[發(fā)明專利]一種基于GRU的耙吸挖泥船艏吹瞬時(shí)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111409133.0
• 申請(qǐng)日: 2021-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114091339A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章亮;袁偉;俞孟蕻;蘇貞;周泊龍;齊亮;楊奕飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06F119/22
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 冒艷

本發(fā)明公開(kāi)一種基于GRU的耙吸挖泥船艏吹瞬時(shí)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法。該方法首先對(duì)耙吸挖泥船艏吹的歷史施工數(shù)據(jù)和瞬時(shí)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集；再根據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)模型以及艏吹工藝進(jìn)行分析，選取與瞬時(shí)產(chǎn)量預(yù)測(cè)有關(guān)的變量作為模型的輸入，瞬時(shí)產(chǎn)量作為輸出；之后對(duì)所選取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪、異常值處理、歸一化處理。并將預(yù)處理的數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集數(shù)據(jù)、驗(yàn)證集數(shù)據(jù)；然后建立GRU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用于耙吸挖泥船艏吹瞬時(shí)產(chǎn)量的預(yù)測(cè)；最后利用所述訓(xùn)練集數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，并利用所述驗(yàn)證集數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，得到耙吸挖泥船瞬時(shí)產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型。該預(yù)測(cè)方法準(zhǔn)確、快速、穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程挖泥產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，特別涉及一種基于GRU的耙吸挖泥船艏吹瞬時(shí)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

疏浚工程是在水下挖掘的土方工程沉淀物、沙或巖石使用特定的機(jī)械設(shè)備拓寬和加深挖掘區(qū)域。人們對(duì)于耙吸挖泥船的性能、效率、自動(dòng)化水平、環(huán)保等級(jí)要求越來(lái)越高，提高性能和效率挖泥船產(chǎn)能成為了疏浚工作的重點(diǎn)。艏吹是耙吸挖泥船常用吹填施工方法之一，多用于離岸深海區(qū)取砂、運(yùn)輸?shù)浇秴^(qū)艏吹造陸的情況，如長(zhǎng)江口區(qū)域圈圍工程，斯里蘭卡科倫坡南港集裝箱碼頭工程和科特迪瓦阿比讓港口擴(kuò)建項(xiàng)目。耙吸挖泥船艏吹作業(yè)方式得到了廣泛的應(yīng)用。但是針對(duì)兩流的復(fù)雜性，艏吹的機(jī)理復(fù)雜性難以對(duì)艏吹進(jìn)行機(jī)理分析和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。而作為評(píng)價(jià)耙吸挖泥船艏吹施工效率的重要指標(biāo)，預(yù)測(cè)耙吸挖泥船艏吹的生產(chǎn)率有助于提高施工效率，選擇最優(yōu)的挖泥船作業(yè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)挖泥船的最優(yōu)控制。因此對(duì)耙吸挖泥船的疏浚瞬時(shí)產(chǎn)量的預(yù)測(cè)對(duì)于優(yōu)化疏浚過(guò)程，控制疏浚成本具有重要意義。

中國(guó)專利CN201921046801.6公開(kāi)發(fā)表了一種新型的挖泥船產(chǎn)量計(jì)，使用帶有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)筒側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接保持套，從不同角度進(jìn)行檢測(cè)，提升了檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性；中國(guó)專利CN202010875940.0公開(kāi)發(fā)表了一種挖泥船產(chǎn)量計(jì)，通過(guò)對(duì)挖泥船船管道內(nèi)泥漿濃度和管道流量進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)一步得到挖泥船的產(chǎn)量情況。采用基于電學(xué)層析成像法的無(wú)源傳感器提升了液固兩相流體管道輸送濃度與流量測(cè)量精度的準(zhǔn)確性。利用產(chǎn)量計(jì)對(duì)挖泥船瞬時(shí)產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)量雖然直接方便，但是不能提前估計(jì)挖泥船的瞬時(shí)產(chǎn)量，不能達(dá)到預(yù)測(cè)的效果。

耙吸挖泥船的疏浚過(guò)程是一個(gè)時(shí)間連續(xù)的施工過(guò)程，產(chǎn)生的施工數(shù)據(jù)是基于時(shí)間序列的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間存在時(shí)間滯后的問(wèn)題，GRU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于時(shí)間序列的數(shù)據(jù)具有很好的處理能力，對(duì)非線性、多步預(yù)測(cè)問(wèn)題可以取得很好的預(yù)測(cè)效果，因此采用GRU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)耙吸挖泥船艏吹瞬時(shí)產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行構(gòu)建。技術(shù)現(xiàn)有的耙吸挖泥船艏吹瞬時(shí)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法較少，且精度不夠高，沒(méi)有考慮挖泥船實(shí)際施工數(shù)據(jù)是基于時(shí)間序列的數(shù)據(jù)而存在的一些問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種精度高的基于GRU的耙吸挖泥船艏吹瞬時(shí)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出了所述的基于GRU的耙吸挖泥船艏吹瞬時(shí)產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟1：收集耙吸挖泥船艏吹的歷史施工數(shù)據(jù)和瞬時(shí)產(chǎn)量的數(shù)據(jù)。耙吸挖泥船的施工過(guò)程復(fù)雜，需要涉及的耙吸挖泥船的多個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，因此收集到的歷史數(shù)據(jù)也會(huì)包括多個(gè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。而對(duì)耙吸挖泥船瞬時(shí)產(chǎn)量的描述量主要包括管道流量和泥漿濃度。

步驟2：選擇對(duì)瞬時(shí)產(chǎn)量表示更為直接的管道流量和泥漿濃度作為模型輸出。通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)學(xué)模型以及艏吹工藝進(jìn)行分析，從產(chǎn)量的直接計(jì)算公式、管道內(nèi)泥漿濃度計(jì)算公式出發(fā)，并根據(jù)對(duì)相關(guān)行業(yè)知識(shí)分析，泥泵轉(zhuǎn)速、泥門開(kāi)度等因素都會(huì)在很大程度上影響或反映耙吸挖泥船艏吹瞬時(shí)產(chǎn)量，因此選取泥泵轉(zhuǎn)速、14個(gè)抽艙門行程、引水閥開(kāi)度、高壓沖水泵轉(zhuǎn)速、泥漿濃度和管道流量作為影響產(chǎn)量的因素作為模型的輸入變量。

步驟3：從收集到的歷史數(shù)據(jù)中提取出上述步驟涉及的實(shí)際數(shù)據(jù)，并對(duì)所選取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理內(nèi)容包括數(shù)據(jù)的濾波處理、異常值處理、歸一化處理。并將對(duì)上述預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集的劃分。