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基于Metropolis准则的BP模型改进及在太湖Chl-a预测中的应用

冯家成 李勇 李娜 单雅洁 钱佳宁

冯家成, 李勇, 李娜, 单雅洁, 钱佳宁. 基于Metropolis准则的BP模型改进及在太湖Chl-a预测中的应用[J]. 环境工程, 2022, 40(1): 161-168. doi: 10.13205/j.hjgc.202201024
引用本文: 冯家成, 李勇, 李娜, 单雅洁, 钱佳宁. 基于Metropolis准则的BP模型改进及在太湖Chl-a预测中的应用[J]. 环境工程, 2022, 40(1): 161-168. doi: 10.13205/j.hjgc.202201024
FENG Jiacheng, LI Yong, LI Na, SHAN Yajie, QIAN Jianing. IMPROVEMENT OF BP MODEL BASED ON METROPOLIS CRITERION AND ITS APPLICATION IN CHLOROPHYLL-A PREDICTION FOR LAKE TAIHU[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2022, 40(1): 161-168. doi: 10.13205/j.hjgc.202201024
Citation: FENG Jiacheng, LI Yong, LI Na, SHAN Yajie, QIAN Jianing. IMPROVEMENT OF BP MODEL BASED ON METROPOLIS CRITERION AND ITS APPLICATION IN CHLOROPHYLL-A PREDICTION FOR LAKE TAIHU[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2022, 40(1): 161-168. doi: 10.13205/j.hjgc.202201024

基于Metropolis准则的BP模型改进及在太湖Chl-a预测中的应用

doi: 10.13205/j.hjgc.202201024
基金项目: 

国家自然科学基金项目(51879081)

国家重点研发计划(2018YFC0407906)

详细信息
    作者简介:

    冯家成(1997-),男,硕士研究生,主要研究方向为河湖水环境模型。student_fengran@163.com

    通讯作者:

    李勇(1974-),男,教授,主要从事水体和土壤中污染物环境行为、规划评价及生态修复等方面的教学和研究工作。liyonghh@163.com

IMPROVEMENT OF BP MODEL BASED ON METROPOLIS CRITERION AND ITS APPLICATION IN CHLOROPHYLL-A PREDICTION FOR LAKE TAIHU

  • 摘要: 水体富营养化及藻华暴发已成为湖泊治理中的主要问题,利用历史监测数据,采用BP神经网络对水体中叶绿素a(Chl-a)浓度进行预测,已成为藻华预警的主要手段。但该方法存在迭代速度慢、易陷入局部极值等局限性,导致产生拟合结果不优或预测误差较大等问题。利用Metropolis接受准则的全局寻优能力,将其与BP神经网络相结合构建MBP模型,并以太湖水体中Chl-a月均浓度为预测对象进行验证模拟。结果表明,基于2009—2016年太湖月平均相关水环境数据训练出的MBP模型,相较于传统BP神经网络具有以下特点:1)权值在迭代过程的初始阶段能更快地收敛于较优值,模型拟合效果与预测精度也有所提升;2)针对不同的数据情况(数据噪声与样本数量),MBP模型的平均预测误差较传统BP神经网络明显降低,具有较强的鲁棒性与稳定性。构建的MBP模型进一步拓展了传统BP神经网络在叶绿素a浓度预测模型中的应用。
  • [1] VINCON-LEITE B,CASENAVE C.Modelling eutrophication in lake ecosystems:a review[J].Science of the Total Environment,2019,651(Pt 2):2985-3001.
    [2] 方娜,游清徽,刘玲玲,等.基于云模型的鄱阳湖秋季周边湿地水体富营养化评价[J].生态学报,2019,39(17):6314-6321.
    [3] 黄小龙,郭艳敏,万斌,等.沉水植物恢复对城市富营养化湖泊生态环境影响[J].环境工程,2018,36(7):17-21.
    [4] 苟婷,马千里,王振兴,等.龟石水库夏季富营养化状况与蓝藻水华暴发特征[J].环境科学,2017,38(10):4141-4150.
    [5] DIMBERG P H,HYTTEBORN J K,BRYHN A C.Predicting median monthly chlorophyll-a concentrations[J].Limnologica,2013,43(3):169-176.
    [6] 王斌,马健,王银亚,等.天山天池夏季叶绿素a的分布及富营养化特征研究[J].环境科学,2015,36(7):2465-2471.
    [7] 曾一川,王华,渠昊,等.滨湖河网叶绿素a时空分布特征及相关性分析[J].环境工程,2020,38(9):23-30

    ,153.
    [8] LIANG Z Y,QIAN S S,WU S F,et al.Using bayesian change point model to enhance understanding of the shifting nutrients-phytoplankton relationship[J].Ecological Modelling,2019,393:120-126.
    [9] XIAO X,HE J Y,HUANG H M,et al.A novel single-parameter approach for forecasting algal blooms[J].Water Research,2017,108:222-231.
    [10] 桑文璐,纪道斌,朱士江,等.基于WNN和SVM模型的香溪河Chl-a浓度预测[J].环境科学与技术,2018,41(增刊2):95-99.
    [11] 白晓哲,张慧妍,王小艺,等.动态聚类最近邻法在湖库蓝藻水华预测中的应用[J].水土保持通报,2017,37(4):161-165.
    [12] 孙菲,袁鹏,程建光,等.宜兴市殷村港叶绿素a与影响因子的多元分析[J].环境工程,2017,35(9):53-57.
    [13] WANG Y J,XIE Z C,LOU I C,et al.Algal bloom prediction by support vector machine and relevance vector machine with genetic algorithm optimization in freshwater reservoirs[J].Engineering Computations,2017,34(2):664-679.
    [14] JAYASEELAN B F,THADIKAMALA S,NAMBALI V V,et al.A novel approach to predict chlorophyll:a in coastal-marine ecosystems using multiple linear regression and principal component scores[J].Marine Pollution Bulletin,2020,152:110902-110909.
    [15] 郑震.基于GLUE方法的湖库富营养化风险评估[J].灌溉排水学报,2020,39(6):132-137.
    [16] 朱婕,李翠梅,薛天一.基于灰色关联分析-GA-BP模型的叶绿素a含量预测[J].水电能源科学,2020,38(10):25-28

    ,147.
    [17] CHEN G,LIU F,MOHAMMAD S,et al.Chlorophyll-a concentration in water:a semi-analytical retrieval model research with a bp network[J].Frontiers in Artificial Intelligence and Applications,2016,281:151-155.
    [18] 许阳春,张明峰,苏玉萍,等.基于BP人工神经网络平潭海域赤潮叶绿素a浓度模型演算研究[J].海洋科学,2020,44(3):34-41.
    [19] 张雪,郑小慎.基于BP神经网络渤海湾表层叶绿素浓度反演方法探讨[J].海洋技术学报,2018,37(6):79-87.
    [20] 裴洪平,罗妮娜,蒋勇.利用BP神经网络方法预测西湖叶绿素a的浓度[J].生态学报,2004,24(2):246-251.
    [21] YAN J Z,XU Z B,YU Y C,et al.Application of a hybrid optimized bp network model to estimate water quality parameters of beihai lake in beijing[J].Applied Sciences,2019,9(9):1863-1875.
    [22] 高峰,冯民权,滕素芬.基于PSO优化BP神经网络的水质预测研究[J].安全与环境学报,2015,15(4):338-341.
    [23] LI W,LI G M,ZHANG R X,et al.Carbon reduction potential of resource-dependent regions based on simulated annealing programming algorithm[J].Sustainability,2017,9(7):1161-1177.
    [24] BIN S.Application of genetic algorithm and bp neural network in supply chain finance under information sharing[J].Journal of Computational and Applied Mathematics,2021,384:113170-113180.
    [25] ZHOU F Q,SU Z,CHAI X H,et al.Detection of foreign matter in transfusion solution based on gaussian background modeling and an optimized bp neural network[J].Sensors,2014,14(11):19945-19962.
    [26] 陈智军,李洋莹.神经网络BP算法改进及其性能分析[J].软件导刊,2017,16(10):39-41.
    [27] 王磊,王汝凉,曲洪峰,等.BP神经网络算法改进及应用[J].软件导刊,2016,15(5):38-40.
    [28] 刘智斌,曾晓勤,刘惠义,等.基于BP神经网络的双层启发式强化学习方法[J].计算机研究与发展,2015,52(3):579-587.
    [29] 王晶晶,王剑.一种BP神经网络改进算法研究[J].软件导刊,2015,14(3):52-53.
    [30] 李海涛,袁森.基于遗传算法和BP神经网络的海洋工程材料腐蚀预测研究[J].海洋科学,2020,44(10):33-38.
    [31] GAO C Y,GAO Y L,LV S S.Improved simulated annealing algorithm for flexible job shop scheduling problems[C]//Control and Decision Conference,IEEE,2016.2223-2228.
    [32] 傅文渊,凌朝东.布朗运动模拟退火算法[J].计算机学报,2014,37(6):1301-1308.
    [33] 李美水,杨晓华.基于MCMC方法的SWMM模型参数不确定性分析[J].环境科学与技术,2019,42(4):25-30.
    [34] 顾杰,王嘉,邓俊晖,等.基于ARIMA模型与BP神经网络算法的水质预测[J].净水技术,2020,39(6):73-82.
    [35] 李恩玉,杨平先,孙兴波.基于激活函数四参可调的BP神经网络改进算法[J].微电子学与计算机,2008,25(11):89-93.
    [36] 卢建中,程浩.改进GA优化BP神经网络的短时交通流预测[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2015,38(1):127-131.
    [37] 蒋定国,全秀峰,李飞,等.基于BP神经网络的水体叶绿素a浓度预测模型优化研究[J].南水北调与水利科技,2019,17(2):81-88.
    [38] 李娜,李勇,冯家成,等.太湖水体Chl-a预测模型ARIMA的构建及应用优化[J].环境科学,2021,42(5):2223-2231.
    [39] 徐逸,董轩妍,王俊杰.4种机器学习模型反演太湖叶绿素a浓度的比较[J].水生态学杂志,2019,40(4):48-57.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-25
  • 网络出版日期:  2022-03-30
  • 刊出日期:  2022-03-30

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