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基于多算法与XGBoost融合的柴油机瞬态排放预测OA

Transient Emission Prediction for Diesel Engines Based on Multiple Algorithms and XGBoost Fusion

中文摘要英文摘要

针对单一算法存在的各种不足,提出了一种组合多种机器学习算法和分布式梯度提升库(extreme gradient boosting,XGBoost)的全新混合模型,用于柴油机瞬时排放特性预测.其中多种机器学习算法包括人工神经网络(artificial neural network,ANN)、支持向量机(support vector machine,SVM)、带有外部输入的非线性自回归神经网络(nonlinear autoregressive with exogenous inputs,NARX)、长短时记忆网络(long short-term memory networks,LSTM)、门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)、Transformer及时序卷积神经网络(temporal convolutional network,TCN).同时还使用随机森林算法对混合模型的输入变量进行了筛选,并使用粒子群优 化(particle swarm optimization,PSO)算法和遗传算法(genetic algorithm,GA)确定了混合模型的最优超参数.研究结果表明,多算法+XGBoost 的混合模型综合了不同机器学习算法各自的优点,实现了更为精确的柴油机排放特性预测.在训练集和验证集上混合模型均表现出了较好的预测性能,其 R2 值分别高于 0.980 与 0.967.在测试集上,混合模型的 R2 值则均高于 0.930,展现出了极强的泛化能力.

To address the limitation of single algorithm,a novel hybrid model combining multiple machine learning algorithms,including artificial neural network(ANN),support vector machine(SVM),nonlinear autoregressive with exogenous inputs(NARX),long short-term memory networks(LSTM),gated recurrent unit(GRU),transformer and temporal convolutional networks(TCN),with extreme gradient boosting(XGBoost)was proposed to predict transient emission from diesel engines.Additionally,random forest algorithm was used to select best input variables of the hybrid model,and particle swarm optimization(PSO)and genetic algorithm(GA)algorithms were employed to determine the optimal hyperparameters.The results indicate that the hybrid model integrates all advantages of different machine learning algorithms and achieves more precise prediction.Meanwhile,the hybrid model demonstrates excellent prediction performance on both the training dataset and validation dataset,with R2 values exceeding 0.980 and 0.967,respectively.In the test dataset,the R2 value of the hybrid model is above 0.930,which demonstrates good generalization.

王浩锦;何晓乐;严浩;陈鑫;周嘉豪;王满;曹荣雪;廖健雄

西华大学 能源与动力工程学院,成都 610039西华大学 电气与电子信息学院,成都 610039襄阳达安汽车检测中心有限公司,襄阳 441004西华大学 能源与动力工程学院,成都 610039西华大学 能源与动力工程学院,成都 610039西华大学 能源与动力工程学院,成都 610039西华大学 能源与动力工程学院,成都 610039西华大学 能源与动力工程学院,成都 610039||西华大学 流体及动力机械教育部重点实验室,成都 610039

能源科技

柴油机排放特性预测多算法混合模型机器学习算法极端梯度提升

diesel engineemission characteristic predictionmulti-algorithm hybrid modelmachine learning algorithmextreme grandient boosting(XGBoost)

《内燃机工程》 2026 (2)

47-57,11

流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学)开放课题项目(LTDL2025017)国家级大学生创新创业训练计划项目(202510623015) Open Research Subject of Key Laboratory of Fluid and Power Machinery(Xihua University),Ministry of Education(LTDL2025017)National Innovation and Entrepreneurship Training Program for College Students(202510623015)

10.13949/j.cnki.nrjgc.2026.02.006

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