1.基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报方法,其特征在于,包括以下步骤:获取数据步骤:选取浪高数据集;
数据预处理步骤:对浪高数据集中的缺失数据进行补全后进行归一化处理,得到预处理后的浪高数据集;
EEMD分解步骤:将预处理后的浪高数据集进行EEMD分解,得到分解后的基本模态分量IMF;
数据划分步骤:按照一定比例将分解后的基本模态分量IMF进行训练数据集和测试数据集的划分,得到训练数据集和测试数据集;
网络训练步骤:利用训练数据集的数据对网络进行训练,训练所使用的损失函数为预测结果和真实值之间的均方误差MSE,通过梯度下降法进行反向传播,更新网络中的可训练参数;
训练结束判定步骤:判断训练的网络是否满足参数要求,若为否,则返回训练数据集选取步骤;若为是,则结束网络训练步骤,输出训练好的基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq模型;
浪高数据预测步骤:向训练好的基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq模型输入测试数据集,每个分解后的基本模态分量IMF,得到预测值分量,最后所有分解后的基本模态分量IMF上的预测结果求和,得到预测的海浪波高值;
网络训练步骤中的模型为基于LSTM与注意力机制结合的Seq-to-Seq模型结构,具有j个时间步的LSTM编码器输出每个时间步的结果,与LSTM解码器输出的第i-1个时间步进行注意力值的计算,得出的结果作为第i个时间步的解码器LSTM的输入,i表示预测的第i个时刻。
2.根据权利要求1所述的基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报方法,其特征在于,数据预处理步骤中的归一化处理的公式如下:
(1)
其中,是归一化后的结果,代表输入数据。
3.根据权利要求2所述的基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报方法,其特征在于,EEMD分解步骤中,EEMD分解步骤具体如下:
S101 输入浪高数据,并且初始化试验次数;
S102 在次试验中,在原始数据中添加白噪声序列,公式为:(2)
S103 对新得到的数据进行EMD分解,得到的基本模态分量记为 ,为次试验中的第j个IMF;
S104 判断是否为第次试验,若不是则重复第S102-S103,每次重复添加不同的白噪声;
对所有试验的IMF取平均得到IMF均值,如公式所示:
(3)
其中,表示为EMD分解的第j个IMF均值。
4.根据权利要求1所述的基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报方法,其特征在于,训练结束判定步骤中,编码器与解码器所使用的LSTM层均使用100个神经元,在解码器之后均使用一个神经元个数为1的全连接层作为输出,输出值的范围在[0,+∞];
模型所使用的损失函数为均方误差MSE,使用Adam优化器,学习率设置为0.001。
5.根据权利要求4所述的基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报方法,其特征在于,训练结束判定步骤中MSE的公式如下:
(4)
其中,为预测值,为真实值,n为预测样本总数量。
6.根据权利要求1所述的基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报方法,其特征在于,训练结束判定步骤之后还包括模型性能评估步骤,具体内容为:利用LSTM和注意力机制,以预测未来3至72小时为基准,以RMSE,MAE,MAPE,Pearson为评价指标验证基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq模型的性能。
7.根据权利要求1所述的基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报方法,其特征在于,数据划分步骤中,将分解后的基本模态分量IMF的前75%为训练数据集,分解后的基本模态分量IMF的后25%为测试数据集。
8.基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报系统,其特征在于应用权利要求1-7任一项所述的基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报方法,包括:数据获取模块、数据预处理模块、EEMD模块、数据划分模块、网络训练模块、基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq预测模块和浪高数据预测值输出模块;
数据获取模块,用于选取浪高数据集;
数据预处理模块,与数据获取模块的输出端连接,用于对浪高数据集中的缺失数据进行补全后进行归一化处理,得到预处理后的浪高数据集;
EEMD模块,与数据预处理模块的输出端连接,用于将预处理后的浪高数据集进行EEMD分解,得到分解后的基本模态分量IMF;
数据划分模块,与EEMD模块的输出端连接,用于按照一定比例将分解后的基本模态分量IMF进行训练数据集和测试数据集的划分,得到训练数据集和测试数据集;
网络训练模块,与数据划分模块的第一输出端连接,用于利用训练数据集的数据对网络进行训练,训练所使用的损失函数为预测结果和真实值之间的均方误差MSE,通过梯度下降法进行反向传播,更新网络中的可训练参数;判断训练的网络是否满足参数要求,若为否,则返回训练数据集选取步骤;若为是,则结束网络训练步骤,输出训练好的基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq模型;并输出训练好的基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq模型;
基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq预测模块,与数据划分模块的第二输出端连接,用于向训练好的基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq模型输入测试数据集,每个分解后的基本模态分量IMF,得到预测值分量,最后所有分解后的基本模态分量IMF上的预测结果求和,得到预测的海浪波高值;
浪高数据预测值输出模块,与基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq预测模块的输出端连接,用于输出得到的预测的海浪波高值。
9.根据权利要求8所述的基于EEMD和Seq-to-Seq模型的海浪波高预报系统,其特征在于,还包括模型性能评估模块,与基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq预测模块的输出端连接,用于验证基于LSTM和注意力机制的Seq-to-Seq模型的性能。