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基于阶段式时序注意力网络的PM2.5鲁棒预测

陆瑶 杨洁 邵智娟 朱聪聪

陆瑶, 杨洁, 邵智娟, 朱聪聪. 基于阶段式时序注意力网络的PM2.5鲁棒预测[J]. 环境工程, 2021, 39(10): 93-100. doi: 10.13205/j.hjgc.202110013
引用本文: 陆瑶, 杨洁, 邵智娟, 朱聪聪. 基于阶段式时序注意力网络的PM2.5鲁棒预测[J]. 环境工程, 2021, 39(10): 93-100. doi: 10.13205/j.hjgc.202110013
LU Yao, YANG Jie, SHAO Zhi-juan, ZHU Cong-cong. PM2.5 ROBUST PREDICTION BASED ON STAGED TEMPORAL ATTENTION NETWORK[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2021, 39(10): 93-100. doi: 10.13205/j.hjgc.202110013
Citation: LU Yao, YANG Jie, SHAO Zhi-juan, ZHU Cong-cong. PM2.5 ROBUST PREDICTION BASED ON STAGED TEMPORAL ATTENTION NETWORK[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2021, 39(10): 93-100. doi: 10.13205/j.hjgc.202110013

基于阶段式时序注意力网络的PM2.5鲁棒预测

doi: 10.13205/j.hjgc.202110013
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目(41571475)。

详细信息
    作者简介:

    陆瑶(1993-),女,硕士,主要研究方向为大气污染及其防治。Luyao0418@163.com

    通讯作者:

    杨洁(1972-),女,博士,教授,主要研究方向为环境管理与规划、大气污染及其防治。yjagnes@163.com

PM2.5 ROBUST PREDICTION BASED ON STAGED TEMPORAL ATTENTION NETWORK

  • 摘要: PM2.5浓度的预测对于大气污染治理、改善环境质量等起到重要作用。受气象条件变化与大气污染物排放等多种因素的交叉影响,PM2.5预测通常易受突变事件及噪声数据干扰。因此,基于对气象条件以及大气污染物与PM2.5的相关性分析,提出阶段式时序注意力网络模型(staged temporal-attention network,STAN),该方法融合多段注意力学习模块与循环神经网络,建模气象因素与大气污染物对PM2.5浓度的交叉影响。统计分析北京市、上海市、广州市预测结果的绝对误差值,可知:1)对比广泛使用的单一类模型支持向量机(support vector machine,SVM)、长短期时序记忆方法(long short-term memory,LSTM)和多层感知机(multilayer perceptron,MLP),STAN可达到10%以上的性能领先;对比最新的融合类模型U型网络(U-net),STAN领先了7%的优势。2)以北京市冬季预测结果为例进行统计分析,STAN的预测值与实测值之间的拟合系数可有95.2%的性能领先。此外,在鲁棒性分析中发现,STAN在含有10%噪声的数据上进行预测,误差上升幅度仅为9.3%。结果表明:注意力机制与时序学习模块相结合能够深度挖掘PM2.5变化规律并抑制噪声数据,且STAN模型可以进行PM2.5浓度的鲁棒预测。
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  • 收稿日期:  2020-11-28
  • 网络出版日期:  2022-01-26

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