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专利号: 2019103548006
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于信度规则推理的边坡滑动力预测方法,该方法包括以下步骤:步骤(1)构造边坡滑动力预测的信度规则推理模型,它的输入变量为f1(t),f2(t),f3(t),t表示采样时刻,采样周期Δt,单位:小时,即数据每Δt小时采集一次,共采集T次,T>>

0,t=3,4,…,T;其中f1(t)≥0,f1(t)表示t时刻负泊松比锚索传感器采集的滑动力,单位:牛顿,f2(t)表示t时刻与t-1时刻NPR锚索传感器采集的滑动力之间的差值,即f2(t)=f1(t)-f1(t-1),f3(t)表示t时刻与t-2时刻NPR锚索传感器采集的滑动力之间的差值,即f3(t)=f1(t)-f1(t-2);输出为y(t+n),亦即未来n*Δt小时后的滑动力预测值;

步骤(2)定义滑动力历史样本向量集合为S={(f1(t),f2(t),f3(t),y(t+n))|t=3,

4,…,T},用集合S构造各个变量的中心值,具体步骤如下:步骤(2-1)将集合S分解为四个子集:S1={f1(t)|t=3,4,…,T},S2={f2(t)|t=3,

4,…,T},S3={f3(t)|t=3,4,…,T},S4={y(t+n)|t=3,4,…,T},并记为Si,i=1,2,3,分别利用K-means算法聚类找到Si中样本的Ki个中心值并组成集合 这里Ki≥

3,且满足

步骤(2-2)同理对集合S中的子集S4利用K-means算法聚类找到S4的中心值并组成集合K4表示中心值的个数,这里K4≥3,且满足 P=min{S4},Q=max{S4};

步骤(3)根据步骤(2)所构造的中心值,建立信度规则系统,描述输入变量f1(t),f2(t),f3(t)和输出变量y(t+n)之间存在的复杂非线性关系,其中的第k条规则记作为Rk,表示形式如下:式(1)中, 表示在第k条规则中第i个输入变量的中心值, L=K1×K2×K3代表规则的总数;μj,k代表在第k条规则中Vj发生的置信度,j=1,2,...,K4;k=1,

2,...,L,并有 定义第k条规则的权重θk=1,k=1,2,...,L,变量重要性因子δi=

1,i=1,2,3;

步骤(4)求解步骤(3)中的置信度 其步骤如下:

步骤(4-1)定义滑动力历史输入样本向量集合S’={(f1(t),f2(t),f3(t))|t=3,4,…,T},计算S’中每个样本向量与第k条规输入变量的中心值向量 之间的距离dt,k,其计算公式如下:步骤(4-2)找出每条规则下最小距离 即 其中mk表示第k条规则下的最小距离所对应的时刻,这里mk∈{3,4,...,T};将所有规则对应的时刻标签定义为集合M={m1,m2,…,mL};

步骤(4-3)根据步骤(4-2)所得的集合M={m1,m2,…,mL},获取相应地输出变量的历史样本集合S'4={y(mk+n)|mk∈{3,4,...,T},k=1,2,...L},将集合S4'中的y(mk+n)与中心值Vj(j=1,2,…,K4)进行匹配,求取第k条规则中Vj的信度μj,k,具体求取公式如下:(a)当y(mk+n)≤V1或 时,y(mk+n)对V1和 的匹配度μj,k取值均为1,对于其它中心值的匹配度均为0;

(b)当Ve≤y(mk+n)≤Ve+1时,y(mk+n)对Ve和Ve+1的匹配度μj,k取值由式(3)和(4)给出,e=

1,2,…,K4-1:

μe,k=(Ve+1-y(mk+n))/(Ve+1-Ve)                      (3)μe+1,k=(y(mk+n)-Ve)/(Ve+1-Ve)                      (4)此时,输出变量y(mk+n)对于其它中心值的匹配度均为0;

步骤(5)当在线获取输入样本f1(t),f2(t),f3(t),计算它们与步骤(3)中各条规则的匹配度,具体求取公式如下:(a)当fi(t)≤Ai,1或 时,fi(t)对Ai,1和 的匹配度 取值均为1,对于其它中心值的匹配度均为0;

(b)当Ai,q≤fi(t)≤Ai,q+1时,fi(t)对于Ai,q和Ai,q+1的匹配度 取值由式(5)和(6)给出,q=1,2,…,Ki-1:此时,输入变量fi(t)对于其它中心值的匹配度均为0;

步骤(6)根据步骤(5)获取的匹配度,计算在线样本f1(t),f2(t),f3(t)对于每条规则的激活权重:其中,wk∈[0,1]; 为第i个输入变量的相对权重,这里 θk表示第k条规则的权重;

步骤(7)基于证据推理算法,对规则库中所有规则进行融合,获得Vj所对应的置信度为:步骤(8)根据步骤(7)得到边坡的滑动力预测值y(t+n)为: