[發明專利]重建儲糧溫度場的方法

有效

• 申請號: 201710439983.2
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107121215B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 郭敏;張潔慶;馬苗;東橋;肖冰
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: G01K11/24
• 分類號: G01K11/24;G06N3/00
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 申忠才

1.一種重建儲糧溫度場的方法，其特征在于它是由下述步驟組成：

(1)設置聲波傳感器

在被測儲糧區域的四周設置聲波傳感器，形成聲波路徑，采用快速互相關結合抽樣率變換的時延法得到有效路徑的聲波傳播時間；

(2)用自適應鳥群方法重建儲糧溫度場

1)建立適應度函數

其中，是系數矩陣，代表m×n的維權因子，a_mn表示第m條聲波路徑穿過第n個像素的長度，m、n為有限的正整數，X＝(v₁v₂…v_n)^T在溫度場求解中代表n維聲速倒數分布向量，v_n代表聲波穿過第n個像素的平均速度，b＝(t₁t₂…t_m)^T在溫度場求解中代表m維的各有效傳播路徑上的聲波傳播時間向量，t_m代表第m條聲波的聲波傳播時間；生成N×1的隨機矩陣作為N只鳥的初始位置， 通過適應度函數計算鳥的最佳適應度函數值，作為鳥的位置；

2)根據迭代次數k和飛行頻率FQ的關系確定鳥處于覓食、警戒狀態或者處于飛行狀態,k∈[1,...,M]，最大迭代次數M取值1000，FQ為有限的正整數；

如果滿足：k對FQ取余不為0，鳥處于覓食或警戒狀態，執行步驟3)，否則處于飛行狀態，執行步驟4)；

3)在(0,1)內產生一個隨機數，覓食概率R∈[0,1]，當產生的隨機數小于R時，鳥處于覓食狀態，否則處于警戒狀態；

鳥處于覓食狀態時，其行為滿足公式(2)：

P＝1+exp(-(1-pFit_id/pFit_i)) (3)

Q＝1+exp(-(1-sumFit/pFit_i)) (4)

其中i∈[1,...,N]，鳥群數目N的值取為40，j∈[1,...,D]，D為有限的正整數，rand(0,1)表示在[0,1]范圍內獨立均勻分布的隨機數，表示第i只鳥在第j維時第k次迭代的位置，p_i,j表示鳥群中第i只鳥在第j維的最佳位置，P是認知加速因子，Q是社會加速因子，g_j表示鳥群在第j維時的最佳位置，pFit_i表示第i只鳥的最佳適應度值,pFit_id表示第i只鳥局部極值的最佳適應度值，sumFit表示整個鳥群的最佳適應度值之和；

鳥處于警戒狀態時，其行為滿足公式為：

其中，h∈[1,...,N]且h≠i，rand(-1,1)表示在[-1,1]范圍內獨立均勻分布的隨機數，mean_j表示整個鳥群在第j維的平均位置，ε是一個極小的常數，用來避免分母出現0的情況，A1為一只鳥向鳥群中心移動過程中由環境引發的間接作用，A2為一只鳥向中間位置移動的直接影響因素，間接影響因子a1的值取0.001，直接影響因子a2的值取1；

確定鳥的個體適應度函數值，如果當前位置優于前次保留位置，則保留當前鳥的個體位置為最佳位置，并對鳥的位置進行更新；

4)鳥處于飛行行為時，鳥群分成生產者和乞討者兩類，生產者積極尋覓食物，乞討者隨機跟隨一個生產者尋找食物，飛行行為中生產者和乞討者的位置更新公式分別為：

其中，randn(0,1)代表產生服從均值為0，標準差為1的高斯分布的一個隨機數，step表示移動步長，step∈[1,5]，step取值為2，FL(FL∈[0,2])表示乞討者跟隨生產者尋找食物；

確定鳥的個體適應度函數值，如果當前位置優于前次保留位置，則保留當前鳥的個體位置為最佳位置，并對鳥的位置進行更新；

5)當達到最大迭代次數M時，獲得鳥群的最佳位置，即得到聲波穿過溫度場的聲速倒數分布向量X，根據糧食中聲波傳播速度c_m與溫度T的關系式：

其中Z為氣體介質的聲音常數，λ為聲速轉換因子，獲得測量區域溫度場每個像素中心的溫度值；

(3)確定被測儲糧區域的溫度場

用四格點樣條插值法進行插值，得到被測儲糧區域的溫度場分布。