本發(fā)明實(shí)施例涉及水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

中國(guó)是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，水產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的保證取決于養(yǎng)殖水質(zhì)是否適合水生生物生存。溶解氧是水生生物生存必不可少的條件，溶解氧濃度低于3mg/l時(shí)，就會(huì)引起魚(yú)類(lèi)死亡。因此，研究養(yǎng)殖水質(zhì)溶解氧預(yù)測(cè)方法具有重要意義。

現(xiàn)有的預(yù)測(cè)方法有很多，主要分為兩種類(lèi)型：第一類(lèi)是傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法，把經(jīng)典數(shù)學(xué)作為理論基礎(chǔ)，包括時(shí)間序列預(yù)測(cè)法、回歸分析法、馬爾科夫模型、水質(zhì)模擬預(yù)測(cè)法等；第二類(lèi)是基于人工智能的預(yù)測(cè)方法，包括灰色模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法、支持向量機(jī)回歸預(yù)測(cè)法等。這些預(yù)測(cè)方法均需要在采集大量的溶解氧樣本的基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)難度較大且預(yù)測(cè)方法復(fù)雜。

目前還沒(méi)有一種預(yù)測(cè)方法可以利用少量的溶解氧樣本實(shí)現(xiàn)對(duì)水域溶解氧的預(yù)測(cè)，因此，提供一種對(duì)小樣本水質(zhì)溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行精確預(yù)測(cè)的方法是目前業(yè)界亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)方法及裝置。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)方法，包括：

采集預(yù)測(cè)水域的溶解氧序列；

計(jì)算所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)；

若所述李雅普指數(shù)大于0，則利用預(yù)設(shè)方法計(jì)算延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)；

對(duì)所述溶解氧序列進(jìn)行零均值處理，并根據(jù)所述延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到所述溶解氧序列的重構(gòu)相空間；

根據(jù)所述重構(gòu)相空間計(jì)算得出預(yù)測(cè)公式，并利用得到的預(yù)測(cè)公式獲取溶解氧預(yù)測(cè)值。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，包括：

采集模塊，用于采集預(yù)測(cè)水域的溶解氧序列；

第一計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)；

第二計(jì)算模塊，用于在所述李雅普指數(shù)大于0時(shí)，利用預(yù)設(shè)方法計(jì)算延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)；

重構(gòu)模塊，用于對(duì)所述溶解氧序列進(jìn)行零均值處理，并根據(jù)所述延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到所述溶解氧序列的重構(gòu)相空間；

第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述重構(gòu)相空間計(jì)算得出預(yù)測(cè)公式，并利用得到的預(yù)測(cè)公式獲取溶解氧預(yù)測(cè)值。

本發(fā)明實(shí)施例提供的水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)方法及裝置，通過(guò)采集水域中的溶解氧序列，計(jì)算溶解氧序列的李雅普指數(shù)，若溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0則利用預(yù)設(shè)方法計(jì)算出延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)并對(duì)溶解氧序列重構(gòu)相空間，根據(jù)重構(gòu)相空間計(jì)算得出預(yù)測(cè)公式，從而獲取溶解氧的預(yù)測(cè)值。利用較少的數(shù)據(jù)樣本實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值，能夠?qū)π颖救芙庋鯏?shù)據(jù)進(jìn)行短期精確預(yù)測(cè)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)方法流程示意圖，如圖1所示，方法包括：

步驟10、采集預(yù)測(cè)水域的溶解氧序列；

步驟20、計(jì)算所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)；

步驟30、若所述李雅普指數(shù)大于0，則利用預(yù)設(shè)方法計(jì)算延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)；

步驟40、對(duì)所述溶解氧序列進(jìn)行零均值處理，并根據(jù)所述延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到所述溶解氧序列的重構(gòu)相空間；

步驟50、根據(jù)所述重構(gòu)相空間計(jì)算得出預(yù)測(cè)公式，并利用得到的預(yù)測(cè)公式獲取溶解氧預(yù)測(cè)值。

本方法結(jié)合混沌時(shí)間預(yù)測(cè)方法，對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。首先按照一定的時(shí)間間隔采集預(yù)測(cè)水域的溶解氧序列，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法一次計(jì)算可以得出一個(gè)未來(lái)時(shí)間的預(yù)測(cè)值，這個(gè)未來(lái)時(shí)間與溶解氧序列的數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔相同，因此采集數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔根據(jù)預(yù)測(cè)目標(biāo)設(shè)定。相應(yīng)的，時(shí)間間隔越短，獲取采集數(shù)據(jù)所需的時(shí)間也越少，得到的預(yù)測(cè)值對(duì)應(yīng)的未來(lái)時(shí)間也就越接近現(xiàn)在。

在獲取溶解氧序列之后，根據(jù)溶解氧序列計(jì)算該溶解氧序列的李雅普指數(shù)。李雅普指數(shù)表示相空間相鄰軌跡的平均指數(shù)發(fā)散率的數(shù)值特征，是識(shí)別混沌運(yùn)動(dòng)若干數(shù)值的特征之一。若溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0，則證明該溶解氧序列是混沌時(shí)間序列可以利用混沌時(shí)間預(yù)測(cè)方法對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)，所得的李雅普指數(shù)的倒數(shù)可用于估計(jì)所述溶解氧序列可以預(yù)測(cè)的最大時(shí)間長(zhǎng)度。

利用混沌時(shí)間預(yù)測(cè)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)需要對(duì)所述溶解氧序列進(jìn)行相空間重構(gòu)，在重構(gòu)相空間時(shí)需要了解重構(gòu)相空間的參數(shù)，參數(shù)包括時(shí)間延遲參數(shù)和嵌入維數(shù)。因此，在求得所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0之后，需要對(duì)重構(gòu)相空間的參數(shù)：延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)，進(jìn)行計(jì)算。然后根據(jù)計(jì)算得出的延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)對(duì)溶解氧序列進(jìn)行相空間重構(gòu)。

在進(jìn)行相空間重構(gòu)時(shí)，首先要將所述溶解氧序列進(jìn)行零均值處理，然后再利用計(jì)算得出的延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)得到重構(gòu)相空間。具體的，溶解氧序列{x1，x2，x3，…，xn-1，xn}經(jīng)過(guò)零均值處理之后得到序列{x1’，x2’，x3’，…，xn-1’，xn’}，利用零均值處理后的序列，根據(jù)計(jì)算得出的延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)相空間{xi}。

其中，xi＝[xi’，xi-τ’，xi-2τ’，xi-3τ’，…，xi-(m-1)τ’]；

i＝(m-1)τ+1,(m-1)τ+2,(m-1)τ+3,…，m；

τ為重構(gòu)相空間的延遲時(shí)間；

m為重構(gòu)相空間的嵌入維數(shù)；

n為溶解氧序列中溶解氧的個(gè)數(shù)；

為xi’為m維相空間中的n-(m-1)τ個(gè)點(diǎn)。

根據(jù)得到的重構(gòu)相空間計(jì)算得出溶解氧的預(yù)測(cè)公式，從而得到溶解氧預(yù)測(cè)值。根據(jù)預(yù)測(cè)公式可以得到一步預(yù)測(cè)值，若需要多步預(yù)測(cè)，則將得到的預(yù)測(cè)值作為信息加入原溶解氧序列得到新的溶解氧序列，重復(fù)上述步驟，可得到更多的預(yù)測(cè)值。

本發(fā)明實(shí)施例提供的水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)方法，通過(guò)采集水域中的溶解氧序列，計(jì)算溶解氧序列的李雅普指數(shù)，若溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0則利用預(yù)設(shè)方法計(jì)算出延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)并對(duì)溶解氧序列重構(gòu)相空間，根據(jù)重構(gòu)相空間計(jì)算得出預(yù)測(cè)公式，從而獲取溶解氧的預(yù)測(cè)值。利用較少的數(shù)據(jù)樣本實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值，能夠?qū)π颖救芙庋鯏?shù)據(jù)進(jìn)行短期精確預(yù)測(cè)。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述計(jì)算所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)的方法包括：

計(jì)算所述溶解氧序列中兩鄰點(diǎn)為x0和x0+ε經(jīng)n次迭代后，fⁿ(xε)與fⁿ(x0+ε)的距離

xn＝f(xn-1)；

取ε→0，n→∞，得到x0和x0+ε兩點(diǎn)之間的李雅普指數(shù)λ(x0)：

將所述溶解氧序列中各相鄰點(diǎn)的李雅普指數(shù)累加，得到所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)λ(x)：

其中，n為溶解氧序列中溶解氧數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；

xn＝f(xn-1)為溶解氧序列中相鄰兩點(diǎn)的映射關(guān)系；

x0為溶解性序列中的任意一點(diǎn)；

x0+ε為x0的鄰近點(diǎn)；

n為迭代次數(shù)；

fⁿ(x0)為x0經(jīng)過(guò)n次迭代后的值；

fⁿ(x0+ε)為x0+ε經(jīng)過(guò)n次迭代后的值；

為fⁿ(x0)與fⁿ(x0+ε)的距離；

λ(x0)為溶解氧序列中x0和x0+ε兩點(diǎn)之間的李雅普指數(shù)λ(x0)；

λ(x)為溶解氧序列的李雅普指數(shù)，李雅普指數(shù)的單位為：納特/一次迭代。

在獲取溶解氧序列之后，根據(jù)溶解氧序列計(jì)算該溶解氧序列的李雅普指數(shù)。李雅普指數(shù)表示相空間相鄰軌跡的平均指數(shù)發(fā)散率的數(shù)值特征，是識(shí)別混沌運(yùn)動(dòng)若干數(shù)值的特征之一。若溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0，則證明該溶解氧序列是混沌時(shí)間序列可以利用混沌時(shí)間預(yù)測(cè)方法對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)，所得的李雅普指數(shù)的倒數(shù)可用于估計(jì)所述溶解氧序列可以預(yù)測(cè)的最大時(shí)間長(zhǎng)度。

本發(fā)明實(shí)施例提供的方法，提供了李雅普指數(shù)的一種計(jì)算方法，通過(guò)計(jì)算李雅普指數(shù)可以對(duì)溶解氧序列的混沌特性進(jìn)行判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧序列利用混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法進(jìn)行溶解氧數(shù)據(jù)小樣本精確預(yù)測(cè)。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述利用預(yù)設(shè)方法計(jì)算延遲時(shí)間的方法具體為：利用自相關(guān)函數(shù)法計(jì)算延遲時(shí)間。

利用混沌時(shí)間預(yù)測(cè)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)需要對(duì)所述溶解氧序列進(jìn)行相空間重構(gòu)，在重構(gòu)相空間時(shí)需要了解重構(gòu)相空間的參數(shù)，參數(shù)包括時(shí)間延遲參數(shù)和嵌入維數(shù)。因此，在求得所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0之后，需要對(duì)重構(gòu)相空間的參數(shù)延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算延遲時(shí)間的方法可以采用自相關(guān)函數(shù)法。

自相關(guān)函數(shù)法的基本思想是提取溶解氧序列的線(xiàn)性相關(guān)性。

對(duì)于溶解氧序列{x1，x2，x3，…，xn-1，xn}，自相關(guān)函數(shù)表達(dá)式為：

其中，

其中，c(τ)為溶解氧序列的自相關(guān)函數(shù)；

xi為溶解氧序列中第i個(gè)溶解氧的值；

n為溶解氧序列中溶解氧數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；

τ是時(shí)間移動(dòng)值；

μ為溶解氧序列的均值；

σ為溶解氧序列的標(biāo)準(zhǔn)差。

自相關(guān)函數(shù)表示了下標(biāo)為i和i+τ的時(shí)刻，運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)聯(lián)或者相似程度，由此可作出自相關(guān)函數(shù)關(guān)于時(shí)間τ(即取τ＝1,2,3，…)的函數(shù)圖像，當(dāng)自相關(guān)函數(shù)下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，所得到的時(shí)間τ就是重構(gòu)相空間的最佳延遲時(shí)間，即所求延遲時(shí)間。

本發(fā)明實(shí)施例提供的方法，利用自相關(guān)函數(shù)計(jì)算重構(gòu)相空間的延遲時(shí)間參數(shù)，可以精確的求得延遲時(shí)間，從而為重構(gòu)相空間提供精確的參數(shù)，提供重構(gòu)相空間的精度，得到更為精確的預(yù)測(cè)公式，進(jìn)而提高溶解氧的預(yù)測(cè)精度。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述利用預(yù)設(shè)方法計(jì)算嵌入維數(shù)的方法具體為：利用g-p算法估計(jì)嵌入維數(shù)。

g-p算法主要步驟如下：

(1)利用溶解氧序列{x1，x2，x3，…，xn-1，xn}，根據(jù)已經(jīng)確定的延遲時(shí)間τ和預(yù)設(shè)的初始嵌入維數(shù)m0，重構(gòu)相空間，可以得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的相空間y；

(2)計(jì)算相空間y的關(guān)聯(lián)函數(shù)：

其中，θ(x)為heaviside函數(shù)；yi和yj是相空間y內(nèi)的兩個(gè)相點(diǎn)；|yi-yj|是相點(diǎn)yi和yj之間的歐氏距離；c(r)是一個(gè)累計(jì)函數(shù)，表示相空間中吸引子上兩點(diǎn)之間距離小于r的概率。

對(duì)于r的某個(gè)適當(dāng)范圍，吸引子維數(shù)dm與累積分布函數(shù)c(r)應(yīng)滿(mǎn)足對(duì)數(shù)線(xiàn)性關(guān)系，即

(3)通過(guò)擬合就可以求出對(duì)應(yīng)于m0的關(guān)聯(lián)維數(shù)估計(jì)值

(4)逐漸增加嵌入維數(shù)m1，m1＞m0，重復(fù)上述步驟(2)和(3)，直到相應(yīng)的維數(shù)估計(jì)值d(m)不再隨m的增長(zhǎng)，而是在一定的誤差范圍內(nèi)不變?yōu)橹?，此時(shí)得到嵌入維數(shù)m。

本發(fā)明實(shí)施例提供的方法，利用自相關(guān)函數(shù)計(jì)算重構(gòu)相空間的延遲時(shí)間參數(shù)，可以精確的求得嵌入維數(shù)，從而為重構(gòu)相空間提供精確的參數(shù)，提供重構(gòu)相空間的精度，得到更為精確的預(yù)測(cè)公式，進(jìn)而提高溶解氧的預(yù)測(cè)精度。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述重構(gòu)相空間計(jì)算得出預(yù)測(cè)公式的方法具體為：利用加權(quán)一階局域法確定預(yù)測(cè)公式。

具體的，在重構(gòu)相空間{xi}中計(jì)算各點(diǎn)到中心點(diǎn)xn的距離，找出xn的參考向量集為xni(i＝1,2,3，…，q)，計(jì)算點(diǎn)xni到xn的距離為di，設(shè)dm是di中的最小值，則定義點(diǎn)xni的權(quán)值為：

利用加權(quán)一階局域法擬合將參考向量集xni與它的加權(quán)向量集擬合：

應(yīng)用加權(quán)最小二乘法有：

其中，pi為點(diǎn)xni的權(quán)值；

q為參考向量集xni的個(gè)數(shù)；

di為點(diǎn)xni到xn的距離；

dm為di中的最小值；

將看成是關(guān)于未知數(shù)a，b的二元函數(shù)，兩邊求偏導(dǎo)并化簡(jiǎn)得到關(guān)于未知數(shù)a，b的方程組為：

解方程組得到a，b，然后代入上方的擬合公式中，即可得到預(yù)測(cè)公式。

此時(shí)我們得到溶解氧序列的一步預(yù)測(cè)值，如需進(jìn)行多步預(yù)報(bào)，可將預(yù)測(cè)值作為信息加入原溶解氧序列并重復(fù)以上步驟即可實(shí)現(xiàn)多步預(yù)測(cè)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的方法，利用加權(quán)一階局域法對(duì)重構(gòu)相空間進(jìn)行處理，得到溶解氧序列的預(yù)測(cè)公式，然后根據(jù)預(yù)測(cè)公式就可以得到溶解氧預(yù)測(cè)值，還可以根據(jù)得到的預(yù)測(cè)值再次計(jì)算得到更多的預(yù)測(cè)值。利用較少的數(shù)據(jù)樣本實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值，能夠?qū)π颖救芙庋鯏?shù)據(jù)進(jìn)行短期精確預(yù)測(cè)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，裝置包括：采集模塊1、第一計(jì)算模塊2、第二計(jì)算模塊3、重構(gòu)模塊4和第三計(jì)算模塊5，其中，采集模塊1用于采集預(yù)測(cè)水域的溶解氧序列；第一計(jì)算模塊2用于計(jì)算所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)；第二計(jì)算模塊3用于在所述李雅普指數(shù)大于0時(shí)，利用預(yù)設(shè)方法計(jì)算延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)；重構(gòu)模塊4用于對(duì)所述溶解氧序列進(jìn)行零均值處理，并根據(jù)所述延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到所述溶解氧序列的重構(gòu)相空間；第三計(jì)算模塊5用于根據(jù)所述重構(gòu)相空間計(jì)算得出預(yù)測(cè)公式，并利用得到的預(yù)測(cè)公式獲取溶解氧預(yù)測(cè)值。

首先采集模塊1按照一定的時(shí)間間隔采集預(yù)測(cè)水域的溶解氧序列，本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置一次計(jì)算可以得出一個(gè)未來(lái)時(shí)間的預(yù)測(cè)值，這個(gè)未來(lái)時(shí)間與溶解氧序列的數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔相同，因此采集模塊1采集數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔根據(jù)預(yù)測(cè)目標(biāo)設(shè)定。相應(yīng)的，時(shí)間間隔越短，獲取采集數(shù)據(jù)所需的時(shí)間也越少，得到的預(yù)測(cè)值對(duì)應(yīng)的未來(lái)時(shí)間也就越接近現(xiàn)在。

在獲取溶解氧序列之后，第一計(jì)算模塊2根據(jù)溶解氧序列計(jì)算該溶解氧序列的李雅普指數(shù)。李雅普指數(shù)表示相空間相鄰軌跡的平均指數(shù)發(fā)散率的數(shù)值特征，是識(shí)別混沌運(yùn)動(dòng)若干數(shù)值的特征之一。若溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0，則證明該溶解氧序列是混沌時(shí)間序列可以利用混沌時(shí)間預(yù)測(cè)方法對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)，所得的李雅普指數(shù)的倒數(shù)可用于估計(jì)所述溶解氧序列可以預(yù)測(cè)的最大時(shí)間長(zhǎng)度。

利用混沌時(shí)間預(yù)測(cè)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)需要對(duì)所述溶解氧序列進(jìn)行相空間重構(gòu)，在重構(gòu)相空間時(shí)需要了解重構(gòu)相空間的參數(shù)，參數(shù)包括時(shí)間延遲參數(shù)和嵌入維數(shù)。因此，在求得所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0之后，需要第二計(jì)算模塊3對(duì)重構(gòu)相空間的參數(shù)：延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)，進(jìn)行計(jì)算。然后根據(jù)計(jì)算得出的延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)對(duì)溶解氧序列進(jìn)行相空間重構(gòu)。

重構(gòu)模塊4在進(jìn)行相空間重構(gòu)時(shí)，首先要將所述溶解氧序列進(jìn)行零均值處理，然后再利用計(jì)算得出的延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)得到重構(gòu)相空間。具體的，溶解氧序列{x1，x2，x3，…，xn-1，xn}經(jīng)過(guò)零均值處理之后得到序列{x1’，x2’，x3’，…，xn-1’，xn’}，利用零均值處理后的序列，根據(jù)計(jì)算得出的延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)相空間{xi}。

其中，xi＝[xi’，xi-τ’，xi-2τ’，xi-3τ’，…，xi-(m-1)τ’]；

i＝(m-1)τ+1,(m-1)τ+2,(m-1)τ+3,…，m；

τ為重構(gòu)相空間的延遲時(shí)間；

m為重構(gòu)相空間的嵌入維數(shù)；

n為溶解氧序列中溶解氧的個(gè)數(shù)；

為xi’為m維相空間中的n-(m-1)τ個(gè)點(diǎn)。

第三計(jì)算模塊5根據(jù)得到的重構(gòu)相空間計(jì)算得出溶解氧的預(yù)測(cè)公式，從而得到溶解氧預(yù)測(cè)值。根據(jù)預(yù)測(cè)公式可以得到一步預(yù)測(cè)值，若需要多步預(yù)測(cè)，則將得到的預(yù)測(cè)值作為信息加入原溶解氧序列得到新的溶解氧序列，重復(fù)上述步驟，可得到更多的預(yù)測(cè)值。

本發(fā)明實(shí)施例提供的水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧預(yù)測(cè)裝置，通過(guò)采集水域中的溶解氧序列，計(jì)算溶解氧序列的李雅普指數(shù)，若溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0則利用預(yù)設(shè)方法計(jì)算出延遲時(shí)間和嵌入維數(shù)并對(duì)溶解氧序列重構(gòu)相空間，根據(jù)重構(gòu)相空間計(jì)算得出預(yù)測(cè)公式，從而獲取溶解氧的預(yù)測(cè)值。利用較少的數(shù)據(jù)樣本實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值，能夠?qū)π颖救芙庋鯏?shù)據(jù)進(jìn)行短期精確預(yù)測(cè)。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述第一計(jì)算模塊，具體用于：

計(jì)算所述溶解氧序列中兩鄰點(diǎn)為x0和x0+ε經(jīng)n次迭代后，fⁿ(x0)與fⁿ(x0+ε)的距離

xn＝f(xn-1)；

取ε→0，n→∞，得到x0和x0+ε兩點(diǎn)之間的李雅普指數(shù)λ(x0)：

將所述溶解氧序列中各相鄰點(diǎn)的李雅普指數(shù)累加，得到所述溶解氧序列的李雅普指數(shù)λ(x)：

其中，n為溶解氧序列中溶解氧數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；

xn＝f(xn-1)為溶解氧序列中相鄰兩點(diǎn)的映射關(guān)系；

x0為溶解性序列中的任意一點(diǎn)；

x0+ε為x0的鄰近點(diǎn)；

n為迭代次數(shù)；

fⁿ(x0)為x0經(jīng)過(guò)n次迭代后的值；

fⁿ(x0+ε)為x0+ε經(jīng)過(guò)n次迭代后的值；

為fⁿ(x0)與fⁿ(x0+ε)的距離；

λ(x0)為溶解氧序列中x0和x0+ε兩點(diǎn)之間的李雅普指數(shù)λ(x0)；

λ(x)為溶解氧序列的李雅普指數(shù)。

在獲取溶解氧序列之后，第一計(jì)算模塊根據(jù)溶解氧序列計(jì)算該溶解氧序列的李雅普指數(shù)。李雅普指數(shù)表示相空間相鄰軌跡的平均指數(shù)發(fā)散率的數(shù)值特征，是識(shí)別混沌運(yùn)動(dòng)若干數(shù)值的特征之一。若溶解氧序列的李雅普指數(shù)大于0，則證明該溶解氧序列是混沌時(shí)間序列可以利用混沌時(shí)間預(yù)測(cè)方法對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)，所得的李雅普指數(shù)的倒數(shù)可用于估計(jì)所述溶解氧序列可以預(yù)測(cè)的最大時(shí)間長(zhǎng)度。

本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置，第一計(jì)算模塊2通過(guò)計(jì)算李雅普指數(shù)可以對(duì)溶解氧序列的混沌特性進(jìn)行判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧序列利用混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法進(jìn)行溶解氧數(shù)據(jù)小樣本精確預(yù)測(cè)。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述第二計(jì)算模塊具體利用自相關(guān)函數(shù)法計(jì)算延遲時(shí)間。

第二計(jì)算模塊利用自相關(guān)函數(shù)法計(jì)算延遲時(shí)間的方法與上述方法實(shí)施例所述的方法相同，此處不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置，第二計(jì)算模塊利用自相關(guān)函數(shù)計(jì)算重構(gòu)相空間的延遲時(shí)間參數(shù)，可以精確的求得延遲時(shí)間，從而為重構(gòu)相空間提供精確的參數(shù)，提供重構(gòu)相空間的精度，得到更為精確的預(yù)測(cè)公式，進(jìn)而提高溶解氧的預(yù)測(cè)精度。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述第二計(jì)算模塊具體利用g-p算法估計(jì)嵌入維數(shù)。

第二計(jì)算模塊利用g-p算法估計(jì)嵌入維數(shù)的方法與上述方法實(shí)施例所述的方法相同，此處不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置，第二計(jì)算模塊利用利用g-p算法估計(jì)重構(gòu)相空間的嵌入維數(shù)，可以精確的求得嵌入維數(shù)，從而為重構(gòu)相空間提供精確的參數(shù)，提供重構(gòu)相空間的精度，得到更為精確的預(yù)測(cè)公式，進(jìn)而提高溶解氧的預(yù)測(cè)精度。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，所述第三計(jì)算模塊具體利用加權(quán)一階局域法確定預(yù)測(cè)公式，并利用得到的預(yù)測(cè)公式獲取溶解氧預(yù)測(cè)值。

第三計(jì)算模塊利用加權(quán)一階局域法確定預(yù)測(cè)公式并利用得到的預(yù)測(cè)公式獲取溶解氧預(yù)測(cè)值的方法與上述方法實(shí)施例相同，此處不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置，第三計(jì)算模塊利用加權(quán)一階局域法對(duì)重構(gòu)相空間進(jìn)行處理，得到溶解氧序列的預(yù)測(cè)公式，然后根據(jù)預(yù)測(cè)公式就可以得到溶解氧預(yù)測(cè)值，還可以根據(jù)得到的預(yù)測(cè)值再次計(jì)算得到更多的預(yù)測(cè)值。利用較少的數(shù)據(jù)樣本實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值，能夠?qū)π颖救芙庋鯏?shù)據(jù)進(jìn)行短期精確預(yù)測(cè)。

以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開(kāi)的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到各實(shí)施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過(guò)硬件處理器實(shí)現(xiàn)某些功能模塊。基于這樣的理解，上述技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，如rom/ram、磁碟、光盤(pán)等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行各個(gè)實(shí)施例或者實(shí)施例的某些部分所述的方法。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。