基于高斯过程建模的物联网数据不确定性度量与预测

摘要：

物联网已经成为农业大数据最重要的数据源之一,自动观测数据的质量控制对农业生产分析以及基础科研数据应用非常重要.针对农业物联网观测的一类非平稳时间序列数据中的数据缺失、野值剔除、感知故障预警和长时间预测等问题,采用光滑弱假设高斯先验,构建了基于高斯过程的自回归模型表征的动态系统,并通过样本集学习,形成能考虑噪声干扰的传感变化规律建模,并可提供预测误差带用于预测数据的不确定性度量.针对原始数据的缺失和野值问题,采用基于高斯过程的短期预测,可补齐缺失数据,利用其不确定性度量可甄别数据野值,进行野值剔除与替换,并在此基础上判断感知故障;给出了基于输入数据不确定性传播的多步迭代预测方法,使长期预测仍可以跟踪农业数据的动态轨迹,并可为其预测值提供不确定性度量;将温室采集的真实传感数据用于分析试验,验证了高斯过程用于服务器端的农业时间序列数据采集质量控制的可行性.

关键词：物联网、非平稳时间序列、高斯过程、不确定性度量、野值剔除、预测

所属期刊栏目：46

分类号：S126;TP181(农业物理学)

资助基金：“十二五”国家科技支撑计划资助项目2014BAD08B01-2、国家自然科学基金资助项目51475278、山东科技发展计划资助项目2013GNC11203、2014GNC112010和山东农业大学农业大数据资助项目

在线出版日期：2015-06-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：265-272