一种基于案例和规则的造雪机控制方法

本发明涉及造雪机控制，尤其涉及一种基于案例和规则的造雪机控制方法。

背景技术：

1、目前，国内造雪机大多数配置专用的继电器控制系统，以按钮、时间继电器以及热继电器为核心，辅以各种传感器、开关等，以中间继电器和交流接触器为直接控制对象，实现对造雪机各电气设备的手动控制。部分自动化的造雪机以单片机或plc为逻辑核心，辅以按钮、传感器等，实现对中间继电器和交流接触的控制，从而实现各电器设备的逻辑控制。少部分造雪机配置了基于4g或lora的无线测不同控网络用于机群的集中管理控制。但这些控制系统只能完成自动开关机和固定工况选择等简单的开关控制功能，都依赖于现场工人的工作经验。工人从多年的工作经验出发，结合现场温湿度条件选择合适的电磁阀组合，以控制水气比例，调节雪质。还有些造雪机也只能根据当时的温湿度选择雪质，调节电磁阀开闭组合。而成雪品质除了根当时的温湿度有关，与大气压力、风向风速、风筒姿态有难以量化或定性的关系，更何况山区地形复杂，微气候多变多样，设定时的最佳工况很可能在短时间就变差。

2、对于传统的手动控制系统，各造雪机独立工作，机体上设置各部件的开关按键，由现场工人手动控制造雪机各部件的工作状态，如风机、空压机以及各电磁阀等，并按既定操作规程开机或停机，设置水气比例。这种控制方式简单可靠，但需要多名工人就近进行现场操作和监督造雪机各部件的运行状态，并且各造雪机是否工作在最优状态严重依赖于现场工人的操作。

3、对于利用单片机或plc设计的专用控制系统，工作时需详细了解造雪机系统结构，同时考虑造雪机所处的位置和环境信息。由于所采集的信息和状态比较多，控制逻辑也比较复杂，但也仅限于根据温湿度信息自动开关机，或者选择电磁阀开闭组合调节系统的水气比例。这种控制方式逻辑简单，不能满足复杂的地理环境和气候环境下差异化的造雪需求。

4、对于采用各种网络控制器实现远程控制。该种类型的控制系统可充分利用各网络控制器功能完善、可靠性高、维护方便的优势，实现对造雪机的自动化和网络化控制，如远程设定造雪机机群的工况和定时开关机表。但该种类型的控制系统一般只能满足网络化的机群定时开关机和简单的工况远程设定，控制逻辑功能简单，并不能适合造雪机复杂工作情况的应用。

5、目前，现有技术中的自动化造雪机中，各种控制器内部都有一段控制系统代码，该代码可根据小型气象站采集本地的温湿度信息确定雪质，进而选定电磁阀的开闭组合。该段控制逻辑书面上通常以表格的形式出现，即“造雪天气图”。这个表格一般固化在网络控制器和现场控制器的控制逻辑中，同时贴在造雪机机箱上，为现场工人的实地操作提供参考。从以上的内容可以看出，该个表格虽然简单，但实际上是由具有丰富工作经验的造雪工人和科研工作者深入交流后共同确定的，实现这个表格的计算机代码可以像人类专家一样解决造雪机工作状态确定问题，具备“产生式系统”的基本特征——为解决某一问题而按一定层次联结组成的认知规则系统，即初级的基于规则的造雪机经验系统。

6、现有技术中的一种造雪机的基于规则的造雪机经验系统使用既定规则进行推论或选择，试图从一组起始数据和规则中导出执行指令，是一种简单实用的造雪机经验系统。该类型的造雪机经验系统的缺点主要是规则构造严重依赖专家的经验积累，经验如果不准确，则结果也不准确；其次是基于规则的造雪机经验系统没有自学习能力，更新迭代需要专家经验的不断积累。造雪机控制系统设计中如果不是仅仅考虑可以用造雪天气表格明确表示的“规则”，同时需要考虑造雪机所处的地理位置和环境信息，例如大气压力、风向风速、风筒姿态等难以定量或定性表示的规则，基于规则的造雪机经验系统就变得无能为力。

7、现有技术中的一种造雪机的基于案例的造雪机经验系统方案包括：该系统能够不断学习新的经验，以增加系统求解问题的能力。只要案例覆盖面足够大，基于案例的造雪机经验系统基本上一定能给出相似的案例分析。该类型的造雪机经验系统的缺点包括：当案例数据库逐渐增加时，对软件系统的需求也急剧增加，并不适合造雪机所用的单片机和plc实现，即使是采用网络控制器，也会给服务器带来巨大的负担，并且这些网络化案例是否完全适合单机控制还有待验证。

8、现有技术中的一种造雪机的基于神经网络的造雪机经验系统方案包括：基于神经网络的造雪机经验系统是基于规则的造雪机经验系统的升级版。基于规则的造雪机经验系统通常有固定数量的特征值，规则推导的逻辑比较固定。而基于神经网络的造雪机经验系统特征值数量是动态增加的，没有固定的推导逻辑，借助神经网络强大的学习能力，大规模并行处理能力，能克服无穷推理，组合爆炸等困难，实现自适应推理和联想推理。该类型造雪机经验系统方案的缺点是：基于神经网络的造雪机经验系统需要大量的案例来训练模型，占用大量的内存空间和存储空间，只能应用与大规模的网络化控制系统，且在案例样本较少的时候判定结果往往很差，使用范围严重受限。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供了一种基于案例和规则的造雪机控制方法，以实现对造雪机进行更精确、更合理的控制。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

3、一种基于案例和规则的造雪机控制方法，在造雪机经验系统中存储一定数量的历史案例的造雪机控制参数，所述方法包括：

4、造雪机采集其所在位置的当前气象信息；

5、造雪机将采集的当前气象信息输入到造雪机经验系统中，造雪机经验系统从案例数据库中检索与当前气象信息匹配的历史案例，如果检索到匹配的历史案例，则输出该历史案例下的造雪机控制参数；

6、如果造雪机经验系统未能从案例数据库中检索出与目标案例匹配的历史案例，则基于目标案例的当前气象信息根据规则库中存储的各条规则进行规则推理，推理出目标案例对应的造雪机控制参数；

7、造雪机根据检索或者推理出的造雪机控制参数气象信息产生控制指令，根据控制指令调节水量和气量的电磁阀组，控制造雪量和调节成雪品质。

8、优选地，所述的在造雪机经验系统中存储一定数量的历史案例的造雪机控制参数，包括：

9、当采用二元组形式的案例描述造雪机经验系统的历史案例时，造雪机控制参数为<气象信息；控制参数>结构；

10、当采用三元组形式的案例描述造雪机经验系统的历史案例时，造雪机控制参数为<气象信息；控制参数；成雪质量>结构；

11、在造雪机经验系统中的案例数据库中存储一定数量的历史案例的造雪机控制参数，每个历史案例对应一种造雪机控制参数。

12、优选地，所述的造雪机采集其所在位置的当前气象信息，包括：

13、造雪机实时监测和采集其所在位置的当前气象信息，该当前气象信息包括环境温度、湿度、风速和风向，造雪机根据采集的当前气象信息通过案例描述生成目标案例；

14、当造雪机采集的环境温度低于成雪所需的最高温度时，启动造雪机开始造雪。

15、优选地，所述的造雪机将采集的当前气象信息输入到造雪机经验系统中，造雪机经验系统从案例数据库中检索与当前气象信息匹配的历史案例，如果检索到匹配的历史案例，则输出该历史案例下的造雪机控制参数，包括：

16、在预设决策树时，采用分级的形式，根据id3算法或c4.5算法合理安排树的节点和分支，根据案例数据库中各个历史案例的造雪机控制参数确定在每个根节点和叶子节点上要使用的特征，在决策树设计中将根节点和叶子节点上的环境温度特征分为高温、中温和低温三类特征，将湿度特征分为低湿、中湿和高湿三类特征，将风速特征分为弱风和强风两类特征，将风向特征分为顺风、侧风和逆风三类特征，工作参数特征包括各水阀和气阀的开关状态，以及风筒的工作姿态；

17、造雪机将采集的当前气象信息目标案例输入到所述造雪机经验系统中，造雪机经验系统在决策树上执行自顶向下的贪心搜索过程，从根节点开始，搜索目标案例中相应的特征属性，并按照特征属性值选择输出分支，直到到达叶子节点，将该叶子节点作为与目标案例匹配的历史案例，输出该叶子节点对应的造雪机控制参数作为决策结果。

18、优选地，所述的如果造雪机经验系统未能从案例数据库中检索出与目标案例匹配的历史案例，则基于目标案例的当前气象信息根据规则库中存储的各条规则进行规则推理，推理出目标案例对应的造雪机控制参数，包括：

19、如果造雪机经验系统未能从案例数据库中检索出与目标案例匹配的历史案例，在检出最紧邻的历史案例时，计算目标案例与各个历史案例之间的距离，为每个历史案例的距离增加一个权重，使得距离近的历史案例得到更大的权重，将每个历史案例的距离和权重的加权平均值按照递增关系进行排序，将案例间相似度具有最大的加权平均值的历史案例判定为最紧邻案例；

20、根据造雪机实际结构建模确定规则库中各条推理规则，根据所述最紧邻案例按照规则库中各条推理规则进行推理，推理出目标案例对应的造雪机控制参数。

21、优选地，所述的方法还包括：

22、当需要修正造雪机工作状态时，对案例数据库中的案例进行修正，如果案例数据库中没有指定气象信息下的案例，则按既定规则对指定气象信息下的案例进行描述，在案例数据库中增加该指定气象信息下的案例的新条目；如果案例数据库中已存在指定气象信息下的案例，则在指定气象信息下的案例下添加新的子条目。

23、如果某案例的控制参数应用时间最长或者成雪质量最好，则要对该案例赋予该气象信息下所有子条目里最高的优先级；若新案例的控制方案应用成雪效果不佳或者从来没有与目标案例所匹配，则将该新案例删除出案例数据库。

24、由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明方法融合了理论推导的研究成果和现实的经验总结，取代现场工人对造雪机进行更精确、更合理的控制，同时能对环境信息做出实时的调整，减少了人力需求，提高了系统的可靠性。

25、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。