河海大學;太湖流域管理局水文局(信息中心)直偉獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉河海大學;太湖流域管理局水文局(信息中心)申請的專利一種融合類量子特征與圖-時序模型的河流水質預測方法獲國家發(fā)明授權專利權,本發(fā)明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN120372425B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-29發(fā)布的發(fā)明授權授權公告中獲悉:該發(fā)明授權的專利申請?zhí)?專利號為:202510866867.3,技術領域涉及:G06F18/2411;該發(fā)明授權一種融合類量子特征與圖-時序模型的河流水質預測方法是由直偉;周鈺;蘇曉倩;黃志興;馬媛;王陽陽;雪域;彭祉優(yōu);葛欣悅;秦玉茹;李越;王杰;劉興月;馬睿;張汛;于榮駿;魯春輝設計研發(fā)完成,并于2025-06-26向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種融合類量子特征與圖-時序模型的河流水質預測方法在說明書摘要公布了:本發(fā)明公開了一種融合類量子特征與圖?時序模型的河流水質預測方法,包括:獲取多個河流站點的多變量水質觀測數(shù)據、時間序列氣象數(shù)據及靜態(tài)流域屬性數(shù)據;對數(shù)據進行預處理;生成氣象類量子特征向量和靜態(tài)流域屬性類量子特征向量;將氣象類量子特征向量和靜態(tài)流域屬性類量子特征向量與空間依賴特征拼接融合后,與預處理后的多變量水質觀測數(shù)據輸入圖?時序模型進行訓練;將訓練后的圖?時序模型計算得到的模擬輸出進行反歸一化處理后得到連續(xù)逐日河流水質模擬數(shù)據,評估模型性能以預測逐日連續(xù)河流水質數(shù)據。本發(fā)明通過對多源異構數(shù)據執(zhí)行高維類量子特征變換,生成對應的時空類量子特征向量,增強模型對時空特征非線性交互關系的表征能力。
本發(fā)明授權一種融合類量子特征與圖-時序模型的河流水質預測方法在權利要求書中公布了:1.一種融合類量子特征與圖-時序模型的河流水質預測方法,其特征在于,步驟如下: 步驟S1:獲取多個河流站點的多變量水質觀測數(shù)據、時間序列氣象數(shù)據及靜態(tài)流域屬性數(shù)據; 步驟S2:對步驟S1中獲取的數(shù)據進行預處理,并將預處理后的數(shù)據劃分為訓練集和測試集; 步驟S3:將預處理后的時間序列氣象數(shù)據及靜態(tài)流域屬性數(shù)據進行高維類量子特征變換,分別生成對應的氣象類量子特征向量和靜態(tài)流域屬性類量子特征向量; 步驟S4:利用圖-時序模型提取空間依賴特征,并將步驟S3中的氣象類量子特征向量和靜態(tài)流域屬性類量子特征向量與空間依賴特征拼接融合后,與步驟S2中預處理后的多變量水質觀測數(shù)據一同輸入圖-時序模型進行訓練,優(yōu)化模型參數(shù); 步驟S5:將訓練后的圖-時序模型計算得到的模擬輸出進行反歸一化處理后得到連續(xù)逐日河流水質模擬數(shù)據,評估模型性能以預測逐日連續(xù)河流水質數(shù)據; 所述步驟S3具體包括: 第i個河流站點在第t天的氣象向量表示為: 其中,表示第i個河流站點在第t天的氣象向量,RD表示氣象向量屬于維度為D的實數(shù)向量空間,t=1,2,...,T,T為總時間步長; 每個河流站點對應的靜態(tài)流域屬性向量表示為: 其中,si表示第i個河流站點的靜態(tài)流域屬性向量;表示靜態(tài)流域屬性向量屬于維度為Ds的實數(shù)向量空間; 對于每個氣象向量定義如下高維類量子特征變換: 步驟S31:對每個河流站點第t天的氣象向量進行正弦和余弦非線性變換,如下: 其中,和分別表示非線性變換后的氣象正弦特征和氣象余弦特征; 步驟S32:對時間步t下每個河流站點的氣象向量中任意兩個不同特征維度d1,d2進行雙變量交互變換,計算交互特征,d1,d2∈{1,2,...,D},d1d2,如下: 其中,分別表示中第d1維和第d2維的取值,第i個河流站點在第t天生成的氣象交互特征,共生成個交互維度; 步驟S33:將氣象向量、氣象正弦特征、氣象余弦特征和氣象交互特征拼接,得到第i個河流站點在第t天的氣象類量子特征向量如下: 其中,concat表示對多個同維度向量進行拼接,沿特征維度合并為一個擴展后的高維特征向量, 表示氣象類量子特征向量屬于維度為Dz的實數(shù)向量空間; 對氣象時間序列生成的氣象類量子特征向量沿時間維度t=1,2,...,T進行堆疊,構成氣象類量子特征矩陣,如下: 其中,Zi為第i個水文觀測站點對應的氣象類量子特征矩陣,為第i個河流站點在第t天生成的氣象類量子特征向量,T為時間序列長度,Dz為氣象類量子特征向量維度,表示氣象類量子特征矩陣屬于維度為T×Dz的實數(shù)向量空間; 對每個河流站點的靜態(tài)屬性向量si,進行高維類量子特征變換,如下: 其中,si為第i個河流站點的靜態(tài)流域屬性向量;分別表示靜態(tài)流域屬性向量進行非線性變換后的靜態(tài)流域屬性正弦特征和靜態(tài)流域屬性余弦特征;分別表示si中第d1維和第d2維的取值,表示靜態(tài)流域屬性交互特征;表示靜態(tài)流域屬性類量子特征向量; 表示靜態(tài)流域屬性類量子特征向量屬于維度為Dh的實數(shù)向量空間。
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