شماره مدرك
21023
شماره راهنما
2469 دكتري
پديد آورنده
احمدي، مهرناز
عنوان
پيش بيني سري هاي زماني با بهره گيري از فيلتر دو مرحله اي: مطالعه موردي درپيش بيني سرعت باد، توان باد و قيمت نفت خام
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
بهينه سازي سيستم ها
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
دوازده ،163ص:مصور،جدول،نمودار
توصيفگر ها
پيش بيني سري هاي زماني , فيلتر كالمن , پرسپترون چندلايه تطبيقي , يادگيري ژرف , شبكه حافظه بلندمدت-كوتاه مدت دوطرفه
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/14
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي صنايع
دانشكده
مهندسي صنايع و سيستم ها
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/15
كد ايرانداك
23216733
چكيده فارسي
پيش بيني سري هاي زماني مانند توان و سرعت باد و قيمت نفت خام، به دليل غيرايستايي، نويز و جهش هاي ناگهاني، با دشواري جدي همراه است. بسياري از مدل هاي تكي و حتي روشهاي تركيبي موجود، به علت پالايش ناكافي داده، در دوره هاي پرتلاطم دچار افزايش خطا و كاهش تعميم پذيري ميشوند. بر اين اساس، هدف اين پايان نامه توسعه يك چارچوب تركيبي مقاوم و تطبيقي است كه هم پالايش چندمرحله اي انجام دهد و هم ادغام خروجي ها را متناسب با وضعيت زماني تنظيم كند. در اين پايان نامه، يك مدل تركيبي بر پايه فيلتر كالمن چندمرحله اي–پرسپترون چندلايه–شبكه حافظه بلندمدت–كوتاه مدت ارائه شده است. در گام نخست، سري زماني طي دو مرحله فيلتر كالمن پالايش و به مؤلفه روند و مؤلفه نوساني تفكيك ميشود. سپس مؤلفه روند با پرسپترون چندلايه و نوسانات با شبكه حافظه بلندمدت– كوتاهمدت مدل سازي شده و در نهايت ادغام پويا براي تركيب خروجي ها به كار ميرود. ارزيابي بر روي مجموعه داده هاي باد و نفت خام نشان ميدهد مدل پيشنهادي در همه سناريوها خطا را به صورت پايدار كاهش ميدهد. به عنوان مثال در داده نفت خام برنت، جذر ميانگين مربعات خطا در مرحله آموزش از 1/387به 0/714و در مرحله آزمون از 2/150به 1/101كاهش يافته است. همچنين ميانگين مطلق خطا در آموزش از 0/878به 0/438و در آزمون از 1/648به 0/864رسيده است. در نفت خام تگزاس نيز ميانگين مطلق خطا در آموزش از 0/957به 0/400و در آزمون از 2/116به 0/924كاهش يافته و جذر ميانگين مربعات خطا از 1/527به ( 0/634آموزش) و از 2/801به ( 1/203آزمون) رسيده است. كاهش همزمان ميانگين مطلق درصدي خطا در آموزش و آزمون نيز نشان مي دهد بهبود مدل محدود به مقياس
مطلق نيست و از نظر خطاي نسبي نيز پايدارتر عمل ميكند. در مجموع، نتايج تأييد ميكند كه پالايش چندمرحلهاي و تركيب پوياي خروجي مدل ها باعث كاهش وكنترل خطا و همچنين افزايش تعميم پذيري مدل در داده هاي واقعي باد و نفت خام ميشود.
چكيده انگليسي
Energy and market time series forecasting is inherently challenging due to nonstationarity, noise, abrupt jumps, and regime shifts. Many single-model approaches, and even existing hybrid methods, often suffer from increased error and reduced generalization during turbulent periods, particularly because of insufficient data denoising and static output fusion. Accordingly, this thesis aims to develop a robust and adaptive hybrid framework that performs multi-stage filtering and adjusts the fusion of model outputs in a time-varying manner. This thesis proposes a model based on a Multistage Kalman Filter–Multilayer Perceptron–Long Short-Term Memory (LSTM) architecture. In the first stage, the time series is denoised through multiple passes of a Kalman filter and decomposed into trend and oscillatory components. The trend component is then modeled using a multilayer perceptron, while the oscillatory component is learned using an LSTM network. Finally, a dynamic fusion mechanism is employed to combine the component-level forecasts. The proposed framework is evaluated on wind and crude oil datasets using a standard 80% training / 20% testing split. Numerical results show that the proposed model consistently reduces forecasting errors across all scenarios. For Brent crude oil, the RMSE decreases from 1.387 to 0.714 on the training set and from 2.150 to 1.101 on the test set. The MAE is reduced from 0.878 to 0.438 (training) and from 1.648 to 0.864 (testing). For WTI crude oil, the MAE decreases from 0.957 to 0.400 on the training set and from 2.116 to 0.924 on the test set, while the RMSE improves from 1.527 to 0.634 (training) and from 2.801 to 1.203 (testing). The simultaneous reduction in MAPE on both training and test sets indicates that the improvement is not limited to absolute-scale metrics; rather, the model is also more stable in terms of relative error.
استاد راهنما
علي زينل همداني , مهدي خاشعي آشياني
استاد داور
صبا صارمي نيا , صفيه محمودي , اميرحسين اميري , علي شاهنده نوك آبادي