CN110118986B - 定位方法、控制方法、计算机设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

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CN110118986B CN201910311886.4A CN201910311886A CN110118986B CN 110118986 B CN110118986 B CN 110118986B CN 201910311886 A CN201910311886 A CN 201910311886A CN 110118986 B CN110118986 B CN 110118986B
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Abstract

本申请涉及定位方法、控制方法、计算机设备及计算机可读存储介质,其中,沟道巡检装置定位方法包括以下步骤:采用回声状态网络处理通过卫星定位系统及到达时间差得到的沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合,得到沟道巡检装置的定位结果。上述沟道巡检装置定位方法针对传统定位技术在恶劣环境下精度与稳定性上存在的不足,将回声状态网络应用于定位信号的噪声调制以及数据预测当中,利用回声状态网络结合卫星定位信号和TDOA信号,灵活有效地处理信号中的噪声干扰,解决信号飘忽产生的噪声影响,同时对信号进行重构及预测,得到精确位置,从而能够在环境恶劣、定位信号衰减干扰严重的条件下,仍然可以做到精确定位且达到分米级的定位效果。

Description

定位方法、控制方法、计算机设备及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及沟道巡检装置定位领域,特别是涉及基于回声状态网络(Echo StateNetwork)的沟道巡检装置定位方法、沟道巡检装置控制方法、计算机设备及计算机可读存储介质。
背景技术
发明人宋秀苗在2013年12月26日提出了《一种基于A-GPS和TDOA(TimeDifference of Arrival,到达时间差)技术的混合定位方法》的专利申请且于2014年10月16日公开,该专利申请的公开号为CN103728646A,具体地,其提供一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法,包括以下步骤:初始化设备;选择定位方式:A-GPS定位方式或TDOA定位方式;获得定位物体的经纬度坐标;进行地图匹配;输出定位结果。该一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法和现有技术相比,充分利用了TDOA定位方法覆盖范围广,测量时间短的优点,又利用了A-GPS测量精度高的优点,通过两种定位方法的优势互补实现在各种复杂环境下的精确定位需求。但是,该混合定位方法只是简单地使用两种定位方式分别进行定位,仅仅是切换定位结果,没有有效地将两种定位方式结合起来。
此外,目前同类技术对于GPS和TDOA的结合只是停留在对于两种信号的直接运用,没有进一步分析信号的质量以及混合方法。
因此,传统混合定位方法所采用的结合GPS和TDOA的混合定位技术,主要问题在于对于两种信号的噪声干扰考虑的不够全面,以及两种信号结合后的调制方法不同,定位精度不够理想,通常为10米至15米左右的量级,在额外调控下能够到2米至5米左右的量级,从而影响后续控制。
发明内容
基于此,有必要提供一种定位方法、控制方法、计算机设备及计算机可读存储介质。
一种基于回声状态网络的沟道巡检装置定位方法,其包括以下步骤:采用回声状态网络处理通过卫星定位系统及到达时间差得到的沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合,得到沟道巡检装置的定位结果。
上述沟道巡检装置定位方法针对传统定位技术在恶劣环境下精度与稳定性上存在的不足,将回声状态网络应用于定位信号的噪声调制以及数据预测当中,利用回声状态网络结合卫星定位信号和TDOA信号,灵活有效地处理信号中的噪声干扰,解决信号飘忽产生的噪声影响,同时对信号进行重构及预测,得到精确位置,从而有利于在环境恶劣、定位信号衰减干扰严重的条件下,仍然可以做到精确定位且达到分米级的定位效果。
在其中一个实施例中,所述沟道巡检装置定位方法具体包括以下步骤:
通过卫星定位系统得到沟道巡检装置的位置坐标在一定时间内的坐标集合;
通过到达时间差得到沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合;
将上述两个坐标集合结合,得到含噪序列;
处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,确定训练回声状态网络的长度;
根据预测时域,确定输入输出对;
将所述输入输出对代入回声状态网络,得到定位结果。
在其中一个实施例中,将所述输入输出对代入回声状态网络之前,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:初始化回声状态网络。
在其中一个实施例中,初始化回声状态网络时,根据两个坐标集合结合的位置坐标总数量设置神经元个数。
在其中一个实施例中,处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,包括:采用迭代方式处理所述含噪序列至噪声不再发生变化。
在其中一个实施例中,将所述输入输出对代入回声状态网络,得到定位结果,包括:获取给定任务原点前的预设长度的一段信息,利用此段信息的重构延迟坐标向量并输入到回声状态网络中,当网络运行经过给定任务原点,得到定位结果。
在其中一个实施例中,所述沟道巡检装置定位方法具体包括以下步骤:
S1,通过GPS定位系统得到沟道巡检装置的位置坐标(x,y,z),坐标参考系为GPS系统采用的84坐标系,取一定时间内的坐标集合Co(i),Co(i)={co(1),co(2),...,co(i)},其中co(i)为一定时间内第i个GPS坐标;
S2,通过到达时间差得到沟道巡检装置的位置坐标(x,y,z)组成的坐标集合To(j),To(j)={to(1),to(2),...,to(j)},其中to(j)为一定时间内第i个到达时间差获得的坐标;
S3,将两个坐标集合结合,得到含噪序列{x(t)},其中{x(t)}=Co(i)+To(j);
S4,设{m,τ}为含噪序列{x(t)},t=1,2,3,…N的嵌入维数和时间延迟,则其延迟坐标向量为X(t)={x(t),x(t-τ),…,x[t-(m-1)τ]}T,相点在相空间X中的邻域为:Ui={xj:||xj-xi||<r},其中r为邻域的半径;
S5,计算各个邻域内所有邻域点的均值
Figure BDA0002031774820000031
S6,定义
Figure BDA0002031774820000041
并计算协方差矩阵Ci=∑zjzj T的特征值λq及所对应的特征向量aq,其中q=1,…,Q;其中Q为Ci的特征值个数;R为对角加权矩阵,满足
Figure BDA0002031774820000042
其中i=1,m;j=2,3...m-1;Rjj≠0;
S7,将相点投影到由上述Q个特征向量张成的空间中,得到噪声分量θ,其中,
Figure BDA0002031774820000043
且确定yi一次迭代后的修正值
Figure BDA0002031774820000044
S8,还原去噪后相空间中的序列为一维的时间序列,继续执行步骤S4至噪声不再发生变化;
S9,得到嵌入维和时间延迟为{m',τ'},时间序列的重构延迟坐标向量为X'(t),确定训练回声状态网络的长度Tn,根据预测时域h,确定输入输出对{X′(t),x(t+h)},t=1,2,3…,Tn
S10,初始化回声状态网络且设置其相关参数为:输入神经元个数K=i+j,储备池规模N=100,构建大小为N×N的储备池连接矩阵W及输入连接矩阵Win,将所述输入输出对{X'(t),x(t+h)},t=1,2,3…,Tn代入回声状态网络,得到定位结果。
在其中一个实施例中,所述卫星定位系统包括全球定位系统及北斗卫星定位系统。
在其中一个实施例中,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:初始化回声状态网络。
在其中一个实施例中,得到定位结果之后,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:根据所述定位结果修正所述沟道巡检装置的位置。
在其中一个实施例中,得到定位结果之后,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:调整所述沟道巡检装置相对于所述定位结果的位置。
一种基于回声状态网络的沟道巡检装置控制方法,其包括任一项所述沟道巡检装置定位方法,且在得到定位结果之后,还包括步骤:根据所述定位结果控制所述沟道巡检装置。
在其中一个实施例中,控制所述沟道巡检装置,包括控制所述沟道巡检装置的移动、操作及/或数据传输。
一种计算机设备,包括存储器及处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器在执行所述计算机程序时实现任一项所述沟道巡检装置定位方法的各步骤。
在其中一个实施例中,所述处理器在执行所述计算机程序时实现任一项所述沟道巡检装置控制方法的各步骤。
一种计算机可读存储介质,其中存储有计算机程序,所述计算机程序在被执行时实现任一项所述沟道巡检装置定位方法的各步骤。
在其中一个实施例中,所述计算机程序在被执行时实现任一项所述沟道巡检装置控制方法的各步骤。
附图说明
图1为本申请沟道巡检装置定位方法一实施例的流程示意图。
图2为本申请沟道巡检装置控制方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进,因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请通过得到沟道巡检装置的TDOA信号和卫星定位信号如GPS信号,利用回声状态网络计算出精确位置,进行精确定位,本申请的一个实施例是,一种基于回声状态网络的沟道巡检装置定位方法,其包括以下步骤:采用回声状态网络处理通过卫星定位系统及到达时间差得到的沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合,得到沟道巡检装置的定位结果。上述沟道巡检装置定位方法针对传统定位技术在恶劣环境下精度与稳定性上存在的不足,将回声状态网络应用于定位信号的噪声调制以及数据预测当中,利用回声状态网络结合卫星定位信号和TDOA信号,灵活有效地处理信号中的噪声干扰,解决信号飘忽产生的噪声影响,同时对信号进行重构及预测,得到精确位置,从而有利于在环境恶劣、定位信号衰减干扰严重的条件下,仍然可以做到精确定位且达到分米级的定位效果。
本申请的一个实施例是,一种基于回声状态网络的沟道巡检装置定位方法,其包括以下实施例的部分步骤或全部步骤;即,所述沟道巡检装置定位方法包括以下的部分技术特征或全部技术特征。在其中一个实施例中,如图1所示,所述沟道巡检装置定位方法具体包括以下步骤:通过卫星定位系统得到沟道巡检装置的位置坐标在一定时间内的坐标集合;通过到达时间差得到沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合;将上述两个坐标集合结合,得到含噪序列;处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,确定训练回声状态网络的长度;根据预测时域,确定输入输出对;将所述输入输出对代入回声状态网络,得到定位结果。这样的设计,针对传统定位技术在恶劣环境下精度与稳定性上存在的不足,将回声状态网络应用于定位信号的噪声调制以及数据预测当中,利用沟道巡检装置的卫星定位信号和TDOA信号,通过回声状态网络计算出精确位置,进行精确定位。
在其中一个实施例中,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:初始化回声状态网络。在其中一个实施例中,一种基于回声状态网络的沟道巡检装置定位方法,其包括以下步骤:初始化回声状态网络,采用回声状态网络处理通过卫星定位系统及到达时间差得到的沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合,得到沟道巡检装置的定位结果,其余实施例以此类推。进一步地,在其中一个实施例中,初始化回声状态网络时或者初始化回声状态网络之后,还根据所确定的训练回声状态网络的长度,对所述回声状态网络进行训练。在其中一个实施例中,通过训练回声状态网络的长度,不断调整参数来训练所述回声状态网络。
在其中一个实施例中,通过卫星定位系统得到沟道巡检装置的位置坐标在一定时间内的坐标集合;该坐标集合可称为第一坐标集合。在其中一个实施例中,所述卫星定位系统包括全球定位系统(GPS,Global Positioning System)及北斗卫星定位系统(BDS,BeiDou Navigation Satellite System);在其中一个实施例中,所述卫星定位系统包括全球定位系统及北斗卫星定位系统;及所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:初始化回声状态网络。卫星定位系统越空旷的地方定位越精准,但不能100%定位,室内定位尤其是沟道中定位更加不精准,因此需要配合TDOA信号共同使用,但是传统方式仅仅是直接运用两种信号,缺乏深入分析及结合,亦缺乏噪声干扰的有效处理,导致定位不准确。在其中一个实施例中,通过到达时间差得到沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合;该坐标集合可称为第二坐标集合。在其中一个实施例中,将上述两个坐标集合结合,得到含噪序列;上述两个坐标集合都是含有噪声干扰的多个位置坐标的集合,所以需要降噪使用。
在其中一个实施例中,处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,确定训练回声状态网络的长度;进一步地,在其中一个实施例中,确定训练回声状态网络的长度之后,对回声状态网络进行训练。在其中一个实施例中,处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,包括:采用迭代方式处理所述含噪序列至噪声不再发生变化。进一步地,在其中一个实施例中,处理所述含噪序列,包括以下步骤:根据所述含噪序列的嵌入维数和时间延迟,确定其延迟坐标向量;并根据相点在相空间的邻域及其半径,计算各个邻域内所有邻域点的均值;根据所述均值计算对角阵加权矩及其协方差矩阵的特征值与所对应的特征向量;将相点投影到由各所述特征向量张成的空间中,得到噪声分量,且由所述噪声分量确定所述均值的修正值。进一步地,在其中一个实施例中,处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,包括以下步骤:采用修正值继续处理所述含噪序列至噪声不再发生变化。在其中一个实施例中,采用修正值继续处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,包括以下步骤:采用修正值继续根据所述含噪序列的嵌入维数和时间延迟,确定其延迟坐标向量,且根据上面的步骤进一步得到所述均值的修正值,即实现迭代方式的计算,直至所述噪声分量小于预设值。这样的设计,通过计算处理,有效地降低了含噪序列的噪声,从而有利于提升后续步骤的定位精度,较传统方式可提升10倍以上的精确度。
在其中一个实施例中,根据预测时域,确定输入输出对;进一步地,在其中一个实施例中,根据计划定位时间及/或计划定位的目标区域,确定所述预测时域。在其中一个实施例中,根据预测时域及回声状态网络的长度,确定输入输出对。
在其中一个实施例中,将所述输入输出对代入回声状态网络,得到定位结果。在其中一个实施例中,将所述输入输出对代入回声状态网络之前,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:初始化回声状态网络。在其中一个实施例中,初始化回声状态网络时,根据两个坐标集合结合的位置坐标总数量设置神经元个数。在其中一个实施例中,将所述输入输出对代入回声状态网络,得到定位结果,包括:获取给定任务原点前的预设长度的一段信息,利用此段信息的重构延迟坐标向量并输入到回声状态网络中,当网络运行经过给定任务原点,得到定位结果。
在其中一个实施例中,得到定位结果之后,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:根据所述定位结果修正所述沟道巡检装置的位置或调整所述沟道巡检装置相对于所述定位结果的位置。这样,可以根据准确的定位结果,修正所述沟道巡检装置的位置,或者调整相对位置。
在其中一个实施例中,所述沟道巡检装置定位方法具体包括以下步骤:
S1,通过GPS定位系统得到沟道巡检装置的位置坐标(x,y,z),坐标参考系为GPS系统采用的84坐标系,取一定时间内的坐标集合Co(i),Co(i)={co(1),co(2),...,co(i)},其中co(i)为一定时间内第i个GPS坐标;
S2,通过到达时间差得到沟道巡检装置的位置坐标(x,y,z)组成的坐标集合To(j),To(j)={to(1),to(2),...,to(j)},其中to(j)为一定时间内第i个到达时间差获得的坐标;
S3,将两个坐标集合结合,得到含噪序列{x(t)},其中{x(t)}=Co(i)+To(j);
S4,设{m,τ}为含噪序列{x(t)},t=1,2,3,…N的嵌入维数和时间延迟,则其延迟坐标向量为X(t)={x(t),x(t-τ),…,x[t-(m-1)τ]}T,相点在相空间X中的邻域为:Ui={xj:||xj-xi||<r},其中r为邻域的半径;
S5,计算各个邻域内所有邻域点的均值
Figure BDA0002031774820000101
S6,定义
Figure BDA0002031774820000102
并计算协方差矩阵Ci=∑zjzj T的特征值λq及所对应的特征向量aq,其中q=1,…,Q;其中Q为Ci的特征值个数;R为对角加权矩阵,满足
Figure BDA0002031774820000103
其中i=1,m;j=2,3...m-1;Rjj≠0;
S7,将相点投影到由上述Q个特征向量张成的空间中,得到噪声分量θ,其中,
Figure BDA0002031774820000104
且确定yi一次迭代后的修正值
Figure BDA0002031774820000105
S8,还原去噪后相空间中的序列为一维的时间序列,继续执行步骤S4至噪声不再发生变化;
S9,得到嵌入维和时间延迟为{m',τ'},时间序列的重构延迟坐标向量为X'(t),确定训练回声状态网络的长度Tn,根据预测时域h,确定输入输出对{X′(t),x(t+h)},t=1,2,3…,Tn
S10,初始化回声状态网络且设置其相关参数为:输入神经元个数K=i+j,储备池规模N=100,构建大小为N×N的储备池连接矩阵W及输入连接矩阵Win,将所述输入输出对{X'(t),x(t+h)},t=1,2,3…,Tn代入回声状态网络,得到定位结果,该定位结果在多次测试中,定位精度为1.8分米至4.3分米的范围内,远优于传统定位技术。
在其中一个实施例中,得到定位结果之后,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤S11,根据所述定位结果修正所述沟道巡检装置的位置或调整所述沟道巡检装置相对于所述定位结果的位置。
下面再给出一个具体应用的沟道巡检装置定位方法,其具有如下步骤。
步骤1:通过GPS定位系统得到沟道巡检装置的位置坐标(x,y,z),坐标参考系为GPS系统采用的84坐标系;由于GPS数据噪声较大,所以取一定时间内的坐标集合Co(i),Co(i)={co(1),co(2),...,co(i)},其中co(i)为一定时间内第i个GPS坐标;同样,通过到达时间差(TDOA)得到沟道巡检装置的位置坐标(x,y,z)组成的坐标集合To(j),To(j)={to(1),to(2),...,to(j)},其中to(j)为一定时间内第i个TDOA获得的坐标;将两个含噪声的坐标集合结合,得到含噪序列{x(t)},{x(t)}=Co(i)+To(j);
步骤2:设{m,τ}为含噪序列{x(t)},t=1,2,3,…N的嵌入维数和时间延迟,则其延迟坐标向量为X(t)={x(t),x(t-τ),…,x[t-(m-1)τ]}T,相点在相空间X中的邻域定义为:Ui={xj:||xj-xi||<r},其中r为邻域的半径;
步骤3:计算各个邻域内所有邻域点的均值
Figure BDA0002031774820000111
步骤4:定义
Figure BDA0002031774820000121
并计算协方差矩阵Ci=∑zjzj T的特征值λq及所对应的特征向量aq,其中q=1,…,Q;其中Q为Ci的特征值个数。R为对角加权矩阵,满足
Figure BDA0002031774820000122
其中i=1,m;j=2,3...m-1;Rjj≠0;
步骤5:将相点投影到由这Q个特征向量张成的空间中,即可得到噪声分量θ,其大小如下式:
Figure BDA0002031774820000123
同时确定yi一次迭代后的修正值
Figure BDA0002031774820000124
步骤6:还原去噪后相空间中的序列为一维的时间序列,然后返回步骤2进行下一步迭代,直至噪声不再发生变化。假设最后一次去噪迭代得到的嵌入维和时间延迟为{m',τ'},时间序列的重构延迟坐标向量为X'(t),此时确定训练回声状态网络的长度Tn,根据预测时域h,确定输入输出对{X′(t),x(t+h)},t=1,2,3…,Tn
步骤7:初始化回声状态网络,其相关参数为:输入神经元个数K=i+j,储备池规模N=100,构建大小为N×N的储备池连接矩阵W及输入连接矩阵Win,将步骤6中获得的确定输入输出对{X'(t),x(t+h)},t=1,2,3…,Tn代入回声状态网络,得到预测结果。获取给定任务原点前足够长的一段信息,利用此段信息的重构延迟坐标向量并输入到回声传递中,一旦网络运行经过预测原点,便可得到最终的坐标结果。
上述基于回声状态网络的沟道巡检装置定位方法,可以应用于具有GPS以及TDOA定位功能的沟道巡检装置,利用沟道巡检装置的GPS信号和TDOA信号,通过回声状态网络计算出精确位置,进行精确定位且达到分米级的定位效果。
在其中一个实施例中,一种基于回声状态网络的沟道巡检装置控制方法,其包括任一项所述沟道巡检装置定位方法,且在得到定位结果之后,还包括步骤:根据所述定位结果控制所述沟道巡检装置。在其中一个实施例中,如图2所示,一种基于回声状态网络的沟道巡检装置控制方法,其包括以下步骤:通过卫星定位系统得到沟道巡检装置的位置坐标在一定时间内的坐标集合;通过到达时间差得到沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合;将上述两个坐标集合结合,得到含噪序列;处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,确定训练回声状态网络的长度;根据预测时域,确定输入输出对;将所述输入输出对代入回声状态网络,得到定位结果;根据所述定位结果控制所述沟道巡检装置;其余实施例以此类推。在其中一个实施例中,根据所述定位结果控制所述沟道巡检装置包括控制所述沟道巡检装置的移动、操作及/或数据传输。这样的设计,能够针对传统定位技术在恶劣环境下精度与稳定性上存在的不足,结合GPS信号和TDOA信号,利用回声状态网络,灵活有效地处理信号中的噪声干扰,解决信号飘忽产生的噪声影响,同时对信号进行重构及预测,得到精确位置。将回声状态网络应用于定位信号的噪声调制以及数据预测当中,利用回声状态网络分析两种定位数据,实现了降低干扰的技术,并且在环境恶劣、定位信号衰减干扰严重的条件下,仍然可以做到精确定位且达到分米级的定位效果。
需要说明的是,本申请的其它实施例还包括,上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的定位方法、控制方法、计算机设备及计算机可读存储介质。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于回声状态网络的沟道巡检装置定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用回声状态网络处理通过卫星定位系统及到达时间差得到的沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合,得到沟道巡检装置的定位结果;具体包括以下步骤:
通过卫星定位系统得到沟道巡检装置的位置坐标在一定时间内的坐标集合;
通过到达时间差得到沟道巡检装置的位置坐标组成的坐标集合;
将上述两个坐标集合结合,得到含噪序列;
处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,确定训练回声状态网络的长度,对回声状态网络进行训练;其中,处理所述含噪序列,包括以下步骤:根据所述含噪序列的嵌入维数和时间延迟,确定其延迟坐标向量;并根据相点在相空间的邻域及其半径,计算各个邻域内所有邻域点的均值;根据所述均值计算对角加权矩阵及其协方差矩阵的特征值与所对应的特征向量;将相点投影到由各所述特征向量张成的空间中,得到噪声分量,且由所述噪声分量确定所述均值的修正值;且处理所述含噪序列至噪声不再发生变化,包括以下步骤:采用修正值继续根据所述含噪序列的嵌入维数和时间延迟,确定其延迟坐标向量,实现迭代方式的计算,直至所述噪声分量小于预设值;
根据计划定位时间及/或计划定位的目标区域,确定预测时域,且根据预测时域及回声状态网络的长度,确定输入输出对;
将所述输入输出对代入回声状态网络,得到定位结果。
2.根据权利要求1所述沟道巡检装置定位方法,其特征在于,将所述输入输出对代入回声状态网络之前,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:初始化回声状态网络。
3.根据权利要求2所述沟道巡检装置定位方法,其特征在于,初始化回声状态网络时,根据两个坐标集合结合的位置坐标总数量设置神经元个数。
4.根据权利要求1所述沟道巡检装置定位方法,其特征在于,将所述输入输出对代入回声状态网络,得到定位结果,包括:获取给定任务原点前的预设长度的一段信息,利用此段信息的重构延迟坐标向量并输入到回声状态网络中,当网络运行经过给定任务原点,得到定位结果。
5.根据权利要求1所述沟道巡检装置定位方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1,通过卫星定位系统得到沟道巡检装置的位置坐标(x,y,z),坐标参考系为卫星定位系统采用的84坐标系,取一定时间内的坐标集合Co(i),Co(i)={co(1),co(2),...,co(i)},其中co(i)为一定时间内第i个GPS坐标;
S2,通过到达时间差得到沟道巡检装置的位置坐标(x,y,z)组成的坐标集合To(j),To(j)={to(1),to(2),...,to(j)},其中to(j)为一定时间内第j个到达时间差获得的坐标;
S3,将两个坐标集合结合,得到含噪序列{x(t)},其中{x(t)}=Co(i)+To(j);
S4,设{m,τ}为含噪序列{x(t)},t=1,2,3,…N1的嵌入维数和时间延迟,则其延迟坐标向量为X(t)={x(t),x(t-τ),…,x[t-(m-1)τ]}T,相点在相空间X中的邻域为:Ui={xj:||xj-xi||<r},其中r为邻域的半径,xi、xj为该邻域内的邻域点;
S5,计算邻域Ui内所有邻域点的均值
Figure FDA0003013238900000021
其中,xr为邻域Ui内邻域点的集合;
S6,定义
Figure FDA0003013238900000031
并计算协方差矩阵Ci=∑zjzj T的特征值λq及所对应的特征向量aq,其中q=1,…,Q;其中Q为Ci的特征值个数;R为对角加权矩阵,满足
Figure FDA0003013238900000032
其中i=1,m;j=2,3...m-1;Rjj≠0;
S7,将相点投影到由上述Q个特征向量张成的空间中,得到噪声分量θ,其中,
Figure FDA0003013238900000033
且确定一次迭代后的修正值x’i=xi-θ;
S8,还原去噪后相空间中的序列为一维的时间序列,继续执行步骤S5至噪声不再发生变化;
S9,得到嵌入维数和时间延迟为{m',τ'},时间序列的重构延迟坐标向量为X'(t),确定训练回声状态网络的长度Tn,根据预测时域h,确定输入输出对{X′(t),x(t+h)},t=1,2,3…,Tn
S10,初始化回声状态网络且设置其相关参数为:输入神经元个数K=i+j,储备池规模N=100,构建大小为N×N的储备池连接矩阵W及输入连接矩阵Win,将所述输入输出对{X'(t),x(t+h)},t=1,2,3…,Tn代入回声状态网络,得到定位结果。
6.根据权利要求1所述沟道巡检装置定位方法,其特征在于,所述卫星定位系统包括全球定位系统及北斗卫星定位系统;或者,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:初始化回声状态网络。
7.根据权利要求1至6中任一项所述沟道巡检装置定位方法,其特征在于,得到定位结果之后,所述沟道巡检装置定位方法还包括步骤:根据所述定位结果修正所述沟道巡检装置的位置或调整所述沟道巡检装置相对于所述定位结果的位置。
8.一种基于回声状态网络的沟道巡检装置控制方法,其特征在于,包括如权利要求1至7中任一项所述沟道巡检装置定位方法,且在得到定位结果之后,还包括步骤:根据所述定位结果控制所述沟道巡检装置;其中,控制所述沟道巡检装置包括控制所述沟道巡检装置的移动、操作及/或数据传输。
9.一种计算机设备,包括存储器及处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器在执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述沟道巡检装置定位方法的各步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其中存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序在被执行时实现如权利要求1至7中任一项所述沟道巡检装置定位方法的各步骤。
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