以快速准确地区分各种情况下的励磁涌流和故障电流,从而证实该方法的有效性.

基于时空长短时记忆神经网络的地基云图预测算法

针对传统云运动轨迹预测方法存在的预测精度差、空间结构细节信息丢失等问题,提出一种基于时空长短时记忆(ST-LSTM)神经网络的地基云图预测模型。首先使用卷积编码网络提取输入视频流的高维图像特征;然后在特征提取模型中对图像潜在信息进行多分支获取,一部分使用ST-LSTM神经网络提取不同帧之间的时空特征,另一部分将图像序列进行分解,并通过基于门控机制的记忆融合网络来获取分解后图像中的结构细节信息;最后将得到的分支特征进行组合后经过解码网络输出最终的预测视频流。在地基云图、Moving MNIST和Human 3.6M数据集上的实验结果表明,在图像预测准确率、结构细节信息保留效果以及人眼主观感受上,该预测模型均优于对比模型。与基准模型TaylorNet相比,所提模型在Moving MNIST数据集上均方误差指标和平均绝对误差指标分别降低15.7%和11.8%,在地基云图数据集上,其结构相似性指标与峰值信噪比指标分别提升1%和3.2%,且生成的视频流数据更为清晰,能够更准确地描述云层未来的运动状况,从而更可靠地预测光伏电站未来的输出功率。

基于长短时记忆神经网络的Multi-GNSS卫星钟差建模预报

针对卫星钟差预报中二次多项式模型存在易受噪声干扰、预报精度不高的问题,构建一种基于长短时记忆神经网络的multi-GNSS卫星钟差预报模型,并分析不同卫星系统、不同钟类型基于不同建模方案的模型精度。为验证该模型的有效性和可行性,利用LSTM模型、QP模型、QP-LSTM模型分别基于12 h和24 h钟差序列进行建模,预报1 h、3 h、6 h、12 h钟差。结果表明,LSTM模型建模24 h、预报1 h精度最高。multi-GNSS卫星钟差LSTM预报模型中Galileo系统精度最高,其次为BDS-2系统和GPS系统,GLONASS系统精度最低,精度分别为0.018 ns、0.069 ns、0.133 ns、0.242 ns。不同原子钟预报精度不同,氢原子钟预报精度优于铷原子钟、铯原子钟。LSTM神经网络模型预报精度相较于QP-LSTM模型提升27%,相较于QP模型提升36%。

基于改进灰狼算法优化双向长短时记忆神经网络的水冷壁壁温预测

提出一种基于改进灰狼(MGWO)算法优化双向长短时记忆(BiLSTM)神经网络的水冷壁壁温预测模型,灰狼算法采用非线性因子调整策略、自适应位置更新策略和动态权重修改策略进行改进以提升算法的全局寻优能力,利用改进灰狼算法优化BiLSTM模型的隐藏层数量、学习率和正则化参数以提高模型的预测精度,采用新疆某电厂的数据进行预测仿真,结果表明:改进后的算法预测精度更高,在机组升、降负荷时,均可以预测到壁温的变化趋势,模型的平均均方根误差相比于长短时记忆(LSTM)神经网络、BiLSTM模型分别降低了9.86%和3.69%,且可以提前预测到水冷壁壁温的超温情况,对于预防水冷壁超温有重要意义。

基于长短时记忆神经网络易损性分析的适用性研究

桥梁的损坏或失效可能导致严重的人员伤亡和巨大的经济损失。因此,对桥梁的破坏损失和地震性能进行准确的定量评估至关重要。为了实现这一目标,通常会采用构建易损性曲线的方法。易损性曲线表征在给定地震动强度下,桥梁部件或结构达到或超过某一破坏程度的条件概率。采用桥墩位移延性比作为损伤指标,利用长短时记忆(long short-term memory,简称LSTM)神经网络成功地建立了桥梁地震易损性曲线。研究结果表明,该模型展现了高计算效率和精度,可快速而准确地预测地震作用下桥梁结构构件的损伤指标。

基于图嵌入长短时记忆神经网络的非线性动态过程监控与诊断

针对复杂工业过程存在的非线性、动态性,以及故障标签难获取等特征,提出一种图嵌入长短时记忆神经网络在线监控与故障诊断方法。首先,对正常工况下采集的多维时序数据进行图嵌入,获得结构信息。其次,采用图注意力神经网络融合结构信息,并将融合后的结构信息输入用于预测的长短时记忆神经网络中。最后,提出一种新的基于预测误差指标的非线性动态过程在线监控方法和基于因果分析图的故障诊断方法。采用田纳西-伊斯曼数据集进行实验验证,结果表明了所提方法的有效性。

阀控液压马达位置伺服系统长短时记忆神经网络预测抗扰反步控制

针对阀控液压马达位置伺服系统中存在的时滞性与摩擦非线性问题,设计了一种长短时记忆神经网络预测抗扰反步控制器。该控制器通过引入长短时记忆神经网络对当前位置轨迹进行预测,并将预测值反馈给控制器对系统时滞进行直接补偿。对于系统中难以建模的摩擦非线性,将其视为扰动,通过设计扩张状态观测器进行估测,并使用反步法对估测得到的总扰动进行补偿。最后,在Simulink中搭建长短时记忆神经网络预测抗扰反步控制算法进行仿真验证,并与径向基函数滑模控制算法、反步控制算法和自抗扰控制算法进行对比,证明其在对含有时滞及摩擦非线性的阀控液压马达位置伺服系统进行控制时,具有较快的响应速度及较好的跟踪性能。

基于长短时记忆神经网络的非侵入式电力负荷辨识方法

常规的非侵入式电力负荷辨识方法忽略了暂态特征对负荷辨识的影响,为此,设计了基于长短时记忆神经网络的非侵入式电力负荷辨识方法。提取非侵入式电力负荷特征,采集电流、电压、功率信号,获取暂态负荷特征与稳态负荷特征。基于长短时记忆神经网络辨识电力负荷类别,利用时间特征细分负荷事件,划分负荷事件的区间,得到负荷类型数量,使负荷事件与负荷序列相匹配,从而实现电力负荷的精准辨识。采用对比实验验证了该方法的辨识效果更佳。

模型误差影响下基于CNN+BiLSTM神经网络的非圆信号目标直接跟踪算法

针对运动观测阵列状态误差与接收频率抖动同时影响下的非圆信号无源跟踪问题,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)+双向长短时记忆网络(Bi-directional Long Short-Term Memory,BiL⁃STM)的直接跟踪算法.该算法首先利用多运动观测阵列信号各频带间的相关性与辐射源信号的非圆特性,建立模型误差影响下的扩展多站观测矢量;接着利用多个观测时隙内扩展多站观测矢量的信号子空间构造空时特征输入序列;然后设计基于CNN与BiLSTM混合神经网络的直接跟踪模型,通过训练实现对非圆目标的轨迹矢量直接估计.本文算法是从原始数据信号子空间中估计轨迹矢量的直接跟踪模式,相比传统“观测参数估计+滤波轨迹跟踪”的两步估计模式,具有更高的估计精度.由于本文算法在神经网络训练过程中学习到模型误差的信息,因此能够实现对多种误差的校正.仿真结果表明,本文算法较传统两步跟踪算法与现有直接跟踪算法均具有更高的轨迹估计精度,能够明显提升模型误差影响下多站协同跟踪的鲁棒性.

基于EEMD-NGO-LSTM神经网络耦合的月径流预测模型及应用

为了提高径流序列的稳定度和精度,减小参数优化不当导致的非线性误差,研究将长短期记忆神经网络(LSTM)、集成经验模态分解(EEMD)和北方苍鹰优化算法(NGO)相结合,构建了EEMD-NGO-LSTM耦合预测模型。将此预测模型应用于模拟东辽河中下游的控制总站——王奔水文站2012年~2021年逐月径流过程,并与鲸鱼算法(WOA)以及灰狼算法(GWO)优化的长短期记忆神经网络进行模型比较。结果表明,EEMD-NGO-LSTM耦合预测模型的超参数迭代速度最快,精度最高,预测结果最接近实测值,其决定系数R^(2)为0.8643。而后采用CMIP6气候模式(SSP126情景)下的2030年的降水、气温数据输入模型进行预测,在气温上升1℃,降水不变的情景下,年径流量将增加6.61%;在降水升高5%,气温不变的情景下,年径流量将增加6.95%;在气温上升1℃、降水升高5%的情境下,年径流量将增加22.16%。

基于CNN-LSTM混合神经网络的高速铁路地震响应预测

为了更好地挖掘高速铁路在地震时的响应信息,提高光纤光栅监测的效率及预测精度,该文针对地震响应数据的时序性及非线性的特点,提出卷积神经网络(CNN)和长短期记忆(LSTM)网络的混合神经网络模型预测方法.通过在高速铁路简支梁桥上布设准分布式光纤光栅采集地震时轨道板、钢轨、底座板、箱梁的响应数据,在每根光纤上布置7个光栅,利用两边光栅的响应数据预测中间点的光栅响应,将采集位置、历史数据及地震波形等信息作为特征图输入.利用CNN提取特征,再将提前提取出来的特征数据以时序方式作为LSTM网络的输入数据,最后LSTM网络进行地震应变响应预测.实验结果表明,LSTM网络在3层时效果最好,CNN-LSTM方法具有较高的预测精度,根均平方误差(R_(RMSE))、平均绝对误差(R_(MAE))、决定系数(R^(2))分别达到了0.3753、0.2968、0.9371.

基于CNN和BiLSTM神经网络模型的太阳能供暖负荷预测研究

针对太阳能供暖系统中因热量供需不匹配而引起的能源浪费现象,提出一种基于卷积神经网络-双向长短期记忆神经网络的短期热负荷预测模型。首先对数据进行清洗,使数据准确完整;其次依据皮尔逊相关系数对输入特征进行筛选;最后依据其空间-时间特征建立卷积神经网络-双向长短期记忆神经网络模型。在与单一神经网络模型长短期记忆神经网络及双向长短期记忆神经网络进行详细比较和分析后,结果表明,该模型相较于传统神经网络模型在精确度上存在明显提升,验证了本模型在太阳能供暖负荷预测中的有效性。

长短时记忆脉冲神经网络手语识别模型

手语识别是人机交互领域中的重要问题之一。随着人工智能技术的发展,越来越多的机器学习和深度学习方法被应用在手语识别任务上。文章设计一种轻量级的长短时记忆脉冲神经网络(long short-term memory-spiking neural network,LSTM-SNN)手语识别模型用于识别常用手语。首先提出自适应脉冲编码,将手语信号转化为脉冲信号;接着将脉冲信号输入到改进的带泄漏整合发放(leaky integrate-and-fire,LIF)神经元模型,以时间驱动的方式进行信息传导,完成网络训练。在收集到的101个手语手势数据集上的实验结果表明,该模型准确率达到95.37%,表明该文提出的模型优于其他深度学习和机器学习模型。

基于LSTM神经网络模型分析预测钢材价格

钢价时间序列具有明显的长短记忆特征,故以施工企业安徽省的项目部实际采购规格型号为HRB400Eφ16螺纹钢的金额为例,科学合理的运用LSTM模型对其建模,并与传统的ARIMA模型进行对比,结果表明LSTM模型的预测相对误差为0.03,比ARIMA模型预测精度更好,适合用来预测建筑钢材价格。

双向长短时记忆神经网络在滩坝砂储层岩性识别中的应用

研究区致密滩坝砂储层油气储量丰富,勘探开发潜力较高,但存在埋藏深、单层厚度薄、渗透率超低、孔隙结构复杂以及单井自然产能极低的特征,储层划分与岩性识别困难。针对测井数据具有纵向时序连续的特点,构建一个双向长短时记忆神经网络(BiLSTM)岩性识别模型,采用随机森林方法对常规测井数据等参数进行特征选择,将选择的参数作为输入变量训练BiLSTM模型。应用该模型对测试集的井资料进行验证,结果表明模型的岩性识别准确率为0.86,取得了良好的应用效果,证明了BiLSTM模型适用于滩坝砂储层岩性识别。

冲击噪声下基于演化长短时记忆神经网络的调制信号识别

为了解决冲击噪声下长短时记忆(long short term memory,LSTM)神经网络调制信号识别方法抗冲击噪声能力弱和超参数难以确定的问题,本文提出了一种演化长短时记忆神经网络的调制识别方法。利用基于短时傅里叶变换的卷积神经网络(convolution neural network,CNN)去噪模型对数据集去噪;结合量子计算机制和旗鱼优化器(sailfish optimizer,SFO)设计了量子旗鱼算法(quantum sailfish algorithm,QSFA)去演化LSTM神经网络以获得最优的超参数;使用演化长短时记忆神经网络作为分类器进行自动调制信号识别。仿真结果表明,采用所设计的CNN去噪和演化长短时记忆神经网络模型,识别准确率有了大幅度的提高。量子旗鱼算法演化LSTM神经网络模型降低了传统LSTM神经网络容易陷于局部极小值或者过拟合的概率,当混合信噪比为0 dB,所提方法对11种调制信号的平均识别准确率达到90%以上。

基于长短记忆神经网络的供水管道渗漏点定位方法研究

供水管道系统通常埋设于地下深处且布设较为复杂,在对其进行检修维护的过程中会受到地下土壤、其他管道、道路、建筑物等因素影响,容易导致检修检测及管道渗漏点定位的信号衰减及噪声干扰,增加了检修维护难度。提出一种基于长短记忆神经网络的供水管道渗漏点定位方法,设计供水管道流量异常的预测方法获取管道流量异常情况,引入长短记忆神经网络计算供水管道流量与压力梯度,再根据管道压力梯度判断具体压力异常点,实现对供水管道渗漏点的精准定位。实验结果表明,该方法具有更高的应用灵敏度和精准度,可为同类管道的检修、检测提供参考。

基于K均值聚类算法和LSTM神经网络的管道腐蚀阶段预测方法

针对声发射检测获得的管道腐蚀信号,提出了一种基于K均值(K-means)聚类算法和长短期记忆(LSTM)神经网络的管道腐蚀阶段预测方法。首先,利用K-means聚类算法将腐蚀信号分类,再构建LSTM神经网络模型,并采取了无监督学习的方式,以声发射波形为出发点,对模型进行参数优化,最后进行管道腐蚀阶段预测,并根据评价指标对模型进行评价。研究表明:对LSTM神经网络模型适当增加隐藏层,可以使得模型更加稳定,鲁棒性更好;与现有故障诊断模型相比,LSTM神经网络模型的精度更高。

基于长短时记忆网络的恒温水浴锅温度模型预测

【目的】由于恒温水浴锅温度系统存在强非线性及大滞后性,本研究提出一种基于长短时记忆网络的恒温水浴锅温度模型预测方法。【方法】首先,对采集到的数据进行标准化处理,寻找长短时记忆网络的最优结构及超参数,用来拟合出最佳的数据映射特征,并构建恒温水浴锅温度的动态数学模型。其次,通过模型对未来一段时间内的温度趋势进行预测。最后,使用本研究提出的方法与最小二乘法所预测的结果进行对比分析。【结果】本研究所提方法构建的模型的拟合度达到了98.2%,预测结果的MSE及MAE比最小二乘法模型分别降低了4.616、0.823。【结论】本研究所提方法具有更高的预测精度,对提高恒温水浴锅的生产效率及控制精度具有重要意义。