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专利号: 2019104361251
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于混沌-RBF神经网络预测ENPEMF信号包络趋势的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、采集若干个ENPEMF信号,利用混沌理论来验证采集到的ENPEMF信号是否具有混沌特性;将所有具有混沌特性的ENPEMF信号,应用到步骤S2;

S2、利用假邻近法和自相关函数法,求解每个具有混沌特性的ENPEMF信号的嵌入维数和时间延迟;其中,根据所求的两项参数,来反映地震之前ENPEMF信号强度数据隐藏的变化特点;

S3、将具有混沌特性的ENPEMF信号分成训练数据和预测数据;以训练数据作为待优化的RBF神经网络的输入,对所述待优化的RBF神经网络进行优化训练;其中,将步骤S2所求的嵌入维数,作为所述待优化的RBF神经网络中输入层的输入节点个数;隐含层的隐节点个数,根据训练结果进一步确定;输出层的输出节点个数固定为1;

S4、将预测数据作为优化后的RBF神经网络的输入,根据输出结果预测ENPEMF信号的包络趋势。

2.根据权利要求1所述的混沌-RBF神经网络算法,其特征在于,步骤S2中,利用假邻近法求解ENPEMF信号的嵌入维数的步骤包括:S21、构造m维第一重构向量ym(n);

S22、采用欧式度量确定第一重构向量ym(n)的第一紧邻点y'm(n);

S23、构造m+1维第二重构向量ym+1(n);

S24、采用欧式度量决定第二重构向量ym+1(n)的第二紧邻点y'm+1(n);

S25、当m+1维空间中确定的第二紧邻点y'm+1(n)等于m维空间中确定的第一紧邻点y'm(n)时,选择当前第一重构向量ym(n)的维数m作为嵌入维数,并执行步骤S3;其他情况下,返回步骤S21对第一重构向量的维数进行调整,直到输出嵌入维数时,则执行步骤S3。

3.根据权利要求1所述的混沌-RBF神经网络算法,其特征在于,步骤S2中,对于一个ENPEMF信号,其自相关函数的数学表达式为:针对上述给定的自相关函数表达式,做出其关于时间t的函数图像;其中,参数τ为时间延迟,且时间延迟τ取函数第一次经过零点时,所对应的时间t0;参数N为ENPEMF时间序列长度。

4.根据权利要求1所述的混沌-RBF神经网络算法,其特征在于,步骤S3中在对RBF神经网络进行训练的过程中,首先预先设定一个训练精度值A,针对RBF神经网络的输入层,将步骤S2中得到的嵌入维数作为输入层的输入节点个数,在将训练数据输入到输入层后,对RBF神经网络进行预训练,在网络的输出值趋近训练精度值A时,停止训练,并将当前训练所得的网络作为优化后的RBF神经网络,来对每个ENPEMF信号的包络趋势进行预测;

其中,每次训练过程中,隐含层的隐节点个数由小到大增加,直到RBF神经网络的输出值达到预设的训练精度值A时,将当前设定的节点个数作为RBF神经网络中隐含层的隐节点个数。

5.根据权利要求4所述的混沌-RBF神经网络算法,其特征在于,由于性能指标的选取会影响到RBF神经网络的输出精度,为了得到合适的精度又不出现过拟合的负面效果,将性能指标设定为0.01。

6.一种基于混沌-RBF神经网络来预测ENPEMF信号包络趋势的系统,其特征在于,该系统包括以下模块:混沌信号验证模块,用于采集若干个ENPEMF信号,利用混沌理论来验证采集到的ENPEMF信号是否具有混沌特性;

参数计算模块,用于利用假邻近法和自相关函数法,求解每个具有混沌特性的ENPEMF信号的嵌入维数和时间延迟;其中,根据所求的两项参数,来反映地震之前ENPEMF信号强度数据隐藏的变化特点;

RBF神经网络训练模块,用于将具有混沌特性的ENPEMF信号分成训练数据和预测数据;

以训练数据作为待优化的RBF神经网络的输入,对所述待优化的RBF神经网络进行优化训练;其中,将参数计算模块所求的嵌入维数,作为所述待优化的RBF神经网络中输入层的输入节点个数;

包络趋势预测模块,用于将预测数据作为优化后的RBF神经网络的输入,根据输出结果预测ENPEMF信号的包络趋势。

7.根据权利要求6所述的混沌-RBF神经网络算法,其特征在于,参数计算模块中,利用假邻近法求解ENPEMF信号的嵌入维数的步骤包括:S21、构造m维第一重构向量ym(n);

S22、采用欧式度量确定第一重构向量ym(n)的第一紧邻点y'm(n);

S23、构造m+1维第二重构向量ym+1(n);

S24、采用欧式度量决定第二重构向量ym+1(n)的第二紧邻点y'm+1(n);

S25、当m+1维空间中确定的第二紧邻点y'm+1(n)等于m维空间中确定的第一紧邻点y'm(n)时,选择当前第一重构向量ym(n)的维数m作为嵌入维数;其他情况下,返回步骤S21对第一重构向量的维数进行调整,直到输出嵌入维数时。

8.根据权利要求6所述的混沌-RBF神经网络算法,其特征在于,参数计算模块中,对于一个ENPEMF信号,其自相关函数的数学表达式为:针对上述给定的自相关函数表达式,做出其关于时间t的函数图像;其中,参数τ为时间延迟,且时间延迟τ取函数第一次经过零点时,所对应的时间t0;参数N为ENPEMF时间序列长度。

9.根据权利要求6所述的混沌-RBF神经网络算法,其特征在于,RBF神经网络训练模块中在对RBF神经网络进行训练的过程中,首先预先设定一个训练精度值A,针对RBF神经网络的输入层,将参数计算模块中得到的嵌入维数作为输入层的输入节点个数,在将训练数据输入到输入层后,对RBF神经网络进行预训练,在网络的输出值趋近训练精度值A时,停止训练,并将当前训练所得的网络作为优化后的RBF神经网络,来对每个ENPEMF信号的包络趋势进行预测;

其中,每次训练过程中,隐含层的隐节点个数由小到大增加,直到RBF神经网络的输出值达到预设的训练精度值A时,将当前设定的节点个数作为RBF神经网络中隐含层的隐节点个数。

10.根据权利要求9所述的混沌-RBF神经网络算法,其特征在于,RBF神经网络训练模块中,由于性能指标的选取会影响到RBF神经网络的输出精度,为了得到合适的精度又不出现过拟合的负面效果,将性能指标设定为0.01。