【摘要】：為分析安全預(yù)測中時間序列的非平穩(wěn)特性并提高預(yù)測精度,提出基于集合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EEMD)、相空間重構(gòu)(PSR)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測建模方法。首先應(yīng)用EEMD方法將時間序列分解成若干具有不同周期性或趨勢性的分量,通過C-C方法計算各分量的最佳嵌入維數(shù)和延遲時間;然后分別進行相空間重構(gòu);再應(yīng)用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對各分量進行訓(xùn)練并建立預(yù)測模型;最后將各分量預(yù)測結(jié)果疊加得到最終預(yù)測值。用該方法分析反映煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵性指標(biāo)——煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率。結(jié)果得到具有長期趨勢性和周期性波動的5個分量,預(yù)測相對誤差為-0.11%~0.20%;外推預(yù)測表明,中國煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率將保持持續(xù)下降趨勢,至2020年將下降到0.05以下。
【圖文】：

揭鋪嗤悖噱淙氬愕揭鋪嗤悖囗鋪嗤愕?輸出層的連接權(quán)值矩陣;g(·)為隱含層與輸出層的激活函數(shù)。由此，Elman網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測空間可以表示為:y(s+1)=f(y(s)，y(s－1)，…，y(s－ny+1)，u(s)，u(s－1)，…，y(s－nu+1))(13)式中:y(s)表示s時刻的輸出，u(s)表示s時刻的輸入;ny和nu分別為輸出和輸入的階數(shù)。則預(yù)測模型為:^y(s+1)=f(^y(s+τ－1)，…，y(s+τ－m)，u(s+τ)，…，u(s+τ－m))(14)1．6安全預(yù)測的EEMD-PSＲ-Elman建模方法基于EEMD-PSＲ-Elman的安全生產(chǎn)時間序列預(yù)測建模過程如圖1所示。圖1EEMD-PSＲ-Elman預(yù)測建模過程Fig．1PredictivemodelingprocessofEEMD-PSＲ-Elman1)用EEMD方法對安全生產(chǎn)時間序列進行分解，得到n個分量和1個余量。2)用C－C方法確定各分量及余量的最佳嵌入維數(shù)和延遲時間，分別進行PSＲ。3)在重構(gòu)后的相空間中分別建立Elman網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。4)累加各分量與余量的預(yù)測結(jié)果，獲得安全生產(chǎn)時間序列的最終預(yù)測結(jié)果。第6期李潤求等:安全預(yù)測的EEMD-PSＲ-Elman建模方法及應(yīng)用·107·

2應(yīng)用實例2．1樣本數(shù)據(jù)處理煤礦百萬噸死亡率是反映煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵性指標(biāo)。根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局公布數(shù)據(jù)及相關(guān)文獻［16］整理，，1978—2014年我國煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率和逐年下降比例如圖2所示。圖2全國煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率Fig．2MilliontonsmortalityofcoalproductioninChina煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率大致可以分為2個階段，第1階段是1978—2000年，整體趨勢為在波動中下降，由1978年的9.71下降到2000年的5.80;第2階段是2001年以來呈現(xiàn)的持續(xù)下降趨勢，2014年已下降到0.255。由圖2可知，百萬噸死亡率具有明顯的長期下降趨勢性，通過增廣的迪基－福勒檢驗法(augmentedDickey-Fullertest，ADF)檢驗，其為一非平穩(wěn)序列。逐年下降比例在－21.48%～33.69%之間，既有負(fù)增長也有正增長，波動性較大，沒有清晰顯著的規(guī)律性，應(yīng)用ADF檢驗，同樣屬于非平穩(wěn)序列。因此，筆者應(yīng)用EEMD-PSＲ-Elman預(yù)測建模方法對逐年下降比例進行分析和預(yù)測建模，從而外推預(yù)測2015—2020年我國煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率。在煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率逐年下降比例原始數(shù)據(jù)序列中添加白噪聲，采用EEMD方法分解，共產(chǎn)生4個分量和1個余量，如圖3所示。由圖3可知，序列體現(xiàn)了明顯的多尺度特征:余量展現(xiàn)了序列的長期發(fā)展趨勢，呈現(xiàn)較為明顯的增長規(guī)律，從1978年的－4.13%提高到了2014年的21.92%;分量1—4存在不同的周期性波動。2．2預(yù)測建模對每個分量和余量序列應(yīng)用C－C方法，得到最佳延遲時間為2，2，3，3，4和嵌入維數(shù)為3，5，4，5，3。因此，各序列的預(yù)測樣本個數(shù)分別為31，27，26，23和27。依次對各序列進行相空間重構(gòu)，應(yīng)用圖3百萬噸死亡率逐年下降比例經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解Fig．3PercentagedeclineyearbyyearofmilliontonsmortalitybyEEMDElman網(wǎng)?
【作者單位】： 湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院;煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點實驗室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助(51274100) 湖南省教育廳科學(xué)研究項目(14C0424)
【分類號】：TD76

【參考文獻】

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【二級參考文獻】

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1 曹W毩

本文編號：2532795