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雨衰时间序列的混沌识别与预测

电子学报 2023年第2期51卷 365-371页

作者：张轶翟盛华陶海红中国空间技术研究院西安分院陕西西安710100 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室陕西西安710071

针对传统模型在高频段雨衰预测时存在参数计算复杂、实时性差的问题,设计了一种新的非线性动态预测模型.通过混沌识别证明了雨衰时序具备混沌的动力学特性及采用混沌预测方法的可行性.该方法以雨衰前导数据为训练样本建立非线性自适应... 详细信息

针对传统模型在高频段雨衰预测时存在参数计算复杂、实时性差的问题,设计了一种新的非线性动态预测模型.通过混沌识别证明了雨衰时序具备混沌的动力学特性及采用混沌预测方法的可行性.该方法以雨衰前导数据为训练样本建立非线性自适应滤波器,可忽略不同地理区域降雨分布差异性的影响.仿真结果表明,嵌入维数是影响预测精度的最主要因素,在满足嵌入维数为8、重构时延为3 s、采样间隔为1 s条件时预测相对误差可达0.05以下.同时预测的雨衰时间概率分布与ITU-R模型相比有较好的一致性,验证了所提方法具备参数配置简单、可用度高的优点.

关键词：降雨衰减混沌识别混沌预测时间序列随机微分方程

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基于极限学习机的终端区交通流混沌识别研究

基于极限学习机的终端区交通流混沌识别研究

作者：刘馥嘉中国民航大学

学位级别：硕士

随着我国空中交通运输需求的持续增长,航班延误问题频发,空中交通拥堵现象日益严重,尤其是在终端管制区。混沌现象普遍存在于交通系统等非线性系统中,为保障空中交通流的持续有序、航班正常运行,需要通过交通控制和交通诱导等指挥手段... 详细信息

随着我国空中交通运输需求的持续增长,航班延误问题频发,空中交通拥堵现象日益严重,尤其是在终端管制区。混沌现象普遍存在于交通系统等非线性系统中,为保障空中交通流的持续有序、航班正常运行,需要通过交通控制和交通诱导等指挥手段尽量避免交通流出现混沌无序的状态,而快速准确地识别交通流状态是空中交通管理的前提。因而迫切需要在空中交通流混沌识别方面的研究。本文首先研究了终端区的相关概念,在明确了终端区范围和终端区内航空器运行特点的基础上,分析了终端区空中交通流特性,并依托ADS-B航空器信息,进行数据的采集与处理,将所获得的交通流数据,依据不同的时间尺度,提取终端区进场交通流的时间序列。然后对比了三种常规混沌识别方法,并对其应用于终端区空中交通流时的识别效果进行对比,研究发现功率谱和李雅普诺夫指数法识别效果优于主分量分析法,依据空中交通流样本量少,常规识别准确性低的特点,建立了基于功率谱和李雅普诺夫指数组合特征的终端区交通流混沌常规识别模型,并对不同流量下的混沌特性进行了分析比较发现:相同环境下,流量越大,时间尺度越大,空中交通流混沌特性越强。其次针对空中交通流样本量少,状态识别实时性要求强的问题,改进常规识别方法,利用模式识别构建了终端区交通流混沌的智能识别模型。通过30次的实例验证结果分析发现:在此模型中极限学习机的识别效果整体优于支持向量机,且当激活函数为Sine函数,时间尺度为10min时,平均准确率最高为62.38%,但其模型稳定性整体较差。最后提出了基于改进麻雀搜索算法优化极限学习机的交通流混沌识别模型,来提升模型稳定性,提高模型识别准确度。实例验证改进后的模型比原模型更稳定,且以2min、5min、10min、15min和20min为时间间隔时,改进算法的平均准确率相对于原始极限学习机终端区混沌识别模型分别提高了28.33%,20.75%,18.22%和20.72%;当时间尺度为20min时,平均准确率最高达到83.57%,极大地提高了混沌识别的准确性。本文将混沌理论引入到空中交通流中,丰富了空中交通流理论研究,智能混沌识别模型的建立和改进为未来对空中交通流状态实时监控的进一步研究探索奠定理论基础。

关键词：终端区交通流混沌识别极限学习机麻雀搜索算法

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参考作物腾发量的混沌性识别及预测

水利学报 2008年第9期39卷 1030-1036页

作者：王卫光彭世彰罗玉峰河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098

本文应用饱和关联维数法对海河流域张北站从1966～2005年50年的参考作物腾发量序列进行混沌性识别，结果表明该序列存在一定的混沌特性。同时，运用自相关函数法和饱和关联维数法确定了该序列重构相空间的嵌入维数和延迟时间，并在此基... 详细信息

本文应用饱和关联维数法对海河流域张北站从1966～2005年50年的参考作物腾发量序列进行混沌性识别，结果表明该序列存在一定的混沌特性。同时，运用自相关函数法和饱和关联维数法确定了该序列重构相空间的嵌入维数和延迟时间，并在此基础上进行了相空间的重构。建立了混沌局域法预测模型对相空间的演化进行了计算，实现了参考作物腾发量的预测，并与时间序列自回归（AR）模型和基于气象资料的BP神经网络模型预测结果进行了比较。结果表明，预测效果比BP网络模型稍差，但明显优于AR模型。这为解决缺乏气象资料地区参考作物腾发量预测问题提供了新的思路。

关键词：混沌识别相空间重构参考作物腾发量混沌预测

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自由浮动冗余度空间机器人的混沌识别与控制

宇航学报 2009年第4期30卷 1531-1536页

作者：王香岭王从庆南京航空航天大学自动化学院南京210016

建立空间冗余度机器人基于关节空间的PD控制下系统运动学方程,推导了系统的广义雅克比矩阵,指出空间机器人和地面机器人在运动学上的不同。以空间三自由度机器人为例,应用混沌数值分析方法中的相图法,Poincare截面法和最大Lyapunov指数... 详细信息

建立空间冗余度机器人基于关节空间的PD控制下系统运动学方程,推导了系统的广义雅克比矩阵,指出空间机器人和地面机器人在运动学上的不同。以空间三自由度机器人为例,应用混沌数值分析方法中的相图法,Poincare截面法和最大Lyapunov指数法对上述模型进行了计算机仿真。研究发现,不同的PD控制参数和末端执行器期望轨线,均能导致系统的混沌运动。对以上混沌系统设计状态延迟反馈控制器,仿真研究表明,在适当参数下系统由复杂的混沌运动转变为规则的周期运动。该研究为解决空间冗余度机器人关节"漂移"问题提供了新方法。

关键词：空间机器人冗余度混沌识别混沌控制

0-1测试方法在降水混沌识别和分区研究中的应用

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东北大学学报（自然科学版） 2014年第12期35卷 1792-1795,1800页

作者：危润初肖长来张余庆梁秀娟吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室吉林长春130021 南京信息工程大学遥感学院江苏南京210044

0-1测试方法是一种新的可直接作用于时间序列的二元混沌识别方法,通过对Chebyshev映射进行混沌检验,验证了其有效性.运用该方法对东北地区106个气象站1958-2011年逐月降水序列进行混沌识别,结果表明,东北地区逐月降水序列均表现出混沌特... 详细信息

0-1测试方法是一种新的可直接作用于时间序列的二元混沌识别方法,通过对Chebyshev映射进行混沌检验,验证了其有效性.运用该方法对东北地区106个气象站1958-2011年逐月降水序列进行混沌识别,结果表明,东北地区逐月降水序列均表现出混沌特性.同时,均方位移随时间的渐进增长率K的空间插值结果具有明显的分区特征,即东部为高值区,北部和西部为次高区,中南部为低值区,其中内蒙古东北部和黑龙江西北部存在局部的K低值区,混沌分区特征与东北地区降水地域分布特征和变化类型吻合较好.研究表明,0-1测试方法具有反映数据序列的混沌程度的特性.

关键词： 0-1测试混沌识别降水序列分区东北地区

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邻近点快速搜索方法在混沌识别中的应用

华中科技大学学报（自然科学版） 2012年第11期40卷 89-92页

作者：刘树勇杨庆超位秀雷吴海平海军工程大学船舶与动力学院湖北武汉430033

针对混沌振动特征指数计算过程中,相空间轨道上邻近点方法计算量大、搜索效率低等问题,提出了一种改进邻近点快速搜索方法.首先应用kd树法分割样本空间并搜索重构吸引子上的邻域;然后根据吸引子的几何结构信息研究邻域的分布特点,剔除... 详细信息

针对混沌振动特征指数计算过程中,相空间轨道上邻近点方法计算量大、搜索效率低等问题,提出了一种改进邻近点快速搜索方法.首先应用kd树法分割样本空间并搜索重构吸引子上的邻域;然后根据吸引子的几何结构信息研究邻域的分布特点,剔除同一轨线上的邻点,得到能够真实反映轨道演化的有效点对.仿真结果表明改进的邻近点搜索方法能够有效地实现混沌吸引子上参考点邻域的搜索.

关键词：混沌识别邻近点快速搜索相空间重构混沌吸引子相轨线

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基于小波消噪的水文系统混沌特性识别

系统工程理论与实践 2008年第2期28卷 170-175页

作者：王秀杰练继建费守明天津大学建工学院天津300072 天津市水利基建管理处天津300204

针对噪声对水文动力系统混沌识别影响,运用小波消噪方法研究含有观测噪声的水文时间序列的关联维数.计算结果表明,消噪后水文时间序列的饱和关联维数比消噪前有明显降低,证明了小波消噪的有效性,为混沌水文系统中噪声的去除提供了一种... 详细信息

针对噪声对水文动力系统混沌识别影响,运用小波消噪方法研究含有观测噪声的水文时间序列的关联维数.计算结果表明,消噪后水文时间序列的饱和关联维数比消噪前有明显降低,证明了小波消噪的有效性,为混沌水文系统中噪声的去除提供了一种新的途径.

关键词：水文系统噪声混沌识别小波消噪饱和关联维数

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基坑变形混沌特征识别与非线性预测模型研究

地理空间信息 2023年第4期21卷 78-81页

作者：苗长伟中核勘察设计研究有限公司河南郑州450000

混沌理论特征识别是进行混沌时间序列分析和预测的前提。普通的线性数学算法已经无解决基坑变形所遇到的问题,为了研究基坑变形监测数据的非线性复杂问题,采用混沌非线性理论方法,首先求取基坑变形时间序列的延迟时间和嵌入维数,其次对... 详细信息

混沌理论特征识别是进行混沌时间序列分析和预测的前提。普通的线性数学算法已经无解决基坑变形所遇到的问题,为了研究基坑变形监测数据的非线性复杂问题,采用混沌非线性理论方法,首先求取基坑变形时间序列的延迟时间和嵌入维数,其次对基坑监测数据进行相空间重构,最后对比分析加权一阶局域预测模型以及RBF神经网络混沌预测模型的预测结果,实验表明RBF神经网络混沌预测模型预测精度最高,同时也说明了混沌预测模型更适合短期预测。最终证明了RBF神经网络混沌预测模型应用在基坑变形监测中的可行性与有效性。

关键词：相空间重构混沌识别混沌时间序列加权一阶局域预测 RBF神经网络混沌预测

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移动机器人导航中的混沌识别

沈阳工业大学学报 2009年第4期31卷 436-440页

作者：石鸿雁刘万里陈忠菊沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110178 辽宁公安司法管理干部学院沈阳110161

针对在移动机器人中导航数据信息的混沌现象将会影响导航质量且威胁机器人安全的问题,采用改进的C-C法对移动机器人导航数据信息的时间序列进行相空间重构,用拓展小数据量法计算系统的最大Lyapunov指数以识别混沌.介绍了改进C-C法和拓... 详细信息

针对在移动机器人中导航数据信息的混沌现象将会影响导航质量且威胁机器人安全的问题,采用改进的C-C法对移动机器人导航数据信息的时间序列进行相空间重构,用拓展小数据量法计算系统的最大Lyapunov指数以识别混沌.介绍了改进C-C法和拓展小数据量法的改进算法,通过典型的Lorenz混沌系统,验证了这一方法的可行性和有效性.对实测的移动机器人导航数据信息进行混沌识别并与传统方法进行比较,结果表明:由改进C-C法重构的相空间更能呈现原系统的特性;由拓展小数据量法计算的最大Lyapunov指数比较稳定,更接近真实值.

关键词：移动机器人导航混沌识别相空间重构嵌入维数延迟时间 Lyapunov指数小数据量法