Water quality forecasting based on data decomposition, fuzzy clustering and deep learning neural network

聚类分析 计算机科学 数据挖掘 水质 人工神经网络 模糊逻辑 时间序列 人工智能 机器学习 生态学 生物
作者
Jin‐Won Yu,Ju-Song Kim,Xia Li,Yunchol Jong,Kwang-Hun Kim,Gwang‐Il Ryang
出处
期刊:Environmental Pollution [Elsevier]
卷期号:303: 119136-119136 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.envpol.2022.119136
摘要

Water quality forecasting can provide useful information for public health protection and support water resources management. In order to forecast water quality more accurately, this paper proposes a novel hybrid model by combining data decomposition, fuzzy C-means clustering and bidirectional gated recurrent unit. Firstly, the original water quality data is decomposed into several subseries by empirical wavelet transform, and then, the decomposed subseries are recombined by fuzzy C-means clustering. Next, for each clustered series, bidirectional gated recurrent unit is applied to develop prediction model. Finally, the forecast result is obtained by the summation of the predictions for the subseries. The proposed forecast model is evaluated by the water quality data of Poyang Lake, China. Results show that the proposed forecast model provides highly accurate forecast result for all of the six water quality data: the average of MAPE of the forecast results for the six water quality datasets is 4.59% for 7 day ahead prediction. Furthermore, our model shows better forecast performance than the other models. Particularly, compared with the single BiGRU model, MAPE decreased by 32.86% in average. Results demonstrate that the proposed forecast model can be used effectively for water quality forecasting.
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