2026年第3期
• 水资源智慧监测与治理 •
基于多特征选择方法的BiLSTM-GRU融合模型在典型新污染物预测中的模拟对比
作者:王鑫瑜,姜德坤,林荣,林绍霞,刘宝震,王永磊
作者单位:山东建筑大学市政与环境工程学院;芭乐<山东>环境科技有限公司;济南水务集团有限公司凤凰路水厂
引用本文:王鑫瑜, 姜德坤, 林荣, 等. 基于多特征选择方法的BiLSTM-GRU 融合模型在典型新污染物预测中的模拟对比[J]. 净水技术, 2026, 45(3);25-37,64.
摘要:【目的】针对给水处理中磺胺类抗生素[磺胺甲恶唑(SMZ)、磺胺氯哒嗪(SCP)]与嗅味物质[2-甲基异茨醇(2-MIB)、土臭素(GSM)]等典型新污染物浓度低、时序波动大,且与工艺参数存在复杂非线性时滞关联导致精准预测难的问题,本文旨在解决传统特征选择方法无法有效捕捉此类动态关联、预测模型性能受限的痛点,为保障饮用水安全提供精准预测技术支撑,同时为高级氧化工艺动态调控提供靶向依据。【方法】本文以济南市某中试基地高级氧化系统1 200余组监测数据为基础,构建双向长短期记忆网络-循环门单元(BiLSTM-GRU)融合模型。BiLSTM通过双向时序建模捕捉参数间长期依赖关系,GRU以简化门控结构提升计算效率并强化短期波动捕捉能力,二者融合实现“长时关联挖掘-短时特征细化”的互补优势。系统对比全特征输入、皮尔逊(Pearson)相关系数法(线性特征筛选)、格兰杰因果检验法(时序因果挖掘)3种特征选择策略的预测效果。通过平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、决定系数(R2)及95%置信/预测区间等指标综合评价。【结果】格兰杰因果检验法筛选的12项特征能最大程度保留关键关联信息,使模型预测精度相对较高,2-MIB、GSM、SMZ、SCP的R2值分别达0.941、0.935、0.893、0.916,较全特征输入相对提升7.54%、8.22%、13.18%、11.98%,MAE较全特征输入分别降低7.0%、8.4%、13.2%、14.0%,RMSE分别降低25.8%、5.8%、0、26.5%,且置信区间与预测区间最窄,泛化能力相对更强。【结论】Pearson相关系数法因其仅能捕捉线性关联,预测性能次之:全特征输入受冗余信息干扰,表现最差。本文明确了新污染物预测的最优特征选择策略,为高级氧化工艺动态调控提供精准靶点,也为低浓度复杂污染物的时序预测提供了技术参考。
关键词:新污染物;双向长短期记忆网络-循环门单元(BiLSTM-GRU)融合模型;特征选择;Pearson;相关系数;格兰杰因果检验
基金资助:国家重点研发计划(2022YFC3203704):山东省重点研发计划(2023TZXD019)
收稿日期:2025-12-16 修回日期:2026-01-15 接受日期:2026-01-20
查看
点击量:105