基于LSTM网络的在线藻类时序数据预测研究:以三峡水库为例     

欧阳添  闪锟  周博天  黄昱  吴忠兴  尚明生 《湖泊科学》2021,33(4):1031-1042

三峡水库在不同水位调控期支流回水区末端水深变化幅度较大,加之复杂水动力变化产生的生境异质性,塑造出有别于浅水湖泊的水华暴发特征.本研究基于库区4条支流——香溪河、澎溪河、大宁河及草堂河部署的自动监测数据,利用小波变换(WT)和长短期记忆网络(LSTM)构建藻类时序变化预测模型,并探讨神经网络层数、每层隐藏神经元数、时间步长数等关键参数的最优组合.结果表明:WT-LSTM模型可有效预测在线获取的叶绿素a浓度变化,模型在4条支流的均方根误差(RMSE)为0.049～0.221μg/L,平均相对误差(MRE)为0.43%～1.12%;预测结果揭示深度神经网络方法可有效地提取在线藻类时序数据特征,而相较于深度置信网络(DBN),LSTM在4条支流叶绿素a预测的平均RMSE和MRE分别降低了9.20%和3.06%;在线监测数据的小波降噪并未影响叶绿素a的变化趋势,且WT-LSTM模型对叶绿素a预测效果显著提升于WT-DBN,平均RMSE和MRE分别降低了51.72%和59.24%;通过设置不同时间步长的预测实验,证实24 h内模型精度会随着预测步长的增加而降低,但模型平均相对误差可保持在13%以内,且对区间内叶绿素a极大值的预测精度要优于其平均值.本研究为水华预测上耦合在线监测与深度学习提供了研究范例,通过4个站点数据的交叉验证实验,亦证实具有统计学关联性的不同空间数据合并后可延展时序模型的学习样本,增强模型在实际应用中的稳健性.  相似文献   

基于非线性时序分析的三峡支流浮游植物因果响应     

何孟奇  闪锟  王兰  杨柳  李哲  尚明生 《湖泊科学》2023,35(2):507-518

水华的频发已成为当前三峡水库最为突出的生态环境问题之一。尽管水动力调控叠加上温度变暖和营养负荷增加会诱导水华暴发强度和频率增加,但仍缺乏有效的方法框架去利用野外观测数据评估环境因子与浮游植物间的因果关联。本研究以三峡水库澎溪河监测数据为例,采用非线性时序分析的建模框架来量化浮游植物的因果响应规律。数据来自于2007年6月至2018年9月澎溪河流域的高阳平湖和汉丰湖两个观测点,其中包含了水文、气象和水质及叶绿素a等11种变量。首先,利用奇异谱分析(SSA)分离了叶绿素a和环境因子的低维确定性动力学信号;其次,采用收敛交叉映射(CCM)方法检验了叶绿素a与环境因子间的因果关联。结果显示:(1)气象因子、支流流量、水温、三峡大坝水位和上游调节坝水位是影响高阳平湖叶绿素a时序变化的重要因素;(2)总氮、总磷为代表的营养盐只在汉丰湖观测点中表现出与叶绿素a的因果关系,且总氮较之于总磷对叶绿素a变化影响更为显著;(3)CCM结果与传统的皮尔森相关性分析及格兰杰因果检验比较,证实非线性时序分析方法在分析浮游植物的因果响应上更具优势。本研究为水生态系统的因果建模提供了研究范例,也为推动利用长期观测数据...  相似文献   

反蛙人武器系统发展综述          下载免费PDF全文

王金成  郭星香  孙玉臣  房俊伟  姜斌 《数字海洋与水下攻防》2020,3(6):486-493

蛙人由于体积小、噪声强度低,因此探测十分困难,可秘密潜入码头、海港、海上勘探平台、 舰艇锚泊区及岛礁等重点水域实施侦察或破坏,对水下区域安全提出了挑战。首先,指出了水下蛙人的探测难点,随后介绍了国内外反蛙人声呐装备系统的技术发展、蛙人水下目标主被动声学特征的研究进展,综述了反蛙人武器系统的发展现状,最后总结了目前反蛙人声呐系统的技术特点,并对反蛙人声呐系统的发展趋势进行了展望,预期可为我国反蛙人声呐系统的发展提供参考。  相似文献   

轨道几何特征匹配列车定位方法     

房博乐  陈起金  牛小骥 《测绘通报》2019,(10):109-113

轨道不平顺和轨距偏差等几何特征是直接反映轨道质量优劣的信息,它们均是轨道里程的函数,包含了丰富和低成本的位置信息,在重复观测中具有一致性。本文对轨道几何特征匹配列车定位方法的可行性进行了评估,建立了存储于计算机的背景数据库,然后通过采集待匹配数据和背景数据库进行匹配比对,获得了满足精度要求的列车位置。该方法为多传感器融合的列车控制系统提供了一种新的定位信息和思路,可以作为提高列车定位系统稳健性的辅助手段。  相似文献   

大刺鳅(Mastacembelus armatus)二、三、四碱基重复微卫星标记的筛选和特征分析     

房祖业  陈晓东  吴咏诗  谭洁瑢  张玮恩  王正宇  林婷婷  查广才  舒琥 《海洋与湖沼》2018,49(1):174-182

对大刺鳅(Mastacembelus armatus)进行简化基因组测序,开发二、三、四碱基重复类型的微卫星引物共105对(重复次数≥6),其中可稳定扩增的引物有50对(47.6%),通过多态性分析,发现有38个微卫星位点表现出多态性,从中随机选取三种重复类型微卫星各10对对北江群体进行遗传多样性分析,及各6对对澜沧江大刺鳅群体进行遗传多样性分析。结果显示,(1)在大刺鳅中二碱基重复微卫星位点筛选效率为50%,而三、四碱基重复的筛选效率分别为31.1%、35%。(2)北江群体的平均多态信息含量为0.649,比澜沧江群体(0.572)高,30个微卫星位点在北江群体中共检到235个等位基因,且93.3%的引物表现为高度多态水平,18个微卫星位点在澜沧江群体中共检到120个等位基因,66.7%的引物表现为高度多态水平。(3)二碱基重复的微卫星标记在两个野生群体检出的五项多态性指标高于三、四碱基重复。结果表明,二碱基重复的微卫星比三四碱基重复的微卫星具有更高的筛选效率和多态性,北江群体的遗传多样性比澜沧江群体高,本研究所筛选的引物可以应用于群体间遗传多样性分析和遗传图谱的构建,以及亲缘关系的鉴定等方面,为大刺鳅种质资源保护研究奠定分子基础。  相似文献