[發(fā)明專利]一種基于數(shù)學(xué)模型的鐵路信號(hào)繼電器性能狀態(tài)預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010670335.X
• 申請(qǐng)日: 2020-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111832171A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙正元;李文華;尹世楨;潘如政;夏艷華;李慶詩(shī);鄭娜;翟麗春;王林林;羅文天;孟冬冬;劉思漢;趙金燕;吳延男;郭國(guó)慶;李源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 李曉光

1.一種基于數(shù)學(xué)模型的鐵路信號(hào)繼電器性能狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟：

S1)參考鐵路信號(hào)繼電器在恒定溫度下的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立預(yù)測(cè)單元模型并進(jìn)行優(yōu)化處理，得到一個(gè)優(yōu)化后的預(yù)測(cè)單元模型；

S2)重復(fù)利用優(yōu)化后的預(yù)測(cè)單元模型進(jìn)行迭代運(yùn)算，將每次迭代運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理，得到單元鏈模型；

S3)整理鐵路信號(hào)繼電器在恒定溫度下相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)構(gòu)成的單一時(shí)間序列；

S4)建立滑動(dòng)窗口預(yù)測(cè)模型，將單一時(shí)間序列形成的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)集代入單元鏈模型，將最后輸出值與實(shí)測(cè)值作比較計(jì)算誤差，確定最大容許誤差；

S5)進(jìn)行邏輯判斷，隨后更新輸入數(shù)據(jù)集，拋棄最遠(yuǎn)數(shù)據(jù)，繼續(xù)預(yù)測(cè)、重復(fù)更新、調(diào)整和預(yù)測(cè)過(guò)程直至滿足輸出總量要求，預(yù)測(cè)過(guò)程中輸入數(shù)據(jù)集滑動(dòng)更新，保持總量不變。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)學(xué)模型的鐵路信號(hào)繼電器性能狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S1)中建立預(yù)測(cè)單元模型并進(jìn)行優(yōu)化處理包括：

S101)初始化單元的權(quán)重ω_σ、ω_i、ω_c、ω_o和對(duì)應(yīng)截距d_σ、d_i、d_c、d_o；

S102)結(jié)合預(yù)測(cè)單元模型當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)x_t與上一次輸出數(shù)據(jù)y_t-1計(jì)算拋棄率f_t＝σ(ω_σ[h_t-1，x_t]+d_σ)，其中ω_σ和d_o分別為權(quán)重和截距，σ為非線性化函數(shù)，h為轉(zhuǎn)移系數(shù)，t為單元級(jí)數(shù)，x_t為輸入數(shù)據(jù)；

S103)獲得預(yù)測(cè)單元模型當(dāng)前的削弱系數(shù)i_t＝σ(ω_i[h_t-1，x_t]+d_i)，預(yù)測(cè)單元模型當(dāng)前狀態(tài)特征中間量為C_t′＝tanh(ω_c[y_t-1，x_t]+d_c)，其中ω_c為權(quán)重，y_t-1為上一級(jí)輸出，d_c為截距；

S104)通過(guò)單元模型對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行拋棄與保留處理，根據(jù)預(yù)測(cè)單元模型上一次的狀態(tài)特征C_t-1獲得預(yù)測(cè)單元模型當(dāng)前特征C_t，計(jì)算公式為：C_t＝f_tC_t-1+i_tC_t′；f_t為拋棄率，i_t為特征系數(shù)，C_t′為預(yù)測(cè)單元模型當(dāng)前狀態(tài)特征中間量；

S105)輸出門(mén)的削弱系數(shù)o_t＝σ(ω_o[h_t-1，x_t]+d_o)，最終得到預(yù)測(cè)單元模型的輸出y_t＝o_ttanh(C_t)；d_o為截距，ω_o為權(quán)重。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)學(xué)模型的鐵路信號(hào)繼電器性能狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述步驟S2)中得到單元鏈模型的步驟為：

重復(fù)利用預(yù)測(cè)單元模型進(jìn)行計(jì)算得到一組數(shù)據(jù)，將任一次預(yù)測(cè)單元模型輸出數(shù)據(jù)y_t作為下一次預(yù)測(cè)單元模型輸入數(shù)據(jù)x_t+1，同時(shí)重新計(jì)算下一次預(yù)測(cè)單元模型的拋棄率，這樣多次通過(guò)預(yù)測(cè)單元模型計(jì)算得到的數(shù)據(jù)首尾相連，得到單元鏈模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)學(xué)模型的鐵路信號(hào)繼電器性能狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟S4)中建立滑動(dòng)窗口預(yù)測(cè)模型的步驟為：

S401)根據(jù)單元鏈模型的輸入總量t和輸出總量n，確定單元鏈模型的最大容許誤差E；

S402)將輸入數(shù)據(jù)集X＝x₁，x₂，…，x_t代入單元鏈模型進(jìn)行計(jì)算；

S403)將最后一次單元鏈模型的輸出與實(shí)測(cè)值y_t+1作比較計(jì)算確定誤差

S404)進(jìn)行邏輯判別，若則拋棄輸入數(shù)據(jù)集最遠(yuǎn)數(shù)據(jù)Y₀并引入最新實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)y_t-1來(lái)調(diào)整輸入數(shù)據(jù)集繼續(xù)下一步預(yù)測(cè)；

反之若則調(diào)整模型參數(shù)中的權(quán)重和截距，直到輸出值滿足要求；

S405)更新輸入數(shù)據(jù)集，即引入最新實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，拋棄最遠(yuǎn)數(shù)據(jù)，繼續(xù)預(yù)測(cè)；

S406)重復(fù)更新、調(diào)整和預(yù)測(cè)過(guò)程直至滿足輸出總量要求，預(yù)測(cè)過(guò)程中輸入數(shù)據(jù)集滑動(dòng)更新，保持總量不變。