基于DeepAR的短期风速概率预测

为对铁路沿线风速提前进行预判，保障桥梁施工及高速铁路列车运行时的安全，提出基于深度自回归模型(DeepAR)的短期风速预测方法。采用平潭海峡公铁两用大桥和西堠门大桥实测风速进行验证，并以包括小波包分解下的卷积神经网络和循环神经网络混合模型(WPD-CNNLSTM-CNN)在内的4种模型作为点预测对比模型，以SimpleFeed-Forward、ARIMA、Random Walk模型进行置信度为50%与95%的区间预测作为对比模型。研究结果表明：无论是点预测还是区间预测，DeepAR模型都能够在具有随机性、间歇性的短期风速序列中提取到特征信号并进行精度较高的预测，且相比于其他模型具有更好的准确性与泛化能力，可满足实际工程短期风速预测需求。     

地铁闸机扇门机构故障时间序列预测研究

基于CNN+ LSTM混合神经网络构建故障时间序列预测模型，利用某型号地铁闸机扇门机构的故障数据进行实例分析，并与ARIMA、CNN和LSTM 3种单一预测模型对比。结果表明:CNN+LSTM混合神经网络模型的预测准确性较高，具有良好应用前景，研究成果可用于支持地铁闸机维修计划的制定和优化。     

高铁沿线大风预测技术研究

风速预测是风致灾害预警的关键技术.针对高铁大风预测中延迟性和误报的问题,提出一种基于完整集合经验模态分解(CEEMDAN)和长短期记忆神经网络(LSTM)的组合预测模型对高铁沿线风速进行预测.为了减少预测模型的复杂度和提高模型预测精度,原始风速数据用CEEMDAN分解并利用样本熵(SE)理论将分解出的分量按照样本熵近似...     

基于视频检测的轨道交通短时客流预测研究

为提高客流预测的精度,构建轨道交通站点客流多变量时间序列预测模型。基于视频检测的轨道交通短时客流预测研究采用方向梯度直方图特征描述器与支持向量机分类器识别行人目标,利用Camshift算法对目标跟踪,从而获取客流量和客流速度参数,并根据协整关系构建客流多变量预测的向量误差修正模型,最后利用南京鼓楼车站4A通道的视频数据进行模型验证和对比分析。实例验证结果表明:构建的向量误差修正模型具有较好的预测性能,客流量和速度预测的MAPE值都小于8%,优于相同样本下ARIMA(0,1,1)的预测性能。     

基于季节分解和SARIMA-GARCH模型的铁路月度客运量预测方法

首先,根据铁路月度客运量时序图呈现的趋势性、周期性和随机波动性,运用季节分解法将其分解为趋势循环分量、季节因子分量和不规则分量,直观量化地表征出所蕴含的特征信息。接着,引入季节时间序列模型(SARIMA)对平稳化和单整检验后的月度客运量序列的趋势性和季节性进行建模,通过季节差分序列的相关图筛选确定出最佳模型阶数,得到SARIMA基础预测模型。然后,为提高模型对波动性的刻画精度,消除异方差影响,再对基础模型的回归残差进行ARCH检验,构建出广义自回归条件异方差(GARCH)模型,并检验所建SARIMA-GARCH融合模型的稳定性。最后,将融合模型与常规SARIMA、ARIMA和NAR动态神经网络模型的短期预测值进行精度对比验证,并对其中长期预测性能做测试分析。结果表明,SARIMA-GARCH模型短期预测性能优于SARIMA、ARIMA和NAR动态神经网络模型。     

基于SSA-SVR模型的城市轨道交通短时进站客流预测

针对现有城市轨道交通短时客流量预测单一模型可能存在预测不稳定的问题,提出一种基于奇异谱分析(singular spectrum analysis,SSA)和支持向量回归(SVR)相组合的预测模型。该组合模型利用奇异谱分析(SSA)将轨道交通原始时间序列客流数据进行分解和重构,对重构后的时间序列按奇异值从大到小进行排序,得到含有原始时间序列数据主要信息成分的重构序列,将重构后的时间序列作为支持向量回归模型(SVR)的输入条件,最后进行各站点的短时进站客流预测。采集2015年11月北京市全网的城市轨道交通进站客流数据,对提出的短时客流预测模型进行验证和对比分析。结果表明,组合模型预测精度相比ARIMA、SVR、CNN-LSTM和T-GCN模型具有更高的预测精度和更稳定的预测表现,具有一定的实际意义。     

城市轨道交通进站客流量短时组合预测模型

高精度的短时进站客流量预测对城市轨道交通日常客流组织具有重要意义,利用客流预测结果在事前实施限流、疏导等措施,较事后控制更及时、先进。通过采集15 min间隔的地铁进站客流数据,利用上周同期进站量、本日上一时段进站量以及高峰和非高峰时段参数作为输入变量,尝试分别采用加权历史平均自回归模型、ARIMA模型及小波神经网络模型进行短时预测,以获得精度最高的模型。在此基础上,进行三种方法组合预测,探究组合预测效果。通过案例分析,发现当考虑时段因素时,小波神经网络预测精度最高,为91.05%;ARIMA模型误差结构最好。当采用所提出的组合预测模型后,预测精度指标较独立预测模型均有提升,但误差结构没有得到改善。研究表明,所提组合预测模型可以有效地应用于城市轨道交通进站客流的短时预测中。     

青藏铁路格拉段沿线风速短时预测方法

青藏铁路大风监测预警系统采用时间序列法实现沿线风速的短时预测.利用时间序列法对经过1min平均化处理后的非平稳实测风速序列建立ARIMA(11,1,0)模型,进行超前3步预测计算,获取第3 min平均预测风速,预测平均绝对误差为2.237 2 m·s-1.针对时间序列法第3 min平均预测风速精度低的问题,采用提出的滚动式时间序列法修正时间序列法预测计算步骤,重新获取第3 min平均预测风速,预测平均绝对误差减小为1.1670 m·s-1.使用最小二乘法拟合样本每分钟内最大实测风速和该分钟平均风速的相关系数K,通过K为1.142 8修正滚动式时间序列法第3 min平均预测风速,获取滚动时间序列法第3 min最大预测风速,预测平均绝对误差为2.090 4 m·s-1.滚动式时间序列法第3 min平均风速、最大风速的两者预测均满足精度要求.滚动式时间序列法已经在系统中使用.     

基于BP神经网络与GM(1,1)模型组合算法的桥梁耐久性预测

针对混凝土桥梁耐久性历史评估数据的特点,提出一种基于BP神经网络与GM(1,1)模型的桥梁耐久性组合预测方法。通过GM(1,1)模型,以部分数据作为样本进行预测,在此基础之上,引入BP神经网络对预测的残差序列进行处理,旨在克服单一预测模型的不足,取得更高的预测精度。算例表明,本文算法精度明显高于传统GM(1,1)模型,与类似算法相比,精度上也有所提高。     

融合人工智能算法的铁路路基沉降预测方法

首先利用三阶多项式拟合、GM(1,1)和BP神经网络等算法构建了铁路路基沉降单预测模型；然后基于误差法和熵值法，以合肥地铁4号线盾构隧道下穿既有铁路的监测数据为基础，融合三阶多项式拟合、GM(1,1)和BP神经网络构建了组合预测模型，实现铁路路基沉降的分阶段预测；最后，利用平均绝对误差、均方误差和平均绝对百分比误差评价模型精度。结果表明：基于误差法和熵值法的组合预测模型能显著提高预测精度，预测相对误差均小于±5%，预测均方根误差均小于±0.1 mm，验证了提出的组合预测模型的有效性。     

客货共线无砟轨道平顺状态预测模型

客货共线无砟轨道的轨道质量指数(TQI)具有随时间长期缓慢变化并伴随平稳波动的特点,而现有的预测模型难以预测这种变化。基于小波和时间序列分析预测方法,提出ARMA-BP神经网络和ARMA-SVR预测模型。通过小波分析将TQI时间序列分解为高频和低频2个部分,采用ARMA模型对高频部分建模,分别采用BP神经网络和支持向量回归SVR模型对低频部分建模,最后对高频和低频进行综合预测。此方法可根据具体情况对具有不同特性的TQI时间序列进行针对性建模,提高预测精度。运用此方法对包西线和太中线10个无砟轨道区段TQI时间序列进行预测,结果表明:ARMA-BP神经网络与ARMA-SVR的建模精度平均值分别为98.1%和98.5%,后验差分别为0.31和0.21,均达到1级;前者对已知数据的拟合精度高,而后者对未知数据预测能力较强、泛化能力更突出。     

基于EMD-PSO-ELM的基坑变形时变序列预测研究

变形是造成基坑事故的最主要因素,为准确分析变形特性,实现变形的精准动态预测,保证基坑的安全施工。提出一种将经验模态分解(EMD)、粒子群算法(PSO)和极限学习机(ELM)组合的深基坑多维度时变预测模型。经EMD将基坑变形时变序列进行分解,获得多尺度本征模态函数(IMF);采用PSO-ELM对各IMF时变序列进行预测,等权叠加各预测值,得到模型最终预测结果,同时利用PSO-ELM模型对未经处理的时变序列进行预测。以南宁市某深基坑为例,结果表明:经EMD分解的模型预测相对误差为0.22%0.42%,平均相对误差值仅为0.32%;未经EMD分解的模型预测相对误差为0.31%0.75%,平均相对误差值为0.64%,经EMD分解后模型预测精度明显高于未经分解的模型精度,能较好地应用于非平稳时变预测,为深基坑变形预测提供一种新的方法。     

基于组合预测模型的铁路货运量预测研究

为了进一步提高铁路货运量的预测精度,提出基于乘积季节模型与引入注意力机制(Attention Mechanism)的长短期记忆(Long Short-Term Memory)模型的组合预测模型。首先建立乘积季节模型、LSTM模型与引入注意力机制的LSTM模型,然后利用误差修正法分别将2种LSTM模型与乘积季节模型组合起来进行预测,最后将预测结果分别与单一模型进行对比。采用2005年至2018年全国铁路月度货运量进行预测分析,结果表明2种组合预测模型的预测精度均高于单一预测模型的预测精度,其中基于乘积季节模型与引入注意力机制的LSTM模型的组合预测模型精度最高,具有研究和实用价值。     

长大山岭隧道涌水量的BP神经网络时间序列预测模型

基于BP神经网络时间序列的隧道涌水量预测模型不必考虑隧道涌水量的影响因素及其关系,而是将隧道涌水量的时间序列做归一化处理,作为模型的输入输出变量,通过历史数据和所建立的预测模型来预测隧道涌水量。以一隧道1999年6月—2000年6月涌水数据序列为例,进行了基于BP神经网络时间序列模型的隧道涌水量预测,预测误差约为5.74%,满足精度要求。     

基于数据挖掘算法的地铁站能耗时序预测方法

建立了误差反向传播神经网络(BPNN)、决策树分类与回归树(CART)、支持向量回归机(SVR)三种普通的输入-输出预测模型,对地铁站能耗进行预测。基于数据挖掘算法对三个模型进行改进,得到了三种模型基于时间延迟的预测结果,对比了改进前后的预测结果,并确定了最佳的时间延迟。结果表明:普通的输入-输出模型中,SVR对能耗的预测更加精确;基于时间序列的能耗预测模型对BPNN预测模型的提升最大;滞后时长为5 min时,三种模型的预测精度最高;基于决策树CART算法的时序能耗预测模型对时间延迟的敏感度最高。     

基于EMD的SVR方法在铁路客流预测中的应用

客流预测是铁路客运运营管理的重要依据,铁路客流具有非线性、非平稳的特点,传统预测模型很难得到满意的结果,因此利用经验模态分解(EMD)方法对客流进行自适应的分解,利用支持向量回归机(SVR)对固有模态函数(IMF)进行预测,建立基于EMD的SVR铁路客流预测模型。利用Matlab对SVR预测、BP神经网络预测和基于EMD的SVR预测模型进行仿真实验,得出3种预测模型的平均相对误差,分别为22%、25%和13%。结果表明,基于EMD的SVR方法的预测精度明显高于另外两种预测方法,能够有效地提高铁路客流预测准确性。     

基于小波分析和神经网络的网络流量预测

网络流量的准确预测对于提高网络服务质量与网络安全有很重要的作用.本文主要对流量序列进行小波分解和重构,并结合神经网络对网络流量进行预测,新的算法可以有效提高预测精度.通过分析神经网络及非线性预测模型的优劣,建立一个网络流量预测模型.同时利用实际采集的网络流量数据对模型进行仿真,证实该模型可以有效控制由各种因素导致的误差,从而提高网络流量的预测精度.     

RBF神经网络在铁路货运量预测中的应用

基于回归和时间序列模型的传统预测方法以及目前较为常用的灰色预测和BP神经网络预测方法，建立了RBF神经网络模型对全国铁路货运量进行详细分析和预测。利用铁路货运量的原始数据构造时间序列，并对时间序列进行分析和相应的处理。将处理后的数据构造为一个非线性映射，利用RBF神经网络进行逼近。利用Matlab对灰色预测、BP神经网络预测和RBF神经网络预测模型进行仿真实验，得出3种预测模型的平均相对误差，分别为7.67%、4.79%和1.31%。表明RBF神经网络预测方法的预测精度比另外两种预测方法高很多，可为铁路货运量预测研究提供方法支撑。     

基于FOA-BP神经网络的高铁沉降预测

BP神经网络在沉降预测过程中存在预测精度有限、收敛速度慢等缺点。为提高BP神经网络在高铁沉降预测中的精度,基于改进的果蝇算法(FOA),利用其味道浓度函数来代替BP神经网络中的梯度函数,建立果蝇算法优化BP神经网络的预测模型—FOA-BP模型。通过果蝇种群迭代寻优获取最合适的权值和阈值,重新构建BP神经网络进行沉降预测。分别采用BP神经网络算法与FOA-BP神经网络算法对某高铁路基沉降监测点的沉降趋势进行预测,将两种算法的迭代次数、均方误差与平均相对百分比误差3个指标进行对比分析,结果表明:FOA-BP神经网络算法的三种指标均远小于BP神经网络算法,其模型精度更高,预测速度更快。     

基于OWGA算子的隧道变形最优组合预测

研究目的:根据隧道变形数据预测隧道的变形发展情况,结合具体工程实践,采用最新非线性预测理论,在文献综述的基础上,结合对数灰关联度与OWGA算子,把预测值和观测值的对数序列之间的灰关联度设定为目标函数,有序加权集成做为诱导变量值的预测精度,提出一种新最优隧道变形预测模型。采用MATLAB编程分别实现灰色预测、指数平滑预测、自回归移动平均预测,并利用基于对数灰关联度的有序加权几何平均组合预测模型,在对数灰关联度最大的意义下求出组合模型的最优权重,通过隧道变形预测的实例分析,说明新模型的有效性和合理性。研究结论:(1)基于OWGA算子的隧道变形预测,在预测误差平方和、均方误差、平均绝对误差、平均绝对百分比误差、均方百分比误差等预测有效性精度指标下,比灰色预测,平滑预测,ARMA预测等预测方法的预测精度都高,误差最小;(2)通过工程实例检验,该预测方法的预测结果不但合理、有效,而且是优性预测;(3)本研究成果可应用于隧道安全监测和变形预测领域。