中国安全科学学报 ›› 2025, Vol. 35 ›› Issue (8): 196-204.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.08.1426
收稿日期:
2025-03-05
修回日期:
2025-05-20
出版日期:
2025-08-28
作者简介:
![]() |
吕淑然 (1964—)男,河北保定人,博士,教授,主要从事防火防爆、安全风险管控方面的研究。E-mail: lvshuran@cueb.edu.cn。 |
LYU Shuran(), TIAN Jiangxue, DANG Xinyu
Received:
2025-03-05
Revised:
2025-05-20
Published:
2025-08-28
摘要: 为了预防城中村火灾,利用改进灰狼优化算法(IGWO)和反向传播(BP)神经网络,对城中村火灾风险进行预测。引入非线性收敛因子和变异算子,改进传统灰狼优化算法(GWO),提高算法的全局搜索能力、收敛速度和稳定性,进而构建基于IGWO优化BP神经网络的城中村火灾风险预测模型(IGWO-BP),结合城中村火灾风险因素的复杂性和特殊性制定指标体系,预测火灾风险,并进行实例验证。结果表明:相较于传统GWO、粒子群算法(PSO)、长城算法(GWCA),IGWO在全局搜索能力、收敛速度和稳定性等方面均有显著提升,IGWO-BP模型可通过处理城中村火灾风险指标,实现对火灾风险的预测。
中图分类号:
吕淑然, 田江雪, 党鑫宇. 基于改进灰狼优化BP网络的城中村火灾预测[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(8): 196-204.
LYU Shuran, TIAN Jiangxue, DANG Xinyu. Fire prediction in urban villages based on improved grey wolf optimized BP network[J]. China Safety Science Journal, 2025, 35(8): 196-204.
表1
测试函数
函数 | 表达式 | 搜索空间 | 最小值 |
---|---|---|---|
F1 | | [-100,100] | 0 |
F2 | | [-10,10] | 0 |
F3 | | [-100,100] | 0 |
F4 | | [-100,100] | 0 |
F5 | | [-1.28,1.28] | 0 |
F6 | | [-5.12,5.12] | 0 |
F7 | | [-32,32] | 0 |
F8 | | [-600,600] | 0 |
表2
算法寻优结果对比
函数 | GWO | IGWO | PSO | GWCA | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
均值 | 标准差 | 均值 | 标准差 | 均值 | 标准差 | 均值 | 标准差 | |
F1 | 2.50×10-27 | 7.79×10-27 | 3.39×10-205 | 1.04×10-107 | 2.56×100 | 1.06×100 | 1.35×10-1 | 7.00×10-1 |
F2 | 1.08×10-16 | 7.31×10-17 | 4.93×10-107 | 4.15×10-107 | 4.31×100 | 1.18×100 | 4.01×10-1 | 7.72×10-1 |
F3 | 1.15×10-5 | 3.08×10-5 | 1.76×10-167 | 5.98×10-95 | 1.82×102 | 5.41×101 | 2.77×103 | 1.91×103 |
F4 | 8.77×10-7 | 8.92×10-7 | 1.12×10-93 | 2.21×10-93 | 2.02×100 | 2.39×10-1 | 2.83×101 | 4.20 |
F5 | 2.49×10-3 | 1.12×10-3 | 1.00×10-4 | 9.74×10-5 | 1.47×101 | 9.67×100 | 1.59×100 | 6.55×10-1 |
F6 | 2.79×100 | 4.22×100 | 0 | 0 | 1.72×102 | 2.76×101 | 5.75×101 | 1.24×101 |
F7 | 1.03×10-13 | 2.16×10-14 | 4.00×10-15 | 0 | 2.73×100 | 4.67×10-1 | 1.10×101 | 1.26×100 |
F8 | 4.67×10-3 | 7.67×10-3 | 0 | 0 | 1.35×10-1 | 4.85×10-2 | 1.30×100 | 1.48×100 |
表3
GWO、IGWO、PSO、GWCA算法对高维函数寻优结果对比
函数 | 维数 | GWO | IGWO | PSO | GWCA | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
均值 | 标准差 | 均值 | 标准差 | 均值 | 标准差 | 均值 | 标准差 | ||
F1 | 500 | 1.88×10-3 | 5.10×10-4 | 1.58×10-164 | 0 | 1.25×104 | 8.12×102 | 1.66×105 | 2.78×104 |
1 000 | 2.81×10-1 | 7.71×10-2 | 3.08×10-161 | 7.20×10-161 | 7.32×104 | 2.33×103 | 5.04×105 | 7.18×104 | |
F2 | 500 | 1.03×10-2 | 1.42×10-3 | 5.18×10-85 | 1.50×10-85 | 2.15×102 | 2.40×1015 | 8.23×102 | 1.17×102 |
1 000 | 6.23×10-1 | 3.58×10-1 | 1.00×10-83 | 9.81×10-84 | 1.69×103 | 1.31×1025 | 1.50×103 | 2.61×102 | |
F3 | 500 | 3.62×105 | 8.23×104 | 2.61×10-141 | 3.48×10-139 | 5.60×105 | 1.30×105 | 1.46×106 | 6.43×105 |
1 000 | 1.16×106 | 2.26×105 | 8.63×10-139 | 7.73×10-138 | 3.07×106 | 6.81×105 | 7.55×106 | 2.64×106 | |
F4 | 500 | 6.73×101 | 5.37×100 | 2.12×10-60 | 2.88×10-54 | 3.02×101 | 1.62×100 | 5.61×101 | 1.70×100 |
1 000 | 7.63×101 | 4.08×100 | 4.10×10-33 | 3.87×10-10 | 3.52×101 | 1.55×100 | 6.04×101 | 1.94×100 | |
F5 | 500 | 2.75×10-2 | 1.27×10-2 | 3.59×10-5 | 9.87×10-5 | 5.54×104 | 1.92×103 | 1.75×103 | 5.15×102 |
1 000 | 2.22×10-1 | 3.77×10-2 | 1.62×10-4 | 1.15×10-4 | 2.41×105 | 6.93×103 | 1.33×104 | 2.25×103 | |
F6 | 500 | 6.99×101 | 2.16×101 | 0 | 0 | 8.13×103 | 2.01×102 | 3.95×103 | 1.50×102 |
1 000 | 1.83×102 | 3.86×101 | 0 | 0 | 1.67×104 | 2.35×102 | 8.91×103 | 2.97×102 | |
F7 | 500 | 1.79×10-3 | 3.60×10-4 | 1.02×10-16 | 0 | 1.41×101 | 2.83×10-1 | 1.66×101 | 4.10×10-1 |
1 000 | 1.55×10-2 | 2.42×10-3 | 4.00×10-15 | 0 | 1.71×101 | 1.91×10-1 | 1.70×101 | 3.46×10-1 | |
F8 | 500 | 1.40×10-4 | 2.88×10-2 | 0 | 0 | 1.92×101 | 2.12×100 | 1.51×103 | 2.15×102 |
1 000 | 2.19×10-1 | 6.74×10-2 | 0 | 0 | 1.24×102 | 7.71×100 | 5.15×103 | 5.42×102 |
表5
基于面积的城中村火灾概率
编号 | 火灾起数 | 面积/km2 | 概率/(起·km-2) |
---|---|---|---|
1 | 2 | 2.84 | 0.704 |
2 | 2 | 3.07 | 0.651 |
3 | 1 | 1.41 | 0.711 |
4 | 2 | 3.23 | 0.620 |
5 | 3 | 4.06 | 0.740 |
6 | 2 | 3.04 | 0.657 |
7 | 1 | 1.38 | 0.725 |
8 | 2 | 2.77 | 0.723 |
9 | 2 | 3.27 | 0.612 |
10 | 2 | 2.86 | 0.699 |
11 | 2 | 2.90 | 0.689 |
12 | 2 | 3.20 | 0.625 |
13 | 1 | 1.49 | 0.669 |
14 | 1 | 1.26 | 0.795 |
15 | 1 | 1.65 | 0.606 |
16 | 2 | 2.54 | 0.789 |
17 | 1 | 1.35 | 0.739 |
18 | 1 | 1.54 | 0.648 |
19 | 1 | 1.30 | 0.767 |
20 | 2 | 2.68 | 0.748 |
21 | 2 | 2.94 | 0.680 |
22 | 1 | 1.60 | 0.627 |
23 | 2 | 2.50 | 0.800 |
24 | 3 | 4.06 | 0.738 |
25 | 2 | 2.57 | 0.778 |
26 | 1 | 1.62 | 0.619 |
27 | 1 | 1.53 | 0.653 |
︙ | ︙ | ︙ | ︙ |
360 | 2 | 3.35 | 0.597 |
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