[发明专利]一种非平稳过程粉尘浓度预测方法

权利要求书

1.一种非平稳过程粉尘浓度预测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：记录一段时间内粉尘浓度随时间变化值C(t),t＝t₁,t₂...t_n；n为记录阶段包含时刻总数量，t_n为第n个时刻对应时间；

S2：利用变分模式分解法对C(t)进行分解，得到粉尘浓度随时间沉积趋势值C_trend(t)、粉尘浓度随矿井工作状态周期变化值C_seasonal(t)及具有平稳过程的粉尘浓度随时间波动值C_resid(t)，粉尘浓度随时间变化值C(t)＝C_trend(t)+C_seasonal(t)+C_resid(t)；

S3：分别对C_trend(t)、C_seasonal(t)、C_resid(t)进行预测，最终预测粉尘浓度为C_predict(t')＝C_{trend-predict}(t')+C_{seasonal-predict}(t')+C_{resid-predict}(t'),t'＝t_n+1,t_n+2,...,t_n+m；t’为需进行粉尘浓度预测的时刻，m为需要向后预测的时间段内包含时刻总数量，t_n+m为第n+m个时刻对应时间；

所述S3具体为：

利用三次指数平滑算法，即Holter-Winter法对粉尘浓度随矿井工作状态周期变化值C_seasonal(t)进行预测，得到C_{seasonal-predict}(t')；

C_{seasonal-predict}(t_n+m)＝(1-κ)[A(t_n)+B(t_n)(t_n+m-t_n)+S(t_n+m-T+1+mod((t_n+m-t_n)/T))]其中T为C_seasonal(t)变化周期，A(t_n)为一次平滑值，B(t_n)为二次平滑值，S(t_n)为三次平滑值，计算公式如下：

A(t_n)＝α'(C_seasonal(t_n)-S(t_n-T))+(1-α')(A(t_n-1)+B(t_n-1))

B(t_n)＝β(A(t_n)-A(t_n-1))+(1-β)B(t_n-1)

S(t_n)＝γ(C_seasonal(t_n)-A(t_n-1)-B(t_n-1))+(1-γ)S(t_n-T)

其中α'、β、γ为平滑系数，利用K-Fold交叉验证法以RMSE最小化准则求得；

(1-κ)为引入的开关变量，用于衡量矿井工作状态，κ∈[0,1]，其取值与矿井工作强度呈反比，若预测时间段矿井工作状态与已知时间段相同，则κ＝0，若预测时间段矿井处于停工状态，则κ＝1。