融合IDA-GRU和IIDW的水产养殖溶解氧时空预测模型

作者：张铮; 贾香港; 张泽扬; 曹守启^*

来源：农业工程学报, 2023, 39(21): 161-171.

• 模型
• 水产养殖
• 溶解氧预测
• 时空预测
• 注意力机制
• 反距离加权插值
• 门控循环单元

为了提高大面积水产养殖中养殖效率、降低养殖风险、提高溶解氧(dissolved oxygen,DO)时空预测精度,该研究基于双重注意力机制改进的门控循环单元(improved gated recurrent unit based on dual attention mechanism,IDA-GRU)和改进逆距离加权插值算法(improved inverse distance weighting interpolation algorithm,IIDW),提出了一种改进的水产养殖溶解氧时空预测模型。首先在门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)的基础上,引入特征和时间双重注意力机制(dual attention,DA),实现溶解氧时间序列预测,其中特征注意力机制实时计算各环境特征的贡献率,不断修正各环境特征的权重,时间特征注意力机制自主地提取关键历史时刻信息;然后在溶解氧时间序列的基础上,利用IIDW算法实现溶解氧空间预测,该算法中提出的距离权重校正系数,能够实时调整插值权重。最后,在上海城市电力公司数字化生态养殖基地对该模型进行了试验验证。试验结果表明,对于溶解氧时间序列预测,该研究提出的IDA-GRU模型评价指标均方误差、均方根误差、平均绝对误差分别为0.068 7 mg2/L2、0.262 1 mg/L和0.205 1 mg/L,优于对比模型;对于溶解氧空间预测,该研究提出的IIDW算法,其均方误差、均方根误差、平均绝对误差分别为0.2088 mg2/L2、 0.4570 mg/L和0.3835 mg/L,均优于对比算法。该研究提出的模型提高了溶解氧时空预测精度,对提升大面积水产养殖防灾能力,实现水质智能化调控具有重要的推动作用。

• 单位
  上海海洋大学