与马斯京根汇流模型耦合的BP神经网络修正算法

为提高洪水预报的精度,提出一种BP神经网络耦合修正算法。该方法将水文模型预报的稳定性与神经网络预报的精确性相结合,应用实测流量资料与马斯京根汇流模型耦合进行单时段修正检验,对新安江模型计算的主河道各河段区间入流进行实时修正,并将实时修正的结果与二阶AR模型进行对比分析。通过实际流域验证,结果表明:改进BP耦合修正算法修正效果稳定,收敛迅速,在提高洪水预报精度的同时不损失预见期,实时修正效果整体优于二阶AR模型。     

基于MEA-BP神经网络的土壤养分评价模型

针对BP神经网络在解决复杂非线性问题时,存在初始权值和阈值随机赋值,网络学习速度慢,局部极小的问题,运用群体搜索能力强的思维进化算法(MEA),寻找出最优的初始权值和阈值,优化BP神经网络的网络结构,建立MEA-BP神经网络的土壤养分等级评价模型。以敦化市黑土的土壤养分数据作为测试集,评价指标选用土壤的有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾。对比MEA-BP网络预测模型、遗传算法(GA)优化BP网络预测模型和单一的BP网络预测模型,结果表明MEA-BP网络预测模型的均方误差(MSE)最小、决定系数(R^2)最接近1和误差波动最小,可以更准确地反映土壤养分分级特性。     

基于田间环境及气象数据的甘蔗产量预测方法

对2008—2017年间广西某甘蔗地装设的田间物联网获取的田间环境及气象数据进行了分析,研究通过这些数据预测甘蔗产量的可行性。对田间的环境数据(土壤含水率和土壤温度)和气象数据(降水量和空气温度)进行预处理,分别运用BP神经网络及遗传算法优化初始阈值的BP神经网络(GA-BP)对所选地块的甘蔗产量进行预测。结果表明,GA-BP神经网络模型的预测精度明显高于BP神经网络模型,R~2达到0. 989 4,平均相对误差仅为0. 64%。说明用GA-BP神经网络预测甘蔗产量是有效、可行的。     

基于BP神经网络的土壤养分综合评价模型

以土壤养分指标体系作为神经网络的输入,以土壤养分等级评分作为输出,基于BP神经网络,建立了具有5个隐含层节点、3层网络的土壤养分综合评价模型;以土壤养分指标的各级评价标准作为模型的训练样本和检验样本,利用Matlab软件对BP神经网络进行训练和检验,并对安塞县土壤养分进行综合评价.结果表明BP神经网络对检验样本的模拟输出和期望输出是一致的;对安塞县土壤养分综合评价结果与模糊模式识别、主成分分析结果也是完全一致的.     

BP神经网络在浅层地下水矿化度预

针对导致黄河下游三角洲地区土壤盐渍化的浅层地下水因素,以该地区典型区域为研究对象,将人工神经网络引入地下水矿化度的模拟和预测中,建立了基于土壤盐分、地下水埋深和pH的地下水矿化度预测的BP神经网络模型,并与多元回归模型在拟合精度和预测性能方面进行了比较。结果表明：研究区域地下水矿化度与土壤盐渍化程度呈显著的相关性,多元回归模型能较好地拟合地下水矿化度;通过网络训练确定了地下水矿化度的BP神经网络的拓扑结构为5：8：1,BP神经网络的拟合精度明显优于多元回归模型;统计检验表明BP神经网络的预测性能亦优于多元回归方法,其预测精度提高了50.1%。该研究可为黄河三角洲地区盐渍化的水盐调控和预测预报提供理论基础与决策依据。     

基于遗传算法优化BP神经网络的数字图像土壤含水量反演研究

快速准确地测量土壤含水量在农业、水文、生态等领域的应用至关重要,数字图像技术测量土壤含水量因其具有廉价、快速和不破坏土体的优势成为研究的热点。基于手机相机获取的数字图像,提取了R、G、B、H、S、V和DN 7种图像特征参数,并利用与土壤含水量相关性较大的图像特征参数R、V和DN构建了BP神经网络和遗传算法优化的BP神经网络土壤含水量反演模型,来获取高精度的土壤含水量数值。结果显示：将BP神经网络和遗传算法用于数字图像技术,均可提高数字图像技术测量土壤含水量的精度,其中BP神经网络土壤含水量反演模型的决定系数(R²)可达到0.940～0.972,均方根误差(RMSE)为0.936%～1.694%;遗传算法优化的BP神经网络土壤含水量反演模型的R2可达到0.976～0.993,RMSE为0.559%～0.878%,遗传算法优化的BP神经网络模型用于数字图像技术反演土壤含水量的R²更接近1,RMSE更小,精度更高。同类型研究中提出的多元线性模型的R2介于0.60和0.96,RMSE介于1.11%和7.00%,与其相比,研究模型的预测精度和稳定性更高...     

基于BA-BP开关磁阻电机电流分段建模研究

提出一种基于蝙蝠算法(BA)优化BP神经网络的方法,将该方法用于建立开关磁阻电机(SRM)的电流模型。针对BP神经网络存在的易陷入局部最优和收敛速度慢等缺点,利用BA算法快速寻优能力优化BP神经网络的初始阈值和权值,提高BP神经网络SRM建模精度。同时采用分段拟合法进一步提高建模精度。结果表明,基于BA优化后的BP神经网络具较高的建模精度,而采用的分段拟合建模法可进一步提高建模精度。     

基于改进的BP神经网络集成的作物精准施肥模型

作物最优施肥量与土壤养分含量、产量之间存在复杂的非线性关系。为更加准确地模拟这种关系,提出一种改进的的BP神经网络集成方法。该方法采用K-均值聚类优选神经网络个体,采用拉格朗日乘子方法计算待集成的神经网络个体的权值。然后,基于农田肥料效应试验数据,以土壤养分含量和施肥量作为神经网络的输入,以产量作为神经网络的输出,建立了作物精准施肥模型。该模型通过求解一个非线性规划问题,能同时获得最大产量和最优施肥量。试验结果表明,在施肥模型的拟合精度方面,改进的神经网络集成方法（其均方根误差为64.54）明显优于单个神经网络方法（其均方根误差为169.74）。而且,作为一种定量模型,基于改进的神经网络集成的施肥模型优于传统施肥模型,能有效地指导精准施肥。     

基于机器学习方法的土壤转换函数模型比较

土壤水分状态及运动过程的准确描述与预测需要精确的土壤水力参数,而使用土壤转换函数的方法可以方便省时省力地获得土壤水力参数.对于不同的建模方法,在模型预测精度、运行效率等方面有所差异.[目的]探究不同机器学习方法建立土壤转换函数模型的优劣.[方法]使用UNSODA全球土壤水力性质数据库,对比分析了人工神经网络(ANN)、...     

紫花苜蓿薄层干燥试验及其模型的建立

苜蓿干燥是苜蓿加工的重要环节.利用GZ-1型干燥试验装置,进行紫花苜蓿的薄层干燥试验, 探讨了热风温度、热风速度和初始质量对干燥速率的影响.结果表明,热风温度、热风速度和苜蓿初始质量对干燥速率的影响显著.用多元回归方法和BP神经网络建立苜蓿干燥的模型,并对结果进行对比.结果表明,BP神经网络模型预测的含水率精度明显高于多元回归模型.     

基于GF-1影像的渭-库绿洲外围土壤含盐量定量反演研究

为探讨国产GF-1卫星影像在干旱区土壤盐渍化监测中的适用性,以渭-库绿洲外围荒漠交错带为研究对象,利用BP神经网络和RBF神经网络2种建模算法,以GF-1影像的4个波段的反射率及影像提取的归一化差异植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)、土壤调节植被指数(SAVI)、盐度指数(SI1、SI2、SI-T)共10个指标构建土壤含盐量反演模型。结果表明:在2种算法中,BP神经网络模型预测精度最高,R2为0.818,RMSE为0.194;发现利用植被指数更能提高模型的预测精度;利用BP神经网络预测模型反演研究区的土壤含盐量,发现预测情况与研究区实际情况相符,说明利用GF-1数据结合BP神经网络构建的反演模型适用于监测研究区土壤盐渍化问题。     

贝叶斯模型在土壤转换函数中的应用与适应性评价

为了研究大型灌区节水改造后的区域农田生态环境效应中分布式水文模型空间参数的确定问题,通过内蒙古河套灌区解放闸灌域22个土壤水盐监测点110个土壤样本的采样与分析,利用贝叶斯神经网络(BNN)模型建立了河套灌区区域分层土壤特征参数与土壤水分特征曲线模型参数、特征含水率之间的土壤转换函数模型,并与已有的BP神经网络模型进行适应性比较及模型验证。结果表明,BP模型土壤转换函数的训练模拟精度优于BNN,但是在模拟预测方面,BNN模型普遍好于BP模型,而且模型输入因子数量对BP模型的精度影响较大,而BNN模型对于不同输入因子表现出很好的稳健性,BNN模型比传统的人工神经网络模型具有更好的适应性和预测效果,体现了土壤特征参数的空间随机性和结构性特征,而且预测的土壤水分特征曲线与实测和VG拟合结果更为接近,是一种具有广阔应用前景的区域土壤转换函数推求方法。     

水泵水轮机全特性的集成PSO_BP神经网络模型

为提高抽水蓄能调节系统仿真中水泵水轮机模型精度,提出了一种集成PSO_BP神经网络模型来描述水泵水轮机全特性。首先利用改进Suter变换对水泵水轮机全特性进行处理得到样本数据,然后采用PSO算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,反复训练出若干个PSO_BP神经网络,最后将单个PSO_BP网络作为自适应Boosting集成算法的弱学习器,最终构建出水泵水轮机的集成神经网络模型。计算结果表明,与单个BP网络模型相比,该模型具有更好的拟合精度及泛化性能,为进一步研究抽水蓄能调节系统性能奠定了基础。     

非充分灌溉青贮玉米土壤墒情预报的人工神经网络模型

土壤墒情预报是农田适时适量灌溉与科学管理的基础,田间土壤墒情的变化受降水、灌溉、植株蒸腾、土壤蒸发、根系层下边界水分通量及外界气象因素的影响,关系比较复杂。利用内蒙古锡林浩特市典型草原区的青贮玉米土壤水分试验资料,建立了土壤墒情预报的BP神经网络模型,并利用部分实测资料对网络进行检验,取得了较好的效果。结果表明BP神经网络模型可以对区域土壤水分进行动态预测,方法简便可行。     

基于PCA优化—BP神经网络算法的农田土壤养分评价

为达到对膜下滴灌土壤养分综合评价的目的,采用描述性统计分析、主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和Back Propagation(BP)神经网络方法对通辽市科左中旗农田土壤养分进行评价,结合单因子指数法,并与传统方法中运用最广的模糊数学综合评价结果进行对比分析。依据《全国第二次土壤养分分级标准》,经实测数据验证,结果表明:2015年和2016年科左中旗农田土壤养分综合评价良好;将PCA与BP神经网络相结合的方法运用到解决土壤学问题中,可获得客观的结果;经检验PCA与BP神经网络模型相结合的评价方法适用于因子多且复杂、精度要求高的样本。将PCA与BP神经网络相结合既可以解决信息过多、分析困难的问题,又可以降低模糊性、减少精度下降,将各自优点有效的联系在一起,相较传统方法可以更加科学合理、准确有效地对土壤养分进行综合评价。     

基于计算机控制的智能灌溉系统优化研究

为了实现小麦供水量精确控制,优化整合BP神经网络和模糊控制,设计了智能灌溉系统,并基于BP神经网络设计小麦需水量预测系统。整个神经系统为3层结构,以温度、土壤湿度、风速和光照强度作为系统输入,理论计算得到的小麦需水量为预测期望值,训练该神经网络。基于模糊控制设计浇灌控制系统,以神经网络小麦需水量预测值和实际土壤含水量的差值e及其变化率ec作为控制系统输入,以浇灌时间作为系统输出,对神经网络需水量预测精度进行测试,相对偏差分布区间为[1.65%, 7%]。对灌溉系统进行测试,相对偏差分布区间为[0.02%, 0.38%]。     

基于GA-BP神经网络的果园需水量预测

为解决果园需水量预测精度低、鲁棒性差等问题,提出了遗传算法(GA)优化BP神经网络的果园需水量预测模型.选取空气温度、土壤含水率、光照强度3个主要环境因子作为BP神经网络的输入量,利用遗传算法的全局搜索能力优化神经网络权值和阈值,建立GA-BP神经网络模型预测果园需水量.仿真结果表明:GA-BP预测模型的预测值比BP模型更加趋近期望需水量,模型评价指标平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE),均优于单一BP神经网络模型.与传统的BP神经网络算法相比,GA-BP神经网络模型能较好的表达果园需水量与主要环境因子的非线性关系,具有较高的预测精度和适应性.     

土壤水分特征曲线Van-Genuchten模型参数的土壤传输函数比选

基于黄土高原区多种土壤的水分特征曲线试验数据样本,建立了以土壤黏粒、土壤粉粒、干密度、有机质和盐分含量为输入变量,Van-Genuchten模型参数α与n为输出变量的非线性预报模型和灰色BP神经网络预报模型,在对两种模型误差参数α与n分别进行误差分析比较的基础上,对两种模型的预测结果进行了整体误差分析。结果表明:无论是参数α还是参数n,非线性模型的平均相对误差低于10%,综合精度平均相对误差为15.73%;灰色BP神经网络模型的预测精度的平均相对误差低于4%,综合精度平均相对误差为10.01%,灰色BP神经网络模型的预测精度都要比非线性模型的预测精度高,但灰色BP神经网络模型易出现过度拟合的情况。综合而言,两种模型均能实现Van-Genuchten模型参数α与n的预测,可根据具体情况选用其中一种以达到更好的预测效果。     

人工神经网络在土壤含盐量预测中的应用

土壤含盐量的预测对合理配置水资源.防治土壤次生盐碱化等具有重要的指导意叉.在阐述BP人工神经网络原理的基础上,针对影响土壤含盐量的主要因素,建立了多因子土壤含盐量的3层BP网络模型,以土壤含水率、地下水矿化度、地下水pH值、地下水埋深、相对湿度、降雨量、蒸发量作为模型输入参数,土壤含盐量作为模型输出,对土壤含盐量进行了预测.结果表明,BP神经网络模型预测土壤含盐量的最大误差为8.78%,平均误差为5.99%,模型具有较高的预测精度.     

基于遗传算法优化BP神经网络下马铃薯产量预测模型

马铃薯产量的高效预测对于制定马铃薯生长期间的精准管理决策具有重要意义。为此,针对传统BP神经网络在产量预测中存在的精度差、准确度低等问题,选择遗传算法对单一BP神经网络模型开展网格优化。基于朔州市朔城区沙楞河村2010-2019年田间物联网获取的田间环境数据(土壤含水率和土壤温度)、气象环境数据(大气湿度、大气温度、降雨量)和马铃薯产量,采用BP神经网络及GA-BP神经网络模型对所选地区马铃薯产量进行预测分析。研究结果表明：GA-BP神经网络模型下,马铃薯产量的预测精度明显高于BP神经网络模型,R²达到0.993 27,平均相对误差仅为0.88%。试验证明,GA-BP神经网络模型能够更加科学、合理地进行马铃薯产量预测,说明利用遗传算法优化BP神经网络在马铃薯产量预测中是可行且有效的。