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基于机器学习的火源热释放速率预测方法

2023-12-22分类号:X932;TP181

【作者】杨云浩   张国维   朱国庆   袁狄平   贺名欢
【部门】中国矿业大学深圳研究院  瑞能赛特(深圳)科技有限公司  江苏费尔曼安全科技有限公司  
【摘要】火源热释放速率的准确测量对深入理解火灾演变过程至关重要,然而目前被广泛使用的氧耗法所需设备造价昂贵,成本较高。该文提出了一种基于机器学习的综合性框架,用于输入温度数据预测火源热释放速率。基于火灾动力学模拟(FDS)软件模拟ISO 9705房间内不同参数的火灾场景,获取不同位置的温度数据,并建立火灾数据库。分别基于最小绝对收缩和选择(Lasso)、随机森林(RF)两种模型的递归特征消除(RFE)算法进行特征筛选,得到两个不同的低维特征子集,并设置对照组。基于不同的特征子集,分析比较了线性回归(LR)、 K最近邻(KNN)和轻量级梯度提升机(Light GBM) 3种典型模型对热释放速率的预测性能。结果表明:基于随机森林模型的递归特征消除算法筛选所得的特征子集训练的Light GBM模型预测效果最佳,预测结果的根均方误差(RMSE)和均绝对误差(MAE)分别为23.89 k W和15.49 k W,决定系数为0.991 6。该基于机器学习的综合性框架预测效果优异且实施成本较低,为预测火源热释放速率提供了有效途径。
【关键词】热释放速率  机器学习  特征筛选  递归特征消除  回归预测
【基金】国家重点研发计划(2022YFC3090503);; 深圳市自然科学基金面上项目(JCYJ20220530164601004);; 安全生产应急救援急需技术装备揭榜攻关项目(JBGGRW-2022-09)
【所属期刊栏目】清华大学学报(自然科学版)
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