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一种昆虫种群动态的预报估计方法 

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申请/专利权人:哈尔滨理工大学

摘要:本发明公开了一种昆虫种群动态的预报估计方法,所述方法包括如下步骤:一、建立昆虫种群的交互时滞不确定网络模型;二、对不确定网络模型设计预报器和估计器;三、针对第κ类昆虫种群,利用预报器计算相应的预报误差协方差矩阵上界Ψκ,ι+1|ι;步骤四、利用Ψκ,ι+1|ι优化设计估计器中的待定参数Ξκ,ι+1;五、将Ξκ,ι+1代入到估计器中,得到ι+1采样点处的估计值此时,判断当前采样点ι+1与交互时滞不确定网络模型估计总采样点Z的关系,若有ι+1<Z,则执行六,否则循环结束;六、根据参数Ξκ,ι+1,计算不确定网络模型的估计误差协方差上界矩阵Ψκ,ι+1|ι+1;更新采样点令ι=ι+1,执行二,止于等式ι+1=Z成立。本发明可同时处理建模误差扰动、交互时滞和传感器异常对昆虫种群动态的影响,具有一定的鲁棒性和稳健性。

主权项:1.一种昆虫种群动态的预报估计方法,其特征在于所述方法包括如下步骤:步骤一、建立如下昆虫种群的交互时滞不确定网络模型,所述不确定网络模型描述如下: yκ,ι=φκ,ιCκ,ιxκ,ι+σκ,ι式中,κ∈[1,2,...S]表示昆虫种群类别,S表示昆虫总类别;表示在采样点ι处第κ类昆虫种群的动态向量,表示在采样点ι+1处第κ类昆虫种群的动态向量,代表维数为p的列向量全体集合;ωκκ,ι表示在采样点ι处κ类昆虫自身的耦合强度,ωκρ,ι表示在采样点ι处κ类昆虫与ρ类昆虫之间的连接强度;Y表示内耦合强度;表示在ι-d采样点处ρ类昆虫向κ类昆虫的传递向量,d表示不同昆虫的信息交互时滞;表示第κ类昆虫在采样点ι处的动态转移矩阵,代表p维方阵的全体集合,Hκ,ι和Fκ,ι分别表示第κ类昆虫在采样点ι处的建模误差系数矩阵和建模误差比例矩阵,Δκ,ι表示第κ类昆虫在采样点ι处的建模误差矩阵;Bκ,ι表示第κ类昆虫在采样点ι处的噪声分布矩阵,θκ,ι表示第κ类昆虫在采样点ι处的加性噪声;表示在采样点ι处对第κ类昆虫动态的实时观测值,代表维数为q的列向量全体集合;表示在采样点ι处对第κ类昆虫观测中的传感器异常现象;表示在采样点ι处对第κ类昆虫的观测矩阵,表示q×p维矩阵的全体集合;σκ,ι表示第κ类昆虫在采样点ι处的观测噪声;步骤二、对步骤一建立的不确定网络模型设计预报器和估计器,具体步骤如下:步骤二一、根据昆虫种群的交互时滞不确定网络模型,构造如下预报器模型: 式中,表示在采样点ι处对第κ类昆虫动态的预报值,表示在采样点ι处对第κ类昆虫动态的估计值,在采样点ι-d处对第κ类昆虫动态的估计值;步骤二二、基于步骤二一构造的预报器模型和传感器异常现象,建立如下形式的昆虫种群的动态估计模型: 式中,表示在采样点ι+1处对第κ类昆虫动态的估计值;表示估计器中的待定参数;表示在采样点ι+1处传感器异常现象的发生概率; 和分别表示在采样点ι+1处第κ类昆虫动态的观测值和在采样点ι+1处对第κ类昆虫的观测矩阵;步骤三、针对第κ类昆虫种群,利用步骤二中的预报器计算相应的预报误差协方差矩阵上界Ψκ,ι+1|ι,所述预报误差协方差矩阵上界Ψκ,ι+1|ι满足如下形式: 式中,Ψκ,ι+1|ι表示在采样点ι处对第κ类昆虫动态的预报值误差协方差矩阵;η1表示第一尺度标量,代表第一尺度标量的倒数,η2表示第二尺度标量,代表第二尺度标量的倒数,η3表示第三尺度标量,代表第三尺度标量的倒数;表示在采样点ι处对第κ类昆虫动态估计的二阶矩上界;Ψκ,ι|ι表示在采样点ι处对第κ类昆虫动态的估计值误差协方差矩阵,Ψκ,ι-d|ι-d表示在采样点ι-d处对第κ类昆虫动态的估计值误差协方差矩阵;ωκt,ι表示κ类昆虫与t类昆虫在采样点ι处的连接强度;Θκ,ι表示加性噪声θκ,ι的协方差;Aκ,ι+ωκκ,ιYT代表矩阵Aκ,ι+ωκκ,ιY的转置,表示Fκ,ι的转置,表示Hκ,ι的转置,YT表示Y的转置,表示Bκ,ι的转置;表示矩阵的迹;步骤四、利用步骤三所得预报误差协方差矩阵上界Ψκ,ι+1|ι优化设计估计器中的待定参数Ξκ,ι+1,所述待定参数Ξκ,ι+1的结构形式如下: 式中,Ξκ,ι+1表示在采样点ι+1处估计器4中的待定参数;表示在采样点ι+1处传感器异常现象的发生概率;代表的平方,Xκ,ι+1表示在采样点ι处对第κ类昆虫动态预报的二阶矩上界;Cκ,ι+1和Ωκ,ι+1分别表示表示在采样点ι+1处对第κ类昆虫的观测矩阵和观测噪声协方差矩阵,是观测矩阵Cκ,ι+1的转置;表示的逆运算;步骤五、将步骤四所确定的参数Ξκ,ι+1代入到步骤二中的估计器中,进一步得到ι+1采样点处的估计值此时,判断当前采样点ι+1与交互时滞不确定网络模型估计总采样点Z的关系,若有ι+1<Z,则执行步骤六,否则循环结束;步骤六、根据步骤四中所确定的参数Ξκ,ι+1,计算不确定网络模型的估计误差协方差上界矩阵Ψκ,ι+1|ι+1;更新采样点令ι=ι+1,执行步骤二,止于等式ι+1=Z成立,所述估计误差协方差上界矩阵Ψκ,ι+1|ι+1满足如下形式: 式中,I是适当维数的单位矩阵;表示矩阵的转置,表示Ξκ,ι+1的转置。

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