A Dynamic Prediction Model for NO<italic style="font-style: italic"><sub>x</sub></italic> Concentration Based on MEVMD and GA-CNN+LSTM

Zhang Qifan; Hu Lina; Zeng Hao; Liu Wei; Yang Can

doi:10.13568/j.cnki.651094.651316.2025.12.05.0001

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A Dynamic Prediction Model for NO_x Concentration Based on MEVMD and GA-CNN+LSTM

Intelligent Modeling and Engineering Computation | 更新时间：2026-03-24

- A Dynamic Prediction Model for NO_x Concentration Based on MEVMD and GA-CNN+LSTM
- Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition in Chinese and English) Vol. 43, Issue 2, Pages: 169-182(2026)
- 作者机构：
  
  新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐 830017
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13568/j.cnki.651094.651316.2025.12.05.0001
  CLC： TK31;TK229.6
- Received：05 December 2025，
  
  Revised：2026-01-19，
  
  Accepted：28 January 2026，
  
  Published：25 March 2026
- 稿件说明：
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张启帆，胡丽娜，曾浩，刘威，杨灿．基于MEVMD与GA-CNN+LSTM的NO_x浓度动态预测模型研究［J］．新疆大学学报（自然科学版中英文），2026，43（2）：169-182．

Zhang Qifan，Hu Lina，Zeng Hao，Liu Wei，Yang Can．A dynamic prediction model for NO_x concentration based on MEVMD and GA-CNN+LSTM［J］．Journal of Xinjiang University（Natural Science Edition in Chinese and English），2026，43（2）：169-182．
张启帆，胡丽娜，曾浩，刘威，杨灿．基于MEVMD与GA-CNN+LSTM的NO_x浓度动态预测模型研究［J］．新疆大学学报（自然科学版中英文），2026，43（2）：169-182． DOI： 10.13568/j.cnki.651094.651316.2025.12.05.0001.

Zhang Qifan，Hu Lina，Zeng Hao，Liu Wei，Yang Can．A dynamic prediction model for NO_x concentration based on MEVMD and GA-CNN+LSTM［J］．Journal of Xinjiang University（Natural Science Edition in Chinese and English），2026，43（2）：169-182． DOI： 10.13568/j.cnki.651094.651316.2025.12.05.0001.

摘要

燃煤电厂作为主要NO

排放源，其SCR脱硝系统的高效运行对降低污染物排放至关重要，但在预测NO

过程中，数据的剧烈动态变化会制约模型的预测精度．本文提出一种基于模态能量差和样本熵的变分模态分解（MEVMD）耦合遗传算法（GA）优化卷积神经网络（CNN）和长短期记忆网络（LSTM）的混合预测模型．首先，通过3σ准则修正异常值，再采用皮尔逊相关系数筛选20个关键输入变量，利用最大信息系数（MIC）确定各变量延迟时间，实现特征与目标变量的时序对齐．其次，通过自适应变分模态分解（VMD），精准剥离NO

时序信号中的多频率特征；通过GA优化超参数，实现多子模态的适配性建模.最后，通过VMD逆分解将各子模态融合输出预测结果．实验结果表明，本文所提模型的均方根误差（

RMSE

）为0.949 2，平均绝对误差（

MAE

）为0.496 9，决定系数（

）为0.976 7，优于对比模型．

Abstract

Coal-fired power plants serve as primary sources of NO

emissions

and the efficient operation of SCR denitrification systems is crucial for reducing pollutant emissions. However

the highly dynamic changes of data during NO

prediction processes limit the accuracy of predictive models. Therefore

a hybrid prediction framework based on modal energy diffe‑rence and sample entropy

which combining variational mode decomposition (MEVMD) with genetic algorithm (GA) to optimize convolutional neural network (CNN) and long short-term memory network (LSTM)

is proposed. Firstly

abnormal data are corrected using the 3σ criterion; 20 key auxiliary variables are selected via Pearson correlation coefficients. The maximum information coefficient (MIC) is employed to determine the delay time for each variable

achieving temporal alignment between features and target variables. Secondly

adaptive variational mode decomposition (VMD) precisely extracts multi-frequency features from NO

time-series signals. Hyperparameters are optimized via GA to achieve adaptive modeling of multiple sub-modes. Finally

prediction results are generated through data reconstruction. Experimental results demonstrate that the proposed model achieves

RMSE

of 0.949 2

MAE

of 0.496 9

and

of 0.976 7

outperforming comparison models.

关键词

Keywords

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