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遗传模拟退火算法优化BP 神经网络的GPS 高程拟合

2021-12-14石晨阳袁晓燕江志成

全球定位系统 2021年5期

石晨阳,袁晓燕,江志成

( 重庆交通大学,重庆 400074 )

0 引 言

随着卫星导航定位技术的快速发展,GPS 技术在各类工程中应用愈加广泛[1]. GPS 技术可以测得某点的大地高,测绘工程中使用的是正常高,需要使用合适的算法求出高程异常值. 目前高程异常拟合研究方法主要有数学模型拟合法、地球重力场模型法和神经网络方法[2-4].

神经网络能够以任意精度逼近任意连续函数及平方可积函数[5-6],在高程异常拟合中应用广泛. 魏宗海[7]认为,BP 神经网络层与层之间初始权值和阈值如果设置不合理,将会导致网络收敛速度慢和陷入局部最优解;李明飞等[8]提出用遗传算法优化BP 神经网络(GA-BP)算法进行高程遗传拟合,但是优良个体急增会导致种群失去多样性,过早收敛从而陷入局部最优. 这说明GA-BP 算法需要进行优化,跳出局部最优陷阱.

本文针对传统BP 神经网络和GA-BP 算法的不足,采用遗传模拟退火算法(SA)优化BP 神经网络算法进行高程遗传拟合,在遗传算法的种群更新中加入SA,解决了收敛速度慢、易陷入局部最优的缺陷,精度和效率得到了明显提高,且能基本满足四等水准测量精度要求.

1 基本原理与方法

1.1 BP 模型

BP 神经网络的训练模式是误差反向传播,它的输入层和输出层为一层,隐含层大于或等于一层. 各层之间的权值和阈值由初始化随机得出,通过反复训练得到最优的权值和阈值. 其具体网络结构如图1所示.

图1 BP 神经网络示意图

下面给出BP 算法步骤[9]:

1)设置各权值和阈值的初始值:wji(0)、θj(0)为小的随机数.

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