Estimation of municipal solid waste amount based on one-dimension convolutional neural network and long short-term memory with attention mechanism model: A case study of Shanghai

卷积神经网络 维数(图论) 计算机科学 人工智能 城市固体废物 人工神经网络 机器学习 机制(生物学) 深度学习 短时记忆 循环神经网络 数学 工程类 废物管理 哲学 纯数学 认识论
作者
Kunsen Lin,Youcai Zhao,Lu Tian,Chunlong Zhao,Meilan Zhang,Tao Zhou
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:791: 148088-148088 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2021.148088
摘要

Municipal solid waste (MSW) amount has direct influence on MSW management, policy-decision making, and MSW treatment methods. Machine learning has great potential for prediction, but few studies apply the approaches of deep learning to forecast the quantity of MSW. Therefore, the aim of this study is to evaluate the feasibility and practicability of employing the methods of supervised learning, including Attention, one-dimension Convolutional Neural Network (1D-CNN) and Long Short-Term Memory (LSTM) to predict the MSW Amount in Shanghai. Integrated 1D-CNN and LSTM with Attention model, the new structure model (1D-CNN-LSTM-Attention, 1D-CLA), is designed to forecast MSW amount. In addition, the influence of socioeconomic factors on MSW amount, the structure and layers distribution of Attention, 1D-CNN, LSTM and 1D-CLA are also discussed. The results indicate that the correlation coefficients of Attention, one-dimension CNN, LSTM, and proposed 1D-CLA model to predict the MSW in Shanghai are 78%, 86.6%, 90%, and 95.3%, respectively, suggesting the feasible and practicable. The values of 24, 0.01, 50 and 25 for the number of neurons, dropout, the value of epoch number and Batch size best fit 1D-CLA to predict the amount of MSW in Shanghai. Furthermore, the performance of 1D-CLA is better than any single model or two model's combination (R2 is 95.3%) and the mechanism of 1D-CLA is contributed by three former models following the order: LSTM>CNN>Attention.
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