系统工程与电子技术 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (2): 569-576.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2022.02.26
曾航1, 张红梅1, 任博1,2,*, 崔利杰1, 武江南1
收稿日期:
2021-04-06
出版日期:
2022-02-18
发布日期:
2022-02-24
通讯作者:
任博
作者简介:
曾航(1997—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为智能控制与规划决策|张红梅(1970—), 女, 教授, 博士, 主要研究方向为装备系统工程与决策|任博(1985—), 男, 讲师, 博士, 主要研究方向为航空安全、安全评价与预警|崔利杰(1979—), 男, 副教授, 博士, 主要研究方向为航空安全、系统可靠性与优化|武江南(1998—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为智能控制与规划决策
基金资助:
Hang ZENG1, Hongmei ZHANG1, Bo REN1,2,*, Lijie CUI1, Jiangnan WU1
Received:
2021-04-06
Online:
2022-02-18
Published:
2022-02-24
Contact:
Bo REN
摘要:
精确的航空安全预测是科学开展安全预警的前提。航空事故不仅致因机理复杂, 还存在迟滞效应, 给安全样本时序信息的深度挖掘加大了难度。基于此, 提出一种基于改进长短期记忆(long short-term memory, LSTM)模型的航空安全预测新方法。首先基于相关系数热图优选致因指标, 再以步进搜索和Adam算法相结合的方式优化LSTM模型超参数, 最后以2019年某型运输机事故数据为算例, 选取多种常用时序预测模型作为对照。实验结果表明本文所提方法, 预测误差较现有方法降低了28%以上, 同时具有较好的泛化能力和鲁棒性。
中图分类号:
曾航, 张红梅, 任博, 崔利杰, 武江南. 基于改进LSTM模型的航空安全预测方法研究[J]. 系统工程与电子技术, 2022, 44(2): 569-576.
Hang ZENG, Hongmei ZHANG, Bo REN, Lijie CUI, Jiangnan WU. Aviation safety prediction method research based on improved LSTM model[J]. Systems Engineering and Electronics, 2022, 44(2): 569-576.
表1
某型运输机不安全事件周统计"
周次 | 外来影响因素 | 设备设施因素 | 环境因素 | 管理因素 | 人为因素 | 强制报告事件 |
1 | 0.192 3 | 0.000 0 | 0.000 0 | 0.000 0 | 0.119 0 | 0.000 0 |
2 | 0.333 3 | 0.182 9 | 0.333 3 | 0.232 1 | 0.166 7 | 0.442 0 |
3 | 0.384 6 | 0.148 6 | 0.058 8 | 0.178 6 | 0.285 7 | 0.507 2 |
⋮ | ⋮ | ⋮ | ⋮ | ⋮ | ⋮ | ⋮ |
47 | 0.168 7 | 0.605 1 | 0.196 1 | 0.142 9 | 0.309 5 | 0.289 9 |
48 | 0.204 8 | 0.651 3 | 0.156 9 | 0.250 0 | 0.261 9 | 0.644 9 |
表3
不同隐含节点数下的预测精度对比"
常变量 | 隐含节点数 | 批尺寸 | |||||
1 | 2 | 3 | … | 9 | 10 | ||
隐层数:1 步长:4 训练次数:200 | 3 | 9.852 0 | 9.167 6 | 9.003 3 | … | 8.458 0 | 8.424 9 |
4 | 7.876 2 | 6.832 8 | 6.757 9 | … | 6.653 4 | 6.690 6 | |
5 | 9.052 8 | 7.073 2 | 5.904 0 | … | 3.326 4 | 3.028 5 | |
⋮ | ⋮ | ⋮ | ⋮ | ⋱ | ⋮ | ⋮ | |
11* | 3.878 2 | 1.661 3 | 1.535 7 | … | 1.476 9 | 1.541 8 | |
12 | 4.699 6 | 2.464 9 | 1.459 5 | … | 1.456 7 | 1.542 7 |
表5
各预测样本点AE值"
模型 | 测试样本点 | |||
样本点1 | 样本点2 | 样本点3 | 样本点4 | |
ML-LSTM | 0.028 4 | 0.145 4 | 0.031 2 | 0.072 1 |
GRU | 0.143 6 | 0.229 5 | 0.005 3 | 0.143 6 |
RNN | 0.143 4 | 0.119 0 | 0.094 3 | 0.143 4 |
LSTM | 0.059 3 | 0.213 9 | 0.054 2 | 0.047 5 |
BP | 0.010 9 | 0.405 0 | 0.248 7 | 0.261 4 |
RBF | 0.110 3 | 0.114 7 | 0.350 9 | 0.073 2 |
ARIMA | 0.048 2 | 0.243 0 | 0.197 3 | 0.086 8 |
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