一种面向环境参数空间的流形建模方法技术

本发明专利技术涉及一种面向环境参数空间的流形建模方法，包括以下步骤：将候选地区的环境参数数据进行预处理，建立该地区环境参数的数值空间模型；利用黎曼流形的几何结构与空间特性，构建环境数值参数对应的流形空间表征；根据候选地区在不同时间下的流形空间位置，对仿真参数进行流形空间表征；对仿真参数进行流形空间表征并计算其对应的测地线距离，输出环境仿真参数与该地历史环境参数在流形空间中的测地线距离；结合环境仿真参数在流形空间中的测地线距离，最终对环境仿真参数的可靠性进行评估。本发明专利技术针对环境参数的大量历史数据，有效利用数据的几何结构，对环境参数的数值空间进行流形建模。进行流形建模。进行流形建模。

【技术实现步骤摘要】
一种面向环境参数空间的流形建模方法


[0001]本专利技术涉及环境仿真与机器学习
，特别提供了一种面向环境参数 空间的流形建模方法。

技术介绍

[0002]根据真实环境中的太阳光照、平均温度、风速、降雨量、空气相对湿度、 经度、维度等环境参数信息，由于各种参数之间存在着客观物理中的某些联系， 如地理位置(精度及维度)影响太阳光照，区域的光照强度影响该地区的地表 温度，降雨量影响着空气相对湿度等等，直接在欧氏空间中对真实环境中的诸 多参数进行建模，可能会导致以下问题：
[0003](1)由于欧氏空间中的各坐标相互正交，若直接在欧氏空间中进行建 模，也就是假设真实环境中的各个参数之间是互斥的(不相关的)。显而易见， 这一假设与实际参数之间的联系不符。
[0004](2)真实环境中的参数众多，为了提高环境参数模型的可靠性和准确 性，若对所有参数均进行建模，则参数空间的维数可能过高，计算量复杂。
[0005]针对以上问题，根据环境参数之间的相互联系，利用非欧几何中的流形空 间，构建真实场景环境参数空间中的几何模型，对仿真模型中的环境参数提供 相应的执置信度评价结果。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种面向环境参数空间的流形建模方法，以 解决深度网络可解释性问题。
[0007]本专利技术提供的技术方案是：一种面向环境参数空间的流形建模方法，包括 以下步骤：
[0008]1)将候选地区的环境参数数据进行预处理，建立该地区环境参数的数值空 间模型；
[0009]2)利用黎曼流形的几何结构与空间特性，构建环境数值参数对应的流形空 间表征；
[0010]3)根据候选地区在不同时间下的流形空间位置，对仿真参数进行流形空间 表征；
[0011]4)对仿真参数进行流形空间表征并计算其对应的测地线距离，输出环境仿 真参数与该地历史环境参数在流形空间中的测地线距离；
[0012]5)结合环境仿真参数在流形空间中的测地线距离，最终对环境仿真参数的 可靠性进行评估。
[0013]所述建立该地区环境参数的数值空间模型，包括以下步骤：
[0014]对于候选地区，环境数据库中包含n天的环境参数样本，即该地区的环境 参数样本空间表示为A＝{V1,V2,
…
,V
n
}，其中V
i
代表该地区 不同时期实测的d维环境参数数据向量，包含风速、温度、高度、光照。
[0015]所述利用黎曼流形的几何结构与空间特性，构建环境数值参数对应的流形 空间表征，具体通过协方差矩阵来对实测的真实环境数据进行流形表征。
[0016]所述根据候选地区在不同时间下的流形空间位置，对仿真参数进行流形空 间表征，包括以下步骤：
[0017]通过仿真，得到候选地区不同时期的d维环境参数数据向量；
[0018]通过协方差矩阵来对仿真参数的环境数据进行流形表征。
[0019]所述协方差矩阵通过下式得到：
[0020]构建协方差矩阵空间X
R
：
[0021][0022]其中，V
i
表示不同时期的d维环境参数数据向量，u
R
为对应均值；
[0023][0024]所述输出环境仿真参数与该地历史环境参数在流形空间中的测地线距离， 包括以下步骤：
[0025]仿真数据在流形空间中与实测的真实数据参考点的测地线距离：
[0026][0027]式中X,Y分别为仿真参数数据与实测的真实环境数据协方差矩阵上的任意 两点，trace(
·
)表示矩阵的迹，log(
·
)表示矩阵的对数函数。
[0028]所述结合环境仿真参数在流形空间中的测地线距离，最终对环境仿真参数 的可靠性进行评估，包括以下步骤：
[0029]设置可信度阈值为τ；
[0030]若仿真数据在流形空间中与实测的真实数据参考点的测地线距离 d(X,Y)≤τ，则认为所得到的仿真环境参数具有较高的可靠性；否则，认为所 得到的仿真环境参数具有较低的可靠性。
[0031]所述环境参数数据包含风速、温度、高度、光照。
[0032]本专利技术提供的一种面向环境参数空间的流形建模方法，有益效果如下：
[0033]利用黎曼流形的几何结构与空间特性，构建环境数值参数对应的流形空间 表征，对固定地点在不同时间下的流形空间位置进行定义，通过对仿真参数进 行流形空间表征并计算其对应的测地线距离，输出环境仿真参数与该地历史环 境参数在流形空间中的测地线距离，利用黎曼流形的几何表征方法，能够有效 降低原始高维参数空间中的计算量，结合参数间的耦合关系，提高模型的计算 能力，最终对环境仿真参数的可靠性进行评估。
附图说明
[0034]下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：
[0035]图1为本专利技术提供的一种面向环境参数空间的流形建模方法流程示意图；
[0036]图2为本专利技术提供的一种面向环境参数空间的流形建模方法中环境参数数 据样
本图。
[0037]图3为本专利技术提供的一种面向环境参数空间的流形建模方法中环境参数的 流形表征图。
[0038]图4为仿真环境参数数据的测地线距离计算结果图。
具体实施方式
[0039]下面将结合具体的实施方案对本专利技术进行进一步的解释，但并不局限本发 明。
[0040]本专利技术公开了一种面向环境参数空间的流形建模方法，方法流程包括：环 境参数输入、数值空间构建、流形空间表征、测地线距离输出、仿真参数可靠 性评估共五个部分。本专利技术首先对环境参数进行数值空间建模，对于固定地区 的大量环境数据，建立该地区环境参数的数值空间模型；
[0041]之后，利用黎曼流形的几何结构与空间特性，构建环境数值参数对应的流 形空间表征，对固定地点在不同时间下的流形空间位置进行定义，通过对仿真 参数进行流形空间表征并计算其对应的测地线距离，输出环境仿真参数与该地 历史环境参数在流形空间中的测地线距离，最终对环境仿真参数的可靠性进行 评估。
[0042]本专利技术针对环境参数的大量历史数据，有效利用数据的几何结构，对环境 参数的数值空间进行流形建模，对于仿真生成的环境仿真参数数据，通过计算 环境参数在流形空间中的测地线距离，提供了一种环境仿真参数可靠性的评估 方法。
[0043]一种面向环境参数空间的流形建模方法，包括：
[0044]步骤一，输入环境参数数据。
[0045]步骤二，对输入的环境参数数据进行预处理，对于固定地区的大量环境数 据，建立该地区环境参数的数值空间模型。
[0046]步骤三，构建环境数值参数对应的流形空间表征。
[0047]步骤四，对固定地点在不同时间下的流形空间位置进行定义，对仿真参数 进行流形空间表征。
[0048]步骤五，对仿真参数进行流形空间表征并计算其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向环境参数空间的流形建模方法，其特征在于包括以下步骤：1)将候选地区的环境参数数据进行预处理，建立该地区环境参数的数值空间模型；2)利用黎曼流形的几何结构与空间特性，构建环境数值参数对应的流形空间表征；3)根据候选地区在不同时间下的流形空间位置，对仿真参数进行流形空间表征；4)对仿真参数进行流形空间表征并计算其对应的测地线距离，输出环境仿真参数与该地历史环境参数在流形空间中的测地线距离；5)结合环境仿真参数在流形空间中的测地线距离，最终对环境仿真参数的可靠性进行评估。2.根据权利要求1所述的一种面向环境参数空间的流形建模方法，其特征在于，所述建立该地区环境参数的数值空间模型，包括以下步骤：对于候选地区，环境数据库中包含n天的环境参数样本，即该地区的环境参数样本空间表示为A＝{V1,V2,
…
,V
n
}，其中V
i
代表该地区不同时期实测的d维环境参数数据向量，包含风速、温度、高度、光照。3.根据权利要求1所述的一种面向环境参数空间的流形建模方法，其特征在于：所述利用黎曼流形的几何结构与空间特性，构建环境数值参数对应的流形空间表征，具体通过协方差矩阵来对实测的真实环境数据进行流形表征。4.根据权利要求1所述的一种面向环境参数空间的流形建模方法，其特征在于，所述根据候选地区在不同时间下的流形空间位置，对仿真参数进行流形空间表征，包括以下步骤：通过仿真，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：史泽林，向伟，刘云鹏，刘天赐，邬舒航，蓝德岩，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：