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热烈祝贺我公司韩洁,联合西安石油大学、西北大学、西安文理学院、中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司等多家单位专业团队共同完成围绕地下水水质熵权水质指数多步长预测开展研究的重磅学术论文,正式在线发表于英国皇 家化学会(RSC)旗下 SCI 期刊《Environmental Science: Water Research & Technology》。
本次研究聚焦西北地下水水质时序预测行业痛点,构建全新 GFP‑Informer 深度学习预测框架,是公司深耕水环境智能化领域、产学研协同创新的标志性成果。

《以上为论文相关截图》
论文聚焦
☑地下水是我国西北干旱缺水地区农业灌溉与城镇供水的核心水源,受人类开发、水文地质条件共同作用,地下水水质存在复杂非线性变化,兼具短期波动与长期演变特征。
☑传统水质预测物理模型参数获取难度大,统计模型难以捕捉复杂非线性关系;现有深度学习时序模型大多仅挖掘时域特征,长步长多步预测时误差累积严重。
☑针对以上行业痛点,本研究依托甘肃庆阳地区近 6 年、5 日采样间隔共计400组地下水实地监测样本,提出GFP‑Informer(灰色关联‑频率增强‑粒子群优化 Informer)预测模型。
☑通过水化学特征筛选、时频联合特征提取、自适应超参寻优,解决地下水长时序多步预测的误差累积难题,为地下水污染风险预警、水资源精细化管控提供 AI 技术支撑。

《以上为论文相关截图》
核心研究亮点
✅亮点 1:多ρ交叉验证灰色关联筛选核心水化学指标
采用多分辨系数ρ交叉验证的灰色关联分析方法,确定最优分辨系数ρ=0.35,筛选得到 pH、OC、TDS、DO、NH₃‑N、TC、NO₃⁻、TH 共 8 项核心水质指标,剔除冗余输入变量,降低模型噪声与过拟合风险。

《以上为论文相关截图》
✅亮点 2:构建 FECAM 频率增强通道注意力,实现时频联合学习
在 Informer 编码器‑解码器之间嵌入频率增强多特征通道注意力机制(FECAM),借助离散余弦变换 DCT 挖掘频域特征,弥补传统时序模型仅依赖时域信息的短板,同时捕捉地下水水质长期演变趋势与短期突变扰动。

《以上为论文相关截图》
✅亮点 3:PSO 粒子群算法完成全局超参数寻优
使用粒子群优化算法对稀疏注意力因子、学习率、批大小、全连接层维度等关键超参全局寻优,摆脱人工调参的经验依赖,提升不同预测步长下模型收敛稳定性。
✅亮点 4:长步长预测性能优异,具备良好跨点位泛化能力
70 步长预测条件下,GFP‑Informer 取得Eₘₐₑ=0.926,RMSE=1.21,R²=0.975;对比 iTransformer、FEDformer、Transformer、LSTM、GRU,Eₘₐₑ降低 33.4%‑58.8%。独立监测井外部滚动验证 70 步预测 R² 可达 0.776,证明模型具备可迁移的工程应用潜力。


《以上为论文相关截图》
✅亮点 5:完整严谨的地下水时序数据预处理体系
采用箱线图 + 小提琴图识别异常样本,PCHIP 插值结合 Savitzky‑Golay 滤波做数据修复,在滤除噪声的同时保留水质突变极值;ACF 自相关分析证实地下水水质长记忆特性,科学确定输入序列与预测步长。
结语
本研究构建的 GFP‑Informer 模型实现特征筛选‑时频特征提取‑自适应参数优化整套技术闭环,有效抑制地下水长时序多步预测的误差累积。基于常规监测数据即可实现地下水水质中长期趋势预判,能够辅助管理部门识别潜在污染风险,节约现场监测成本,为西北地区地下水资源安全保障、水资源可持续利用提供新的智能化解决方案。
期刊介绍
《Environmental Science: Water Research & Technology》隶属于英国皇 家化学会(RSC),为 SCI 收录国际学术期刊。期刊围绕可持续水资源主题,核心刊发地下水保护、水环境模拟、水质智能预测、水处理技术、水资源管理等方向研究成果,兼顾基础理论创新与工程实际应用,是水环境与水资源领域极具影响力的国际学术交流平台。