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基于CEEMDAN-SE-BiLSTM模型的西安市PM2.5浓度预测

谢琪 夏飞 袁博

谢琪, 夏飞, 袁博. 基于CEEMDAN-SE-BiLSTM模型的西安市PM2.5浓度预测[J]. 环境工程, 2024, 42(8): 105-115. doi: 10.13205/j.hjgc.202408013
引用本文: 谢琪, 夏飞, 袁博. 基于CEEMDAN-SE-BiLSTM模型的西安市PM2.5浓度预测[J]. 环境工程, 2024, 42(8): 105-115. doi: 10.13205/j.hjgc.202408013
XIE Qi, XIA Fei, YUAN Bo. PREDICTION OF PM2.5 CONCENTRATION IN XI’AN BASED ON CEEMDAN-SE-BiLSTM MODEL[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2024, 42(8): 105-115. doi: 10.13205/j.hjgc.202408013
Citation: XIE Qi, XIA Fei, YUAN Bo. PREDICTION OF PM2.5 CONCENTRATION IN XI’AN BASED ON CEEMDAN-SE-BiLSTM MODEL[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2024, 42(8): 105-115. doi: 10.13205/j.hjgc.202408013

基于CEEMDAN-SE-BiLSTM模型的西安市PM2.5浓度预测

doi: 10.13205/j.hjgc.202408013
基金项目: 

上海市科委创新项目(19DZ1206800)

详细信息
    作者简介:

    谢琪(1998-),女,硕士研究生,主要研究方向为数据预测技术。xieqi9810@163.com

    通讯作者:

    夏飞(1978-),男,博士,副教授,主要研究方向为图像识别、数据挖掘。xiafeiblue@163.com

PREDICTION OF PM2.5 CONCENTRATION IN XI’AN BASED ON CEEMDAN-SE-BiLSTM MODEL

  • 摘要: 大气颗粒物浓度与环境污染息息相关,准确预测PM2.5浓度对生态环境保护至关重要。选取西安市2020年1月1日—2021年12月31日的PM2.5浓度数据和气象数据,针对PM2.5序列非平稳非线性的特点,通过自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)将PM2.5浓度序列分解为多个本征模态分量,减少数据噪声,以样本熵(SE)作为指标对分量进行k均值聚类(k-means聚类),去除冗余信息,然后将重构分量输入到双向长短期记忆神经网络模型(BiLSTM模型)中,辅以气象数据和独热编码处理后的时间数据增强输入特征,输出各分量的预测结果,叠加后得到最终的PM2.5浓度预测结果。结果表明:与常见的XGBoost模型、长短期记忆神经网络(LSTM)模型、BiLSTM模型和其他组合模型相比,CEEMDAN-SE-BiLSTM模型在未来4个时刻(T+3、T+6、T+12、T+24)的预测性能更优。其均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)均有降低,T+3时刻的决定系数(R2)达到0.993,预测精度大幅提升。此外,在全国范围内选取5个城市(郑州、成都、北京、上海和广州)验证该模型的泛化性,结果显示,5个城市的预测误差均较小。CEEMDAN-SE-BiLSTM模型对PM2.5浓度序列的短期预测具有较好的普适性、准确性。
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  • 收稿日期:  2023-06-27
  • 网络出版日期:  2024-12-02

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