[發(fā)明專利]一種基于遺傳算法的岸橋載荷狀態(tài)檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711071585.6
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107862036B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 唐剛;胡超;胡雄
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06F16/2458
• 分類號: G06F16/2458;G06K9/62;G06N3/12
• 代理公司: 上海三和萬國知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 陳偉勇

1.一種基于遺傳算法的岸橋載荷狀態(tài)檢測方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：獲取數(shù)據(jù)

在安裝岸橋起重電機上的傳感器，每間隔10到20秒提取實時振動烈度數(shù)據(jù)，并儲存在數(shù)據(jù)庫中；

步驟2：基于遺傳算法尋找載荷分類中心

步驟2.1初始種群生成

從數(shù)據(jù)庫中隨機抽取短時間的數(shù)據(jù)；將抽取出來的數(shù)據(jù)隨機組成一個五維數(shù)組，數(shù)據(jù)不夠的用零補齊；

所述的五維數(shù)組即為初始種群，其中的元素即為個體，其中的元素的維度即為基因；所述的五維數(shù)組的第i個元素稱為第i個個體；所述的第i個個體從左至右依次有五個維度，依次稱為第j號基因，其中j＝1、2、3、4、5；

步驟2.2確定算法參數(shù)

在進入算法之前需要確定算法的三個參數(shù)：最大迭代次數(shù)N、交叉調(diào)配系數(shù)k₁和突變調(diào)配系數(shù)k₂；其中最大迭代次數(shù)N用于判斷迭代是否能夠終止，交叉調(diào)配系數(shù)k₁在步驟2.4中用來計算交叉概率，突變調(diào)配系數(shù)k₂在步驟2.4中用來計算突變概率；

最大迭代次數(shù)N、交叉調(diào)配系數(shù)k₁和突變調(diào)配系數(shù)k₂的具體確定方法如下：

式中：n指的是步驟2.1中生成初始種群的個體總數(shù)；運算符“[]”的運算法則定義為“[a]表示取大于a的最小整數(shù)”；

步驟2.3計算適應度

首先計算目標函數(shù)值，目標函數(shù)方程如下

式中，為第i個個體的第j號基因與種群中任意個體的任意基因k的差值的平方；u_jk為調(diào)配系數(shù)，當種群中任意個體的任意基因k與第i個個體的第j號基因的差值的絕對值是基因k與第i個個體的任意基因的差值的絕對值中最小的時u_jk≈1，否則u_jk的值趨向于0；

調(diào)配系數(shù)方程如下：

式中，d_j'k為第i個個體的第j`號基因與種群中任意個體的任意基因k的差值的絕對值；d_jk為第i個個體的第j號基因與種群中任意個體的任意基因k的差值的絕對值；

所述適應度表示個體的適應程度，其值要求大于0小于1，則適應度方程如下：

式中，J’為目標函數(shù)值中的最小值；J為目標函數(shù)值；

步驟2.4選擇種群中的個體參與交叉和突變

將所有個體按照輪盤賭的方式選擇種群的的個體作為父系種群；判斷父系種群個體數(shù)量是否為1，是則執(zhí)行步驟3，否則繼續(xù)執(zhí)行交叉和突變操作；

交叉率p_c與突變率p_m方程如下：

式中，f’為交叉的兩個個體中最高的適應度，f為個體的適應度，為種群中的平均適應度，f_max為父系種群中適應度的最大值，k₁、k₂為調(diào)配系數(shù)；

所述的交叉操作首先隨機生成一些不重復、大小屬于i取值范圍的序列對，交叉操作發(fā)生再序列對所指的個體間；然后判斷交叉?zhèn)€體是否滿足交叉率，不滿足則放棄交叉操作選擇下一對，滿足則進行下一步；下一步中首先隨機從1到5之間隨機抽取一個數(shù)字z，然后將第一個個體的第z+1號到第5號基因復制到第二個個體的首端，最后將第二個個體的第z+1號到第5號基因復制到第一個個體的尾端；

所述突變操作首先判斷突變個體是否滿足突變率要求，不滿足則放棄突變操作，滿足則進行下一步；下一步中首先隨機選擇突變個體的第z號基因為突變基因，然后再隨機加上或減去一個0到1上的隨機數(shù)；

步驟2.5終止判斷

判斷迭代次數(shù)是否達到要求的最大迭代次數(shù)，是則終止迭代，否則繼續(xù)重復步驟2.3到步驟2.4；

步驟3統(tǒng)計分析岸橋的載荷狀態(tài)

通過步驟2得到了岸橋的五個載荷分類中心，統(tǒng)計每個載荷分類中心周圍附屬點的個數(shù)，載荷分布中心最小的類附屬點的個數(shù)需減去步驟2.1中補零的個數(shù)，并計算出每一類所占的比例，即得出在一天中岸橋在五種載荷狀態(tài)下所工作的時間比例，所述五種載荷狀態(tài)可以是指空載、輕載、中載、重載、超重載，其概念均是相對的，代表其載荷分布中心依次增大。