计算机应用

作者：张军, 吴朋莉, 石陆魁, 史进, 潘斌

单位：1.河北工业大学 人工智能与数据科学学院,天津 300401；2.河北省大数据计算重点实验室(河北工业大学),天津 300401；3.南开大学 统计与数据科学学院,天津 300071

关键词：温度预测,注意力机制,深度学习,长短期记忆网络,门控循环单元,图神经网络,MOD11A1,地面气象站点

基金：国家自然科学基金资助项目（62001252）；河北省自然科学基金资助项目（F2020202008）；河北省教育厅科学技术研究项目（ZD2021311）。

针对地面气象站点分布稀疏影响站点间关系以及站点间的关系强度推理难的问题，提出一种基于联合MOD11A1和地面气象站点数据的多站点温度预测深度学习模型（GDM）。GDM包括时空注意力（TSA）、双向图神经长短期记忆（DG-LSTM）网络编码和边-点转换双向门控循环网络解码（EN-GRU）模块。首先使用TSA模块提取MOD11A1图像特征并形成多个虚拟气象站点的温度时间序列，缓解地面气象站点分布稀疏对站点间关系的影响；然后用DG-LSTM编码器通过融合两组温度时间序列来计算地面气象站点间和虚拟气象站点间的关系强度；最后用EN-GRU解码器通过结合站点间的关系强度对地面气象站点的温度时间序列关系进行建模。实验结果表明，相较于二维卷积神经网络（2D-CNN）、长短期记忆全连接网络（LSTM-FC）、长短期记忆神经网络扩展网络（LSTME）和长短记忆与自适应提升集成网络（LSTM-AdaBoost），GDM在10个地面气象站点24 h内温度预测的平均绝对误差（MAE）分别减小0.383 ℃、0.184 ℃、0.178 ℃和0.164 ℃，能提高未来24 h多个气象站点温度的预测精度。

来源：2023年第1期

《计算机应用》期刊编辑部

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