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基于改进注意力机制CNN-ATT的区域性ZTD预测模型
引用本文:韦廖军,莫懦,任晓斌,任宏权,魏二虎.基于改进注意力机制CNN-ATT的区域性ZTD预测模型[J].导航定位于授时,2024,11(3):85-100.
作者姓名:韦廖军  莫懦  任晓斌  任宏权  魏二虎
作者单位:南宁市勘测设计院集团有限公司, 南宁 530000;奥克兰大学,新西兰 奥克兰市 1010;自然资源部第一地形测量队,西安 710054;武汉大学测绘学院, 武汉 430079
基金项目:国家自然科学基金(423740145);天津市轨道交通导航定位及时空大数据技术重点实验室开放基金(TKL2024B04)
摘    要:基于天顶对流层延迟(ZTD)的强时空特征,提出了一种融合卷积神经网络的改进注意力机制(CNN-ATT)的多站点ZTD组合预测模型。该模型首次将多源数据(包括日解算精度、年积日(DOY) 和三维坐标)综合运用于ZTD预测任务。通过对南宁市的5个参考站(CORS)和14个国际GNSS服务(IGS)站点共1 501个年积日的观测数据进行研究,选取传统BP模型、GPT2w模型和ATT模型作为基线模型进行实验对比分析。研究结果显示,在预测精度方面,改进的CNN-ATT模型与BP模型相比其均方误差(MSE)和平均绝对误差(MAE)分别减少了5.5 mm和 4.4 mm,预测精度分别提高了41.4%和67.8%;与ATT模型相比,CNN-ATT模型的预测MSE和MAE也分别减少了4.6 mm和2.1 mm,预测精度分别提升了36.2%和50.0%。在定位精度方面,改进的CNN-ATT模型的精度表现优于SAAS,GPT2w,BP以及ATT模型。并且与传统SAAS对流层模型相比,CNN-ATT模型在N,E,U 3个方向的精度提升高达18.2%,12.6%和31.0%。此外,研究还发现CNN-ATT模型在长预测时间步长中的精度表现更为稳定,更适合多测站预测任务,并且其精密单点定位(PPP)收敛速度更快。

关 键 词:注意力机制  对流层延迟  预测模型  卷积神经网络

A regional ZTD prediction model based on improved attention mechanism CNN-ATT
WEI Liaojun,MO Nuo,REN Xiaobin,REN Hongquan,WEI Erhu.A regional ZTD prediction model based on improved attention mechanism CNN-ATT[J].Navigation Positioning & Timing,2024,11(3):85-100.
Authors:WEI Liaojun  MO Nuo  REN Xiaobin  REN Hongquan  WEI Erhu
Institution:Nanning Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Nanning 530000, China;University of Auckland, Auckland 1010, New Zealand;The First Topographic Surveying Brigade of Ministry of Natural Resources, Xi''an 710054, China; School of Surveying and Mapping, Wuhan University, Wuhan 430079, China
Abstract:
Keywords:Attention mechanism  Tropospheric delay  Prediction model  Convolutional neural networks
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