馬騁

摘要：加油站通過(guò)地下儲(chǔ)油罐儲(chǔ)存燃油，然而過(guò)多的庫(kù)存量會(huì)造成燃油積壓，不利于管理且會(huì)花費(fèi)一定的儲(chǔ)存成本；若庫(kù)存量過(guò)少又可能造成油供應(yīng)不足，不能滿足客戶需求而損壞其形象，最終盈利下降.因此，確定燃油的庫(kù)存量意義重大。本研究旨在建立關(guān)于加油站油品罐存量的模型，并應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為加油站的油品管理工作提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：加油站；油罐儲(chǔ)；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）27-6466-03

Abstract： Gas station by underground storage tanks store fuel， however excessive inventory will cause fuel backlog， not conducive to the management and will spend a certain storage costs； if it is too small and may cause insufficient oil supply， can not meet the customer needs and damaged its image， the final profit decline. Therefore， fuel inventory of great significance. The purpose of this study was to establish a model of the gas station oil tank inventory， and use BP neural network to forecast， to provide the theoretical basis for the gas station oil management.

Key words： gas station； oil tank； BP neural network；

1974年，Werbos 第一個(gè)提出了適合多層網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法，但在當(dāng)時(shí)該算法并沒(méi)有受到足夠的重視及廣泛的應(yīng)用。直到 20 世紀(jì) 80 年代中期，美國(guó)的 PDP（ParallelDistrib uted Procession）小組發(fā)出版了Parallel Distrib utedProcessing 一書(shū)，將該算法應(yīng)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，才使之成為迄今為止最著名的多層網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，即 BP 算法，由此算法訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，稱之為BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于函數(shù)逼近、模式識(shí)別、數(shù)據(jù)壓縮等。

1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于 BP 算法的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，算法成熟，具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，并且具有非線性動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)。BP 算法通過(guò)輸入、輸出數(shù)據(jù)樣本集，根據(jù)誤差反向傳遞的原理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，其學(xué)習(xí)過(guò)程包括信息的正向傳播過(guò)程以及誤差的反向傳播這兩個(gè)過(guò)程，對(duì)其反復(fù)訓(xùn)練，連續(xù)不斷地在相對(duì)誤差函數(shù)梯度下降的方向上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏差的變化進(jìn)行計(jì)算，逐漸逼近目標(biāo)。典型的 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)輸入層、至少一個(gè)隱層和一個(gè)輸出層組成

2 加油站油品罐存量計(jì)算模型建立

對(duì)小橢圓油罐，油罐無(wú)變位時(shí)，首先求得任意油位高度時(shí)油平面的面積，將此面積對(duì)高度積分，得到儲(chǔ)油量計(jì)算值與油位高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。比較儲(chǔ)油量計(jì)算值與真實(shí)值的大小，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)偏差的大小為計(jì)算值的0.0337倍。罐體變位后，利用油罐無(wú)變位和存在縱向傾斜變位兩種情況下，油罐中心軸向豎直切面被油覆蓋部分的面積近似相等的關(guān)系，得到存在縱向傾斜變位時(shí)的油位高度與無(wú)變位時(shí)油位高度的轉(zhuǎn)化關(guān)系。將轉(zhuǎn)化關(guān)系式代入無(wú)變位時(shí)儲(chǔ)油量計(jì)算式，得到儲(chǔ)油量與存在縱向傾斜變位時(shí)的油位高度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；利用蒙特卡洛模擬檢驗(yàn)上述近似的合理性，得到平均相對(duì)誤差為0.3%。發(fā)現(xiàn)在相同高度下，變位后的儲(chǔ)油量總是小于變位前的儲(chǔ)油量，對(duì)罐容表進(jìn)行重新標(biāo)定具有實(shí)際意義。對(duì)實(shí)際儲(chǔ)油罐，無(wú)變位時(shí)，將油罐分成圓柱體和球冠兩部分，分別求得兩部分的儲(chǔ)油量。罐體變位后，首先只考慮縱向傾斜變位，利用上述近似計(jì)算方法，得到存在縱向傾斜變位時(shí)的油位高度與無(wú)變位時(shí)的油位高度之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系式；再考慮橫向偏轉(zhuǎn)，利用幾何關(guān)系，得到考慮橫向偏轉(zhuǎn)前后油位高度之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，將只存在縱向傾斜變位時(shí)的油位高度代換為考慮橫向偏轉(zhuǎn)后的油位高度，建立存在變位時(shí)的油位高度與無(wú)變位時(shí)油位高度的轉(zhuǎn)化關(guān)系。又由無(wú)變位時(shí)儲(chǔ)油量計(jì)算式，并按照小橢圓油罐所得的系統(tǒng)偏差對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，得到儲(chǔ)油量與存在變位時(shí)的油位高度之間的關(guān)系。代入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，借助matlab編程，應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1基本假設(shè)

1） 裝置偏差占儲(chǔ)油量計(jì)算值的比例恒定.

2） 裝置橫向偏轉(zhuǎn)角和縱向偏轉(zhuǎn)角不會(huì)很大.

3） 當(dāng)儲(chǔ)油罐無(wú)變位和縱向傾斜時(shí)，其中心軸向切面被油覆蓋的部分的面積對(duì)應(yīng)相等時(shí)，認(rèn)為無(wú)變位油罐與縱向縱向傾斜油罐儲(chǔ)油量相等.

2.2符號(hào)變量說(shuō)明

[l0]：油罐軸向部分的長(zhǎng)度；[l1]、[l2]：橢圓油罐中油位探針?biāo)谥本€與左右兩側(cè)油罐壁之間的距離；[a]：橢圓長(zhǎng)半軸；[b]：橢圓短半軸；[r]：圓柱體截面半徑；[R]：球冠所在球的半徑；[α]：橫向偏轉(zhuǎn)角；[β]：縱向傾斜角；[V]：儲(chǔ)油量計(jì)算值；[V0]：對(duì)系統(tǒng)偏差進(jìn)行修正后的儲(chǔ)油量的值；[y]：油位探針測(cè)得的油位高度在直角坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)的值；[y1]：油罐傾斜時(shí)油位探針測(cè)得的油位高度值；[y2]：油罐無(wú)傾斜時(shí)的油位高度值。

3 建立模型

3.1小橢圓油罐罐體無(wú)變位時(shí)罐容表的標(biāo)定

罐體無(wú)變位時(shí)，由于出油管等裝置的存在，使得儲(chǔ)油量的計(jì)算值與真實(shí)值不相符。要確定油罐的儲(chǔ)油量，首先需確定這些裝置所引起的偏差，稱為系統(tǒng)偏差。此外由于油位高度測(cè)量時(shí)也會(huì)存在一定的誤差，稱為偶然誤差.罐體無(wú)變位時(shí)，偶然誤差并不明顯，故認(rèn)為導(dǎo)致儲(chǔ)油量計(jì)算值與真實(shí)值存在偏差的主要原因?yàn)橄到y(tǒng)偏差。

系統(tǒng)偏差不可能直接進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可測(cè)得一系列油位高度時(shí)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)油量，同時(shí)，不考慮系統(tǒng)偏差時(shí)，儲(chǔ)油量即為儲(chǔ)油罐的體積，已知儲(chǔ)油罐的幾何尺寸，該體積亦可計(jì)算求得。比較計(jì)算所得儲(chǔ)油量與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的真實(shí)值，即可得系統(tǒng)偏差所引起的實(shí)際儲(chǔ)油量與計(jì)算值之間的偏差.加油站可根據(jù)該偏差對(duì)罐容表進(jìn)行修正，并對(duì)照修正后的罐容表，確定任何油位高度時(shí)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)油量。

可知，儲(chǔ)油量的系統(tǒng)偏差值與計(jì)算值近似成正比關(guān)系.計(jì)算可得不同儲(chǔ)油量油量計(jì)算值時(shí)，對(duì)應(yīng)的偏差值與計(jì)算值的比例均在0.0037左右，故可認(rèn)為此橢圓形油罐儲(chǔ)油量的偏差值占計(jì)算值的3.37%，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。

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