[發(fā)明專利]一種基于PSO優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測方法

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• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114037181A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭杰;章亮;俞孟蕻;梅立群
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發(fā)明公開了一種基于PSO優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測方法，包括：收集耙吸挖泥船歷史施工數(shù)據(jù)，上傳至數(shù)據(jù)庫；對歷史施工數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并劃分成訓(xùn)練樣本和測試樣本；分析訓(xùn)練樣本和測試樣本，確定預(yù)測模型的輸入量與輸出量；建立PSO優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，用于耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測；通過訓(xùn)練樣本對預(yù)測模型進行訓(xùn)練；使用測試樣本計算評價指標MSE，對完成訓(xùn)練的預(yù)測模型進行驗證，得到耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測模型。本發(fā)明采用PSO優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，其收斂速度快，精度高，可有效解決耙吸挖泥船抽艙吹岸時泥泵出口處濃度計的滯后問題，從而實現(xiàn)艏吹出口的泥漿濃度預(yù)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于耙吸挖泥船優(yōu)化疏浚技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測方法，尤其是一種基于PSO優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測方法。

背景技術(shù)

耙吸挖泥船是挖泥船中的一種，具有獨立完成挖泥、裝載、運輸、卸泥和吹填等疏浚要求的優(yōu)點。艏吹是耙吸挖泥船排泥的一種方法，在填海造陸方面有廣泛應(yīng)用。艏吹是指耙吸挖泥船在抽艙吹岸施工中，從離岸深海區(qū)取沙，再運輸?shù)浇秴^(qū)抽吹造陸的過程。由于管道兩相流特性和耙吸挖泥船抽艙機理的復(fù)雜性，對抽艙管道內(nèi)的泥漿濃度瞬時值實時監(jiān)控具有困難；并且，耙吸挖泥船的施工數(shù)據(jù)為時間序列數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)滯后問題，泥沙在抽艙管道中傳輸，而泥漿的濃度計處在泥泵出口處，使得濃度計的讀數(shù)產(chǎn)生滯后性，不能即時得到泥漿濃度的瞬時值，導(dǎo)致工作人員不能根據(jù)泥漿瞬時濃度調(diào)整設(shè)備，來使管道內(nèi)泥漿穩(wěn)定，易發(fā)生堵管。因此，對耙吸挖泥船艏吹濃度進行預(yù)測對保證疏浚安全具有重要意義。

中國專利申請CN202010875940.0公開了一種挖泥船產(chǎn)量計，采用無源傳感器提升濃度測量效果。這種測量雖然能得到管道泥漿濃度，但是無法獲得泥漿濃度的瞬時值。中國專利申請CN104299031A公開了一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法，通過建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練模型來預(yù)測負載。但是所采用的傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，收斂速度慢，精度低，且容易陷入局部極小值，導(dǎo)致模型訓(xùn)練速度慢，且模型準確度不高，因此得到的預(yù)測模型精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于PSO優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測方法，采用PSO優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，其收斂速度快，精度高，可有效解決耙吸挖泥船抽艙吹岸時泥泵出口處濃度計的滯后問題，實現(xiàn)艏吹出口的泥漿濃度預(yù)測。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

本發(fā)明的一種基于PSO優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測方法，包括以下步驟：

步驟1.收集耙吸挖泥船歷史施工數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備上傳至數(shù)據(jù)庫；所述數(shù)據(jù)包括耙吸挖泥船在抽艙過程中不同階段的數(shù)據(jù)，并涉及耙吸挖泥船抽艙吹岸時使用的多個關(guān)鍵設(shè)備；

步驟2.在數(shù)據(jù)庫中對歷史施工數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的數(shù)本劃分成訓(xùn)練樣本和測試樣本；其預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)濾波處理、歸一化處理；

步驟3.分析訓(xùn)練樣本和測試樣本，確定預(yù)測模型的輸入量與輸出量；

步驟4.建立PSO優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，用于耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測；

步驟5.通過訓(xùn)練樣本進行預(yù)測模型訓(xùn)練，選擇均方誤差MSE作為預(yù)測模型的評價指標；

步驟6.使用測試樣本對完成訓(xùn)練的預(yù)測模型進行驗證，查看模型的輸出結(jié)果與測試樣本結(jié)果的MSE，得到耙吸挖泥船艏吹濃度預(yù)測模型。

進一步的，所述的步驟2包括：

步驟2.1采用卡爾曼濾波對歷史施工數(shù)據(jù)進行濾波，去除數(shù)據(jù)中的干擾和噪聲：

時間更新向前推算狀態(tài)變量：