[發明專利]一種基于MDE和分形優化SVM的周期來壓預測方法

有效

• 申請號: 201310093722.1
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103258112A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 赫飛;趙東洋;崔鐵軍
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及地下采礦工程周期荷載預測問題，特別是涉及基于MDE和分形優化SVM的周期來壓預測方法。

背景技術

在巷道內的液壓支架是承受頂板壓力的主要構件，在設置支架時要考慮很多因素，其中荷載的形式和變化規律是主要的考察因素。如何了解將要設置液壓支架處的周期來壓荷載形式和變化規律成為關鍵問題。當然，這個問題在未設置液壓支架前是不可測的，這樣只能通過預測來解決上述問題。

現有技術中沒有解決在不可測情況下，如何預測將要設置液壓支架所受到的荷載形式和變化規律的問題。通過已知的液壓支架的荷載表示未設置液壓支架的荷載，由于未設置液壓支架處的荷載不可測，無法進行分析。在這種情況下，根據已有的研究和模型的分析，可以確定以設置的液壓支架之間的荷載形式和變化規律存在著一些聯系，而且他們的荷載是可測的。根據模型對不同相對位置支架周期來壓荷載圖像的分析，發現就支架相對位置而言，差余曲線圖形的維數和相關系數r有一定的線性關系。根據所求支架與已知支架的相對位置關系和該線性關系即可求得所求支架周期來壓荷載圖像各對應差余曲線的維數和相關系數r。這樣就可將所求支架荷載與已知支架荷載聯系起來，再通過一定方法進行映射。

模型通過MDE得到周期來壓荷載的正弦波分解形式；分形理論計算了各差余曲線的維數和相關系數r；通過SVM模擬出未設置液壓支架處荷載曲線各正弦項的參數；將各項疊加得到該荷載的預測表達式。通過與實際監測的結果對比表明了結果的正確性及方法的正確性，本發明涉及的周期來壓預測方法能夠解為頂板支護提供合理依據。

發明內容

1.?多重差異進化算法擬合

設原始測量的液壓支架荷載數據的曲線為???????????????????????????????????????????????；對使用差異進化算法擬合得到的正弦曲線集合為，是擬合求得的參數(第3節用TSM，TZM，TDM分別表示各自的矩陣)，分別表示周期（）、縮放系數（）和縱移系數（）；，n為計算的代數，即擬合的次數(擬合曲線項數)。定義差余曲線為：本代差余曲線是上代差余曲線與本代數據反演得到的正弦曲線的差的曲線，如、、。那么對的擬合最終結果就是。并通過MATLAB實現。

使用差異進化算法有兩個目的，第一個是反演出作為SVM訓練時的目標值；另一個是得到，進而得到的圖像，作為分形幾何計算維度和r的基礎。

2.?盒子法計算圖像的維數和相關系數r值

盒子法是利用覆蓋法測量分維曲線的最基本方法之一，實現簡單。通過對標準曲線的測定，結果與理論計算值一致性良好，較適合平面曲線的分維測量。該方法用邊長為1的方盒覆蓋曲線,將該方盒分割成含有2ⁿ個小方盒的網格集，小方盒的邊長為2^-n，用這個網格集覆蓋輪廓曲線，統計出含有輪廓片段的小方盒數量為M(n)，則曲線的分形維數為:

????鑒于處理二維折線圖像，模型使用盒子法計算圖像的維數和r值。使用FractalFox2.0對形成的圖像進行處理。維數、r和L作為SVM訓練的輸入值。

3.?支持向量機進行預測

使用Epsilon回歸算法來進行訓練和模擬。前文提到，維數、r和L作為訓練的輸入值，作為目標值，進行訓練。模擬的輸入值是所求支架荷載的維數、r和L，輸出值為所求荷載曲線的正弦項的。對于沒有數據的所求支架荷載的圖像維數和r是通過線性擬合實現的，詳見實例的具體計算過程。

4.?模型算法流程

上文已經介紹了相關的方法以及在模型算法中的作用。下面用流程圖的形式表示算法，如圖1所示。

附圖說明

圖1?方法流程圖。

注：長方形表示數據處理動作，斜四邊形表示原始數據，箭頭表示數據及其傳遞方向。

圖2?10#、35#、60#、85#的85次循環左右兩支架的荷載變化圖

圖3?8條曲線與其擬合曲線的對照圖。

圖4?的第2帶差余曲線圖圖5?圖4對應的分形特征曲線圖。

注：的差余曲線一共20個圖，即，這里只列出了圖。