1.一种机车能耗智能预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)采集机车行驶及车况数据、机车车外环境数据;所述机车行驶及车况数据包括历史驾驶数据与机车运行监控日志、机车在行驶过程中的指定时间间隔内的稳定的行驶速度能耗值、行驶速度、机车行驶档位、道路坡度损耗功率;所述机车车外环境数据包括指定时间间隔内的降雨阻力、道路积水阻力,风阻能耗,积雪能耗,温度能耗,指定区域能耗;
2)将所述机车行驶及车况数据作为RBF神经网络的输入,训练所述RBF神经网络,获得机车车辆行驶能耗控制智能预测模型;将所述机车车外环境数据作为GRU深度神经网络的输入,训练所述GRU深度神经网络,获得智能机车环境能耗预测模型;
3)融合所述机车车辆行驶能耗控制智能预测模型、机车环境能耗智能预测模型,得到能耗预测模型;
4)将实时采集的机车行驶及车况数据、机车车外环境数据输入所述能耗预测模型,智能预测机车能耗;
利用狼群‑模拟退火算法寻找所述RBF神经网络的最佳权值和阈值的具体实现过程包括:
A1、设定第一适应度函数,并确定初始最优头狼位置和迭代次数t;初始化模拟退火算法循环迭代次数t2;依次将个体狼位置对应的参数值输入RBF神经网络,RBF神经网络对应所述参数值的输出作为初始值,利用个体狼位置确定智能机车耗能参数的权重计算结果,将计算结果和实际能耗值的均方差MSE的倒数作为第二适应度函数;利用第二适应度函数计算每个个体狼位置的适应度,以最大适应度对应的个体狼位置作为初始最优头狼位置;
A2、以个体狼的第二适应度函数相对初始值更新狼群位置参数,获得更新后的最优头狼位置;
A3、判断是否到达优化精度要求或达到最大迭代次数,若否,则令t的值加1,转至步骤A4;若是,转至步骤A7;
A4、对本次迭代中的最优头狼个体进行模拟退火操作,在得到的最优头狼位置bi邻域内随机选择新的位置bj,并计算bi与bj的适应度之差Δf=f(bi)‑f(bj),计算选择概率P=exp(‑Δf/Ti),Ti为当前温度;如果P>random[0,1),则将当前头狼位置由bi替换为bj,进入步骤A5;否则,重复步骤A4;
A5、t2的值加1,返回步骤A4;
A6、若t2<Lmax,转至步骤A5;否则,转至步骤A7;其中,Lmax为最大退火迭代次数;
A7、当达到最大搜索精度或最大迭代次数时,输出最新的头狼位置向量,将该最新的头狼位置向量作为所述RBF神经网络的最佳权值和阈值;
若未达到最大搜索精度或最大迭代次数,则将t的值加1,返回步骤A3;
利用蝙蝠算法寻找所述GRU深度神经网络的最佳权值和阈值的具体实现过程包括:
B1、初始化蝙蝠的频率、速度和位置,在[fmin,fmax]区间内随机生成个体蝙蝠发出的频率,在搜索空间中[vmin,vmax]和[Xmin,Xmax]区间内随机初始化蝙蝠的速度和位置;初始化蝙蝠i的脉冲速率和响度;
B2、利用下式更新蝙蝠i的速度vid(t)和位置xid(t):
其中,vid(t)、vid(t+1)分别为第t、t+1代蝙蝠i的第d维速度;xid(t)、xid(t+1)分别为第t、t+1代蝙蝠i的第d维位置;w为惯性权重;θ,β分别为前期搜索、后期搜索的切换系数,cj是常数,k是0到1之间的随机数,nid(t)为当前蝙蝠i第d维的中值导向加速度,aid(t)为当前蝙蝠i第d维的动力加速度,pjd(t)为第t代蝙蝠j的个体最优蝙蝠第d维位置;
B3、设第t次迭代蝙蝠i的脉冲速率为ri(t),rand是在(0,1)区间内的随机数,如果有rand>ri(t),从当前个体蝙蝠位置xid(t)中任选一个位置X1进行局部搜索,获得新解X2=X1+ρAi(t),ρ为[‑1,1]区间的随机系数,Ai(t)为蝙蝠i在第t次迭代中的平均响度;
B4、根据所述新解计算目标函数的适应值,如果满足条件rand<Ai(t),则以B3中新解X2更新蝙蝠i的个体最优蝙蝠位置pi;
B5、判断是否达到最大迭代次数或者达到最大搜索精度,若否,迭代次数加1,并利用下式更新脉冲速率ri(t)和响度Ai(t):Ai(t+1)=σAi(t),ri(t+1)=ri(t)[1‑exp(‑h(t+1))],转到步骤B4;若是,则输出个体最优蝙蝠位置,该个体最优蝙蝠位置即为GRU深度神经网络的最佳权值和阈值;其中,Ai(t+1)为蝙蝠i在第t+1次迭代中的响度;ri(t+1)为蝙蝠i在第t+
1次迭代的脉冲速率;σ为响度衰弱因子,且σ为[0,1]区间的常量;h为脉冲频度增加系数,且h为大于0的常量。
2.根据权利要求1所述的机车能耗智能预测方法,其特征在于,步骤2)中,所述机车车辆行驶能耗控制智能预测模型的具体训练过程包括:以所述历史驾驶数据与机车运行监控日志、机车在行驶过程中的指定时间间隔内的稳定的行驶速度能耗值、行驶速度、机车行驶档位、道路坡度损耗功率为RBF神经网络的输入,间隔时间T后的机车车辆行驶能耗为RBF神经网络的输出,利用狼群‑模拟退火算法寻找所述RBF神经网络的最佳权值和阈值,该最佳权值和阈值对应的RBF神经网络即为机车车辆行驶能耗控制智能预测模型。
3.根据权利要求1所述的机车能耗智能预测方法,其特征在于,步骤2)中,所述机车环境能耗预测模型的获取过程包括:以所述降雨阻力、道路积水阻力,风阻能耗,积雪能耗,温度能耗,指定区域能耗为GRU深度神经网络的输入,间隔时间T后的机车环境能耗为GRU深度神经网络的输出,利用蝙蝠算法寻找所述GRU深度神经网络的最佳权值和阈值,该最佳权值和阈值对应的GRU深度神经网络即为机车环境能耗智能预测模型。
4.根据权利要求1~3之一所述的机车能耗智能预测方法,其特征在于,所述能耗预测模型 表达式为:其中, 为机车车辆行驶能耗控制智能预测模型输出的预测结果; 为机车环境能耗智能预测模型输出的预测结果;w1、w2为权重系数,w1、w2通过蚁群-帝国竞争算法确定。
5.一种的机车能耗智能预测系统,其特征在于,包括计算机设备;所述计算机设备被配置或编程为用于执行权利要求1~4之一所述方法的步骤。