河海大学;太湖流域管理局水文局(信息中心)直伟获国家专利权
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龙图腾网获悉河海大学;太湖流域管理局水文局(信息中心)申请的专利一种融合类量子特征与图-时序模型的河流水质预测方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120372425B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-29发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510866867.3,技术领域涉及:G06F18/2411;该发明授权一种融合类量子特征与图-时序模型的河流水质预测方法是由直伟;周钰;苏晓倩;黄志兴;马媛;王阳阳;雪域;彭祉优;葛欣悦;秦玉茹;李越;王杰;刘兴月;马睿;张汛;于荣骏;鲁春辉设计研发完成,并于2025-06-26向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种融合类量子特征与图-时序模型的河流水质预测方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种融合类量子特征与图‑时序模型的河流水质预测方法,包括:获取多个河流站点的多变量水质观测数据、时间序列气象数据及静态流域属性数据;对数据进行预处理;生成气象类量子特征向量和静态流域属性类量子特征向量;将气象类量子特征向量和静态流域属性类量子特征向量与空间依赖特征拼接融合后,与预处理后的多变量水质观测数据输入图‑时序模型进行训练;将训练后的图‑时序模型计算得到的模拟输出进行反归一化处理后得到连续逐日河流水质模拟数据,评估模型性能以预测逐日连续河流水质数据。本发明通过对多源异构数据执行高维类量子特征变换,生成对应的时空类量子特征向量,增强模型对时空特征非线性交互关系的表征能力。
本发明授权一种融合类量子特征与图-时序模型的河流水质预测方法在权利要求书中公布了:1.一种融合类量子特征与图-时序模型的河流水质预测方法,其特征在于,步骤如下: 步骤S1:获取多个河流站点的多变量水质观测数据、时间序列气象数据及静态流域属性数据; 步骤S2:对步骤S1中获取的数据进行预处理,并将预处理后的数据划分为训练集和测试集; 步骤S3:将预处理后的时间序列气象数据及静态流域属性数据进行高维类量子特征变换,分别生成对应的气象类量子特征向量和静态流域属性类量子特征向量; 步骤S4:利用图-时序模型提取空间依赖特征,并将步骤S3中的气象类量子特征向量和静态流域属性类量子特征向量与空间依赖特征拼接融合后,与步骤S2中预处理后的多变量水质观测数据一同输入图-时序模型进行训练,优化模型参数; 步骤S5:将训练后的图-时序模型计算得到的模拟输出进行反归一化处理后得到连续逐日河流水质模拟数据,评估模型性能以预测逐日连续河流水质数据; 所述步骤S3具体包括: 第i个河流站点在第t天的气象向量表示为: 其中,表示第i个河流站点在第t天的气象向量,RD表示气象向量属于维度为D的实数向量空间,t=1,2,...,T,T为总时间步长; 每个河流站点对应的静态流域属性向量表示为: 其中,si表示第i个河流站点的静态流域属性向量;表示静态流域属性向量属于维度为Ds的实数向量空间; 对于每个气象向量定义如下高维类量子特征变换: 步骤S31:对每个河流站点第t天的气象向量进行正弦和余弦非线性变换,如下: 其中,和分别表示非线性变换后的气象正弦特征和气象余弦特征; 步骤S32:对时间步t下每个河流站点的气象向量中任意两个不同特征维度d1,d2进行双变量交互变换,计算交互特征,d1,d2∈{1,2,...,D},d1d2,如下: 其中,分别表示中第d1维和第d2维的取值,第i个河流站点在第t天生成的气象交互特征,共生成个交互维度; 步骤S33:将气象向量、气象正弦特征、气象余弦特征和气象交互特征拼接,得到第i个河流站点在第t天的气象类量子特征向量如下: 其中,concat表示对多个同维度向量进行拼接,沿特征维度合并为一个扩展后的高维特征向量, 表示气象类量子特征向量属于维度为Dz的实数向量空间; 对气象时间序列生成的气象类量子特征向量沿时间维度t=1,2,...,T进行堆叠,构成气象类量子特征矩阵,如下: 其中,Zi为第i个水文观测站点对应的气象类量子特征矩阵,为第i个河流站点在第t天生成的气象类量子特征向量,T为时间序列长度,Dz为气象类量子特征向量维度,表示气象类量子特征矩阵属于维度为T×Dz的实数向量空间; 对每个河流站点的静态属性向量si,进行高维类量子特征变换,如下: 其中,si为第i个河流站点的静态流域属性向量;分别表示静态流域属性向量进行非线性变换后的静态流域属性正弦特征和静态流域属性余弦特征;分别表示si中第d1维和第d2维的取值,表示静态流域属性交互特征;表示静态流域属性类量子特征向量; 表示静态流域属性类量子特征向量属于维度为Dh的实数向量空间。
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