1.一种基于AQPSO‑RBF神经网络的水质BOD测量方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1:数据预处理,过程如下:
步骤1.1:采用拉依达准则进行数据清洗,将离群值删除;
步骤1.2:通过水厂提供的数据集进行数据分析,得到数据各自的量级不同,数据的量级不同会直接影响神经网络的预测,因此直接将数据进行归一化处理;
步骤2:基于RBF神经网络的模型,过程如下:
RBF神经网络包含三层,输入层、隐含层及输出层,其中输入层为各个传感器的输入形T成的输入向量X(t)=[s1,s2,…,sN] ,其中s代表传感器,N代表共有N个传感器作为输入,输入层获取数据后会向隐含层传递数据,所述传感器的输入包括温度、溶解氧、pH、氧化还原电位和化学需氧量;
网络的第i个隐含层节点的输出为:
其中,i∈[1,HNums]),HNums为神经元数据, 为第i个隐含层的输出,ui为第i个隐含层节点的数据中心,σi为第i个隐含层神经元的扩展常数,‖.‖为范数;
输出层采用线性组合得到网络输出,即预测的BOD值;
然后通过隐含层与输出层之间的连接权值更新RBF神经网络权重系数,通过训练达到收敛,得到最后预测完的BOD值;
输出层将输入结果线性组合得到输出值:
其中wi是网络第i个神经元与输出层之间的连接权值;
步骤3:基于AQPSO‑RBF神经网络的模型,过程如下:步骤3.1:设计PSO‑RBF:
3.1.1)初始化粒子群以及RBF神经网络,确定粒子群规模,由传感器数量的来确定粒子维数,建立PSO粒子的维度空间与神经网络连接权值之间的映射;
3.1.2)设定粒子种群规模,最大迭代次数为Tmax,随机生成粒子群位置X和速度V:其中M=h(n+1),h是隐含层的节点个数,n为输入特征向量的维数;
3.1.3)计算各个粒子的适应度,使用神经网络的RMSE作为PSO的适应度函数:其中fitness(i)表示第i个粒子的适应度函数,RMSE表示RBF的径向基层的输出的均方误差;
其中t代表训练总样本数,o是输出层的总节点个数,yij表示第i个样本在输出层第j个节点的实际输出值, 表示第i个样本在输出层第j个节点的预测BOD值;
3.1.4)对于每个粒子,比较fitness值与它经历过最好位置fitness,如果更好,那么就更新个体最优值;
3.1.5)对于每个粒子,比较fitness值和群体所经过的最好位置的fitness,如果更好,那么就更新全局最优值;
3.1.6)根据vi+1=ωvi+c1r1(pid‑xi)+c2r2(pgd‑xi)和xi+1=xi+vi+1两式子更新粒子的速度和位置,其中惯性权重ω为0.2、个人学习因子c1为2,社会学习因子 其中Tmax为最大迭代次数,t为当前迭代次数;
3.1.7)重复3.1.6),直到网络RMSE的精度达到设定的要求为止;
步骤3.2:改进PSO算法中的策略,取消了粒子的移动方向属性,粒子位置的更新跟该粒子之前的运动没有任何关系;引入Mbest作为个体最优值pbest的平均值其中M表示粒子群的大小,pbest_i表示当前迭代中的第i个pbest;
步骤4:水质BOD值预测,过程如下:
步骤4.1:将训练数据集输入改进后的AQPSO‑RBF神经网络中,然后再将测试数据输入AQPSO‑RBF来动态改变网络,得到最终BOD预测模型;
步骤4.2:将各传感器接入物联网网关,通过网关内部的AQPSO‑RBF的BOD预测模型获取各传感器的值,实时输出水质BOD的预测值。
2.如权利要求1所述的一种基于AQPSO‑RBF神经网络的水质BOD测量方法,其特征在于,所述步骤3.2中,粒子位置更新:Pi=ρ×pbest_i+(1‑ρ)gbest,其中gbest表示当前全局最优值,Pi用于第i个粒子位置的更新;位置更新: 其中 为更新参数,ρ和f都是(0,1)上的均匀分布数值,都取值为0.5。
3.如权利要求1或2所述的一种基于AQPSO‑RBF神经网络的水质BOD测量方法,其特征在于,所述步骤3.2中,引入距离概念,计算每个粒子i相对于其他粒子的平均距离其中N是种群的大小,D为传感器的数量维度;
选出di中最好的值dg,计算di中最大的距离为dmax,最小距离的dmin,则进化因子
4.如权利要求1或2所述的一种基于AQPSO‑RBF神经网络的水质BOD测量方法,其特征在于,所述步骤3.1中,惯性权重ω自适应,以平衡全局和局部的搜索能力且
其中ω初始值为0.9,为了算法开始时最大化探索。