BP神经网络模型的改进及其在海底管道外腐蚀速率预测中的应用

针对海底油气管道外腐蚀问题构建模型预测其腐蚀速率，建立基于改进鹈鹕优化算法(Improvement Pelican Optimization Algorithm, IPOA)的BP神经网络(Back Propagation Neural Network, BPNN)腐蚀速率预测模型。通过Logistic-Tent混沌映射初始种群与收敛因子非线性化的方法提高鹈鹕算法(POA)的全局搜索能力和寻优精度，采用IPOA算法优化BPNN的权值和阈值，提升模型的预测精度与鲁棒性。以实海挂片试验数据为基础，建立POA-BPNN和BPNN模型作为对比。结果表明：IPOA-BPNN模型的决定系数R²为0.966 4,均方误差为0.235 3,平均相对误差为3.16%,均优于其余两个模型，模型的鲁棒性较未改进有较大的提升。这表明IPOA-BPNN模型能够为海底管道的维修与更换提供决策支持。     

基于BP神经网络的二元混合液体自燃温度预测

为了给工业界提供一种快速预测二元混合液体自燃温度的有效途径,将试验所测不同组分及配比的168个二元混合液体的自燃温度作为期望输出,将基于电性拓扑状态指数(ETSI)理论、引入混合ETSI概念而计算出的9种原子类型所对应的混合ETSI作为输入,采用三层BP神经网络技术建立了根据原子类型混合ETSI来预测混合液体自燃温度的BP神经网络模型,并应用改进的Garson算法进行多参数敏感性分析。经模型评价验证及稳定性分析,得到训练集的决定系数R2为0.965,平均绝对误差MAE为11.892 K,测试集的交叉验证系数Q2ext为0.923,平均绝对误差MAE为15.530 K,发现该模型的预测性能优于已有的多元非线性回归(MNR)模型,表明BP神经网络模型具有较好的拟合能力和预测能力,对烷、醇类混合体系自燃温度的预测精度最佳。     

基于GASA-BP神经网络的煤层瓦斯含量预测方法研究*

为提高煤层瓦斯含量预测的精准度和效率,提出1种利用遗传算法（GA）和模拟退火算法(SA)混合初始化BP神经网络（BPNN）的瓦斯含量预测新模型（GASA-BPNN模型）。利用灰色关联分析法（GRA）筛选瓦斯含量主控因素并作为GASA-BPNN预测模型的输入。为解决BPNN收敛速度慢和易陷入局部极小陷阱的问题,将GA和具有时变概率突跳性的SA整合为GASA算法协同初始化BPNN的权值和阈值,有效地提高BPNN的参数学习能力。将该模型应用于煤炭生产现场,结果表明:BPNN模型、GA-BPNN模型和GASA-BPNN模型瓦斯含量预测总平均相对误差分别为15.79%,9.03%,5.56%。相比BPNN模型和GA-BPNN模型,GASA-BPNN模型对样本的泛化能力更强,参数训练速度最快并且预测精准度最高。     

主元分析-神经网络岩爆等级预测模型

为准确可靠地预测岩爆灾害,构建结合主元分析法(PCA)的径向基神经网络(RBFNN)、概率神经网络(PNN)和广义回归神经网络(GRNN)岩爆预测模型。选取6个常用的参数构成岩爆预测指标体系,采用PCA消除各指标间的相关性并降维,得出3个线性无关的主元即岩爆综合预测指标Y1、Y2和Y3,构成RBFNN、PNN、GRNN这3种神经网络的输入向量。研究结果表明:这3种PCA-神经网络模型,其岩爆预测结果优于对应的RBFNN、PNN、GRNN模型,提高预测准确率并缩短运算时间。从局部准确率、整体准确率及运算时间这3个方面综合比较,各模型的预测能力从强到弱依次为:PCA-GRNN> PCA-PNN> PCA-RBFNN> PNN> GRNN> RBFNN。     

改进的MVO-GRNN神经网络岩爆预测模型研究

准确预测岩爆烈度等级能有效指导岩爆灾害的防控。根据影响岩爆发生及烈度等级的3个因素构建岩爆评价指标体系,提出一种基于改进多元宇宙算法(Improved Multi-Verse Optimizer, IMVO)优化广义回归神经网络(General Regression Neural Network, GRNN)的岩爆预测模型。在普通多元宇宙算法(MVO)的基础上,运用自适应平衡机制调节MVO算法中的虫洞存在概率(V_WEP)和旅行距离率(V_TDR)两个重要参数来改进该算法;再运用改进的多元宇宙算法优化广义回归神经网络的光滑度,通过训练数据优选出最佳光滑因子σ,得到IMVO-GRNN神经网络岩爆烈度预测模型;最后结合工程实例验证模型的性能。研究表明,该模型相比传统模型寻优能力更强,精度更高,为岩爆预测提供了一种新的思路。     

灰色Elman神经网络在火灾事故预测中的应用研究

针对我国火灾事故现状,结合灰色理论和神经网络的特点,提出灰色Elman神经网络火灾事故预测模型。依据我国1998—2007年火灾事故统计数据,分别选用GM(1,1)模型和灰色Elman神经网络模型对1998—2005年数据(火灾起数)进行拟合,对2006年、2007年数据进行(火灾起数)预测。结果表明:灰色Elman神经网络火灾事故预测模型符合火灾事故的特点;有效地解决了传统灰色预测模型在火灾事故预测中误差大稳定性差的缺陷,提高了预测精度;可对火灾事故进行预测与分析,为消防安全管理提供依据,以最大限度地减少火灾事故的发生。     

基于IWOA-PNN模型的管道焊缝腐蚀剩余强度预测

针对管道焊缝腐蚀问题构建基于改进鲸鱼优化算法(Improved Whale Optimization Algorithm, IWOA)的概率神经网络(Probabilistic Neural Network, PNN)剩余强度预测模型。首先，通过种群初始化、非线性收敛因子和惯性权重因子提高鲸鱼优化算法的寻优速度和精度；然后，利用IWOA算法优化PNN的光滑因子，构建IWOA-PNN预测模型；最后，以水压爆破试验数据为基础，使用MATLAB软件进行仿真试验，并与另外2个模型进行对比分析。结果表明：IWOA-PNN模型的E_RMS为0.633 1,E_AR为2.19%,R²为0.954 6,均优于PNN和鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm, WOA)-PNN模型；IWOA-PNN模型与传统模型相比误差更小，能够更为准确地预测焊缝腐蚀后剩余强度，为管道的维修和更换提供参考。     

基于神经网络理论的炼钢企业安全评价研究

介绍了神经网络的基本原理,对反向传播算法神经网络(Back Propagation Algorithm Neural Network,简称BP神经网络)模型结构和模型基本算法进行了研究,并在此基础上针对炼钢企业建立了基于神经网络理论的安全评价模型.通过将神经网络理论的安全评价方法与传统安全评价方法比较,说明了基于神经网络理论的炼钢企业安全评价方法是可行的.     

基于改进PSO-BPNN的输油管道内腐蚀速率研究

为解决输油管道易腐蚀,且腐蚀程度难以测量的问题,提出使用改进的粒子群算法（PSO）优化误差反向传播神经网络（BPNN）对输油管道内腐蚀速率进行预测。改进的PSO算法提升了自身搜索到全局最优的能力,可为BPNN提供最优初始权值和阈值,从而有效避免BPNN易陷入局部最优的问题发生。以某条输油管线为例,分别运用标准的BPNN模型、PSO-BPNN以及改进的PSO-BPNN对该管线内腐蚀速率进行预测。结果表明:基于改进的PSO-BPNN的预测结果平均相对误差为5.57%,预测精度较BPNN和PSO-BPNN有明显提升。使用改进的PSO-BPNN预测输油管道的腐蚀速率可为管道的检测维修提供可靠的理论和技术支撑。     

飞行签派员警觉性预测三过程模型

为解决民航飞行签派员警觉性预测问题,在国际通用的警觉性理论基础上,通过电子手环监测与精神运动能力测试(PVT)数据分析,构建面向民航飞行签派员的警觉性预测三过程模型(TPMA)。首先,从国内大型运输航空公司的一线值班飞行签派员中选取120名被试,在40 h睡眠剥夺条件下定时采集体温数据,并对被试进行PVT测试;其次,使用余弦分析法确定相位,根据测试数据,确定模型的上下渐近线,睡眠转换阈值等关键参数;然后,通过提前唤醒,测试修正睡眠惯性过程;最后,测试120名被试用以验证模型,并额外选取3组不同排班方式的被试开展独立验证。结果表明：二谐量的余弦函数可以很好地拟合体温数据,拟合相位为16.88,警觉性昼夜节律参数为-55 ms/℃,上下渐近线分别为750、200 ms,睡眠转换阈值为437 ms; TPMA预测结果与规律作息测试数据拟合优度大于0.90,与实际工作条件下测试数据的拟合优度大于0.81。提出的飞行签派员TPMA具有较好的稳定性和适用性。     

支持向量机对多环芳烃毒性的定量构效预测

为了实现多环芳烃(PAHs)毒性的有效预测,提出应用定量构效技术对多环芳烃的空气-正辛醇分配系数(KOA)和致癌性进行预测。应用分子描述符和试验值确立构效关系,采用支持向量机算法(SVM)和人工神经网络算法(ANN)分别建立了PAHs的KOA回归预测模型和致癌性分类预测模型。利用网格划分(GS)、遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)对SVM进行参数寻优。应用均方误差(MSE)、拟合决定系数R2和分类准确率(Accuracy)分别对模型进行了验证与评价。结果表明,最佳回归预测模型GS-SVR的MSE为0.059 7,R2为0.913 0;最佳分类预测模型GA-SVC的Accuracy为95%。研究表明:应用SVM所建两种模型的稳定性和预测能力都优于应用ANN建立的模型;参数优化后模型的稳定性和预测能力得到了提高。     

基于QSPR方法的脂肪醇化合物闪点预测

为提高脂肪醇化合物闪点预测精度,提出基于定量结构-性质关系(QSPR)原理的脂肪醇化合物闪点预测方法。应用Dragon软件计算出91种脂肪醇的分子描述符,利用遗传函数算法(GFA)从1 481个描述符中筛选出3个与脂肪醇闪点关系最密切的分子描述符。分别用多元线性回归(MLR)方法和支持向量机(SVM)方法进行建模,并采用内部验证和外部检验的方式对模型的拟合度、预测性等性能进行验证。结果表明:预测集的MLR方法和SVM方法的平均绝对误差(AAE)分别为2.870 K和2.706 K;均方根误差(RMSE)为3.451 K和3.371 K。SVM模型在精度上略优于MLR模型,而MLR模型更为简单和方便。     

基于QSPR方法的活性化合物热稳定性预测研究

为形成安全、可靠、便捷的活性化合物热稳定性预测方法,快速获取活性化合物热稳定性参数,采用定量结构-性质相关性(QSPR)方法,针对38种有机过氧化物和104种硝基化合物的起始放热温度和分解热,结合遗传函数算法(GFA)和“断点原则”筛选出的分子描述符,利用遗传算法(GA)优化的BP神经网络,建立活性化合物的热稳定性GA-BP预测模型,验证分析模型的性能和应用域。研究结果表明:所建立的GA-BP模型具有良好的拟合能力、稳定性和预测能力,优于线性模型,说明活性化合物热稳定性与分子结构之间存在非线性关系;同时,得出影响活性化合物热稳定性参数的主要结构因素。     

基于GA/PSO-BP神经网络的石家庄VOCs环境浓度预测模型研究

为了提升挥发性有机物(Volatile Organic Components, VOCs)的预测精度,在反向传播(Back-Propagation, BP)网络结构的基础上使用优化算法分别为遗传算法(Genetic Algorithms, GA)优化BP神经网络(GA-BP)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)优化BP神经网络(PSO-BP)对VOCs质量浓度进行预测。首先,对污染物及气象因子进行筛选。采用相关性分析法及逐步回归法进行分析筛选,并筛选出合适的输入变量。其次,建立BP神经网络结构。利用BP、GA-BP、PSO-BP神经网络,以石家庄市2022年夏季污染数据为样本对VOCs质量浓度进行预测。结果显示,经相关性分析及逐步回归法筛选,将PM_2.5质量浓度、O₃质量浓度、NO₂质量浓度、温度、相对湿度作为输入变量。经预测结果对比,PSO-BP神经网络模型的预测精度较高,烷烃、烯烃、芳香烃和含氧烃实测值与预测值之间的拟合程度(R²)分别为0.80、0....     

基于PCA-RBF的高校学生宿舍火灾安全评价及应用

为减少我国高校学生宿舍火灾隐患,采用PCA-RBF神经网络模型进行高校学生宿舍火灾安全评价.首先,获取高校学生宿舍火灾发生的主要影响因素,建立火灾安全评价指标体系.进而引入智能化评价方法,构建了基于径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBF)的高校学生宿舍火灾安全评价模型.同时,为避免评价指标的冗余性和神经网络评价中维数爆炸的局限性,引入主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)对指标体系进行降维处理.最后,通过实例分析验证该评价模型的可行性和有效性.结果表明,引入主成分分析方法有效解决了 RBF神经网络在高校学生宿舍火灾安全评价上存在的多种局限性问题.     

基于MATLAB工具箱的开采煤层自燃危险性预测

正确预测开采煤层自燃发火的趋势与危险性,对煤矿安全生产具有重要的指导意义。煤层自燃发火的趋势和危险程度与其影响因素之间存在着复杂的非线性关系,而人工神经网络具有极强的非线性逼近能力,能真实刻画出输入变量与输出变量之间的非线性关系。为准确预测开采煤层自燃发火的危险性,笔者针对反向BP神经网络收敛差的缺点,分别采用基于MATLAB神经网络工具箱中的VLBP和LMBP算法的改进BP神经网络模型对开采煤层自燃的危险性进行了预测。根据开采煤层自燃的特点,选取煤本身自燃倾向性、煤层地质及赋存条件、通风技术条件3个关键影响因素作为开采煤层自燃危险性的评判指标,建立了开采煤层自燃危险性预测的神经网络模型。实际应用效果表明,采用基于MATLAB神经网络工具箱的BP网络模型,能克服一般BP网络收敛较慢的缺点,能加快收敛速度;运用LMBP算法比VLBP算法快,但需较大计算机内存;该模型收敛速度快,准确性高,是一种十分有效的开采煤层自燃危险性预测方法。     

基于物理模型分析与深度神经网络融合的爆炸流场实时模拟方法

爆炸流场预测研究是爆炸安全性分析重要的组成部分,当前基于物理模型的CFD模拟已成为复杂空间环境下爆炸场景定量分析的首选工具,然而其计算效率较低,无法支持实时应急响应。借助基于机器学习(Machine Learning, ML)算法的代理模型可以有效缩短定量分析周期,但可供算法学习的数据量少是该项技术在化工事故后果分析中应用所面临的主要问题。因此,将物理模型分析与深度神经网络相融合,通过数据集构建、数据降维、数据回归和数据生成4个步骤,最终构建高效的卷积变分自编码器(Variational Autoencoder with Deep Convolutional Layers, VAEDC)与多层前馈神经网络(Multi-layer Forward Neural Network, MFNN)混合模型,用于实时预测区域爆炸压力场。基于特定区域,根据定义的算法输入与输出,利用CFD技术对各种爆炸过程进行模拟以获得大量的数据;基于CFD模拟数据,利用VAEDC将区域压力场的高维特征降维为隐空间变量,利用MFNN拟合爆炸相关参数、流场观测时刻与隐变量的映射关系,并以储罐区为例进行建模分析。结果表明...     

基于人工神经网络的烟气及温度实时预测模型*

为监测建筑火灾事故区域的危险程度,实现更加安全、高效的火灾应急救援,以通廊式建筑为研究对象,基于转置卷积神经网络及数值模拟方法开发1种可实时预测走廊位置处烟气扩散和温度分布的神经网络模型。首先,依托Python建立包含全连接、转置卷积、反池化等在内的19层神经网络模型的整体架构;其次,建立包含99个火灾场景,共7 920组图像数据的火场信息数据库用于模型训练;最后,使用测试集对模型进行可靠性验证。研究结果表明:烟气（温度）预测模型在不同火灾场景下的预测精度达到95%,训练完成后模型的预测时间一般为1~2 s。研究结果可为应急策略的快速制定提供数据参考。     

风电运维人员行为安全预警指标体系构建与分析

为提高风电运维人员安全行为水平,在独立性、完备性、梯度性、可行性原则的前提下,从人因、机械设备、作业环境、监督管理、信息沟通5个方面建立行为安全预警指标体系,利用问卷调查法获取行为安全预警数据,基于果蝇优化算法(FOA)优化反向传播(BP)神经网络,建立“15-10-1”结构的行为安全预警模型,利用该模型训练测试问卷数据。结果表明：构建的行为安全预警指标体系是科学合理的,FOA-BP神经网络模型有较强的预警能力,能够预测风电运维人员的行为安全风险。测试后,模型能实现较好的预警效果。     

基于遗传算法的支持向量机预测有机物自燃点的研究

根据定量构效关系(QSPR)原理,研究自燃点(AIT)与其分子结构间的内在定量关系。以265种有机化合物作为样本集,随机选择238种作为训练集,27种作为测试集,用遗传算法(GA)进行变量选择,分别建立多元线性回归(MLR)模型和支持向量机(SVM)模型研究有机物的自燃点与其分子结构间的关系。通过分析,发现造成模型预测效果不佳的原因是试验数据本身存在问题。通过对2个模型的比较,结果为GA-SVM模型明显优于GA-MLR模型,说明自燃点与其分子结构间具有很强的非线性关系。