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基于區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的pm2.5濃度檢測方法

文檔序號:8402686閱讀:383來源:國知局
基于區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的pm2.5濃度檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于空氣質(zhì)量檢測領域,特別涉及一種基于區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的 PM2. 5濃度檢測方法。
【背景技術】
[0002] 近年來,我國很多地區(qū)相繼陷入嚴重的霧霾天氣中,而PM2. 5就是霧霾天氣的罪 魁禍首;PM2. 5是指大氣中空氣動力學直徑小于或等于2. 5 μ m的顆粒物,也成為可入肺顆 粒物;與較粗的大氣顆粒物相比,PM2. 5粒徑小,富含大量有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停 留時間長、輸送距離遠,污染大氣環(huán)境,并會對人們健康構成嚴重威脅,因此開展PM2. 5環(huán) 境質(zhì)量檢測研宄是一項重要而又意義的工作。
[0003] 由于推導中簡化運算及設備物理尺寸限制,導致傳統(tǒng)的PM2. 5濃度檢測方法求解 矩陣方程算法運算困難,檢測精度較低;而且由于受到環(huán)境條件、檢測設備、隨機因素等的 影響,使得檢測設備在將空氣轉(zhuǎn)換為光電信號時,轉(zhuǎn)換后的光電信號具有一定的不確定性; 同時國家環(huán)境監(jiān)測官網(wǎng)公布的實時PM2. 5濃度也是由某些監(jiān)測儀測得到,同樣存在不確定 性。
[0004] 目前,現(xiàn)有的基于向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的PM2. 5濃度檢測方法訓練數(shù)據(jù)都是點數(shù) 據(jù),同樣沒有考慮到所檢測到的光電信號和實時PM2. 5濃度的不確定性,同時也不能得到 光電信號存在不確定性時,檢測的PM2. 5濃度浮動在何范圍;在考慮這種不確定性的條件 下,傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡已經(jīng)顯得無能為力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術的不足,本發(fā)明提出一種基于區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的PM2. 5濃 度檢測方法,以達到在確定性的條件下和不確定性的條件下均可以檢測PM2. 5濃度、在不 確定性的條件下獲得PM2. 5濃度浮動范圍、提高檢測精度和簡化檢測方法的目的。
[0006] 本發(fā)明技術方案如下:
[0007] 一種基于區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的PM2. 5濃度檢測方法,包括以下步驟:
[0008] 步驟1、將空氣通過激光空氣檢測儀轉(zhuǎn)化成光電信號,設定采集間隔時間和采集次 數(shù),根據(jù)設定的采集間隔時間和采集次數(shù)采集多組光電信號及對應的實際PM2. 5濃度,作 為訓練區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練數(shù)據(jù);
[0009] 步驟2、根據(jù)采集光電信號的誤差允許范圍,將采集的光電信號擴展成區(qū)間光電信 號,并根據(jù)采集PM2. 5濃度的誤差允許范圍,將采集的光電信號對應的實際PM2. 5濃度擴展 成區(qū)間實際PM2. 5濃度;
[0010] 步驟3、將區(qū)間光電信號進行歸一化處理,并將區(qū)間實際PM2. 5濃度進行歸一化處 理;
[0011] 步驟4、將歸一化處理后的區(qū)間光電信號作為區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入值, 區(qū)間PM2. 5濃度作為輸出值,對區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練,獲得訓練完成的區(qū)間 徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡,具體步驟如下:
[0012] 步驟4. 1、設定區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡分為三層:輸入層、隱含層和輸出層,設 定輸入層的節(jié)點個數(shù)和隱含層的節(jié)點個數(shù),并設定輸出層為一個節(jié)點;
[0013] 步驟4. 2、初始化區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的參數(shù),包括:設定隱含層的激勵函 數(shù),即設定徑向基函數(shù)為高斯函數(shù),設定輸出層的激勵函數(shù)為線性函數(shù),設定隱含層每個節(jié) 點到輸出層節(jié)點的初始區(qū)間權值,所述隱含層每個節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始區(qū)間權值為在 [_1,1]之間的設定范圍,并設定權值更新效率;
[0014] 步驟4. 3、對歸一化處理后的區(qū)間光電信號進行聚類,設定聚類中心個數(shù)為隱含層 節(jié)點數(shù),確定隱含層每個節(jié)點所有高斯函數(shù)的中心,并根據(jù)每個節(jié)點中各高斯函數(shù)中心之 間的距離獲得每個節(jié)點所有高斯函數(shù)的寬度;
[0015] 步驟4. 4、根據(jù)獲得的隱含層每個節(jié)點所有高斯函數(shù)的中心、隱含層每個節(jié)點所有 高斯函數(shù)的寬度和歸一化處理后的區(qū)間光電信號,確定隱含層每個節(jié)點的輸出點值;
[0016] 步驟4. 5、根據(jù)隱含層每個節(jié)點的輸出點值和每個節(jié)點到輸出層節(jié)點的區(qū)間權值, 確定輸出層節(jié)點所輸出的區(qū)間PM2. 5濃度;
[0017] 步驟4. 6、將獲得的所有歸一化處理后區(qū)間光電信號對應的區(qū)間PM2. 5濃度,與對 應的歸一化處理后區(qū)間實際PM2. 5濃度進行比較,計算獲得PM2. 5濃度的總誤差值;
[0018] 步驟4. 7、設置PM2. 5濃度的總誤差閾值,判斷獲得的PM2. 5濃度總誤差值是否大 于所設置PM2. 5濃度的總誤差閾值,若是,則根據(jù)PM2. 5濃度的總誤差值和隱含層每個節(jié)點 的輸出點值,調(diào)整隱含層每個節(jié)點到輸出層節(jié)點的區(qū)間權值,并返回執(zhí)行步驟4. 5,否則,完 成區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練;
[0019] 步驟5、在目標環(huán)境下,將空氣通過激光空氣檢測儀轉(zhuǎn)化成光電信號,設定采集間 隔時間和采集次數(shù),根據(jù)設定的采集間隔時間和采集次數(shù)采集光電信號;
[0020] 步驟6、根據(jù)在目標環(huán)境下采集光電信號的誤差允許范圍,將在目標環(huán)境下采集的 光電信號擴展成區(qū)間光電信號;
[0021] 步驟7、將在目標環(huán)境下的區(qū)間光電信號進行歸一化處理;
[0022] 步驟8、將在目標環(huán)境下歸一化處理后的區(qū)間光電信號作為訓練完成的區(qū)間徑向 基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入值,獲得最終區(qū)間PM2. 5濃度。
[0023] 步驟4所述的區(qū)間PM2. 5濃度為在光電信號有誤差時,PM2. 5濃度的浮動范圍。
[0024] 步驟4. 2所述的權值更新效率,取值范圍為[0,1]。
[0025] 步驟4. 3所述的確定隱含層每個節(jié)點所有高斯函數(shù)的中心,并根據(jù)每個節(jié)點中各 高斯函數(shù)中心之間的距離獲得每個節(jié)點所有高斯函數(shù)的寬度,采用區(qū)間聚類算法獲得,所 述的區(qū)間聚類算法為K-means算法。
[0026] 步驟4. 5所述的根據(jù)隱含層每個節(jié)點的輸出點值和該節(jié)點到輸出層節(jié)點的區(qū)間 權值,確定輸出層節(jié)點所輸出的區(qū)間檢測PM2. 5濃度,公式如下:
【主權項】
1. 一種基于區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的PM2. 5濃度檢測方法,其特征在于:包括以下 步驟: 步驟1、將空氣通過激光空氣檢測儀轉(zhuǎn)化成光電信號,設定采集間隔時間和采集次數(shù), 根據(jù)設定的采集間隔時間和采集次數(shù)采集多組光電信號及對應的實際PM2. 5濃度,作為訓 練區(qū)間徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練數(shù)據(jù); 步驟2、根據(jù)采集光電信號的誤差允許范圍,
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