一種基于TCN的運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì)

一種基于TCN的運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì)摘要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤炭作為主要能源資源，運(yùn)煤列車逐漸成為國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。但是，運(yùn)煤列車運(yùn)輸過(guò)程中的通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、信息傳輸不及時(shí)等問(wèn)題仍然存在。為了解決這些問(wèn)題，本文提出了一種基于時(shí)序卷積網(wǎng)絡(luò)（TCN）的運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì)。首先，針對(duì)現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，分析了TCN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)和工作原理。然后，設(shè)計(jì)了運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)的TCN控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等模塊。最后，利用MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的可行性和有效性。關(guān)鍵詞：TCN；運(yùn)煤列車；通信網(wǎng)絡(luò)；控制設(shè)計(jì)AbstractWiththecontinuousdevelopmentofChina'seconomy,coal,asthemainenergyresource,graduallybecomesanimportantpartofthenationalenergystrategy.However,theproblemsofunstablecommunicationnetworkandinsufficientinformationtransmissionintheprocessofcoaltransportationbytrainstillexist.Inordertosolvetheseproblems,thispaperproposesacommunicationnetworkcontroldesignforcoaltransportationbytrainbasedontheTime-ConvolutionalNetwork(TCN).Firstly,theadvantagesandworkingprincipleofTCNnetworkwereanalyzedfortheproblemsoftheexistingcommunicationnetwork.Then,TCNcontrolsystemforcommunicationnetworkofcoaltransportationbytrainwasdesigned,includingdataacquisition,datatransmission,dataprocessingandothermodules.Finally,thefeasibilityandeffectivenessofthedesignwereverifiedbyusingMATLABsimulationexperiments.Keywords:TCN;Coaltransportationbytrain;Communicationnetwork;Controldesign1.引言我國(guó)煤炭資源豐富，是我國(guó)能源工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。運(yùn)煤列車作為煤炭運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，?duì)國(guó)家能源戰(zhàn)略的實(shí)施起到了至關(guān)重要的作用。目前，我國(guó)運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)存在著通信不穩(wěn)定、信息傳輸不及時(shí)等問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅影響了煤炭生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)男?，還影響了交通安全和行業(yè)管理。因此，研究如何優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。時(shí)序卷積網(wǎng)絡(luò)（TCN）是一種新興的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。TCN網(wǎng)絡(luò)在時(shí)序數(shù)據(jù)處理和信號(hào)分析方面具有很好的效果，可以將時(shí)間序列信號(hào)轉(zhuǎn)換為高維的時(shí)空信號(hào)，從而提高數(shù)據(jù)處理效率和穩(wěn)定性。因此，利用TCN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)是非?？尚械摹１疚尼槍?duì)運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題，提出了一種基于TCN的運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì)。首先，分析了TCN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)和工作原理。其次，設(shè)計(jì)了TCN控制系統(tǒng)的應(yīng)用框架，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等模塊。最后，使用MATLAB對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和總結(jié)，證明了本設(shè)計(jì)的可行性和有效性。2.TCN網(wǎng)絡(luò)及其原理時(shí)序卷積網(wǎng)絡(luò)（TCN）是一種用于處理時(shí)域序列數(shù)據(jù)的高效卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。與其他卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）相比，TCN網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)并行處理給定的任務(wù)，比如分類、預(yù)測(cè)等，從而顯著提高處理速度。TCN網(wǎng)絡(luò)的核心原理是時(shí)間擴(kuò)張，即將實(shí)體時(shí)間序列與處理單元的虛擬時(shí)間序列擴(kuò)張到多項(xiàng)式時(shí)間序列中，然后用卷積運(yùn)算法對(duì)其進(jìn)行處理。TCN網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不同，傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要是處理輸入之間存在的關(guān)連性，但是它無(wú)法處理時(shí)間序列之間的關(guān)系。TCN網(wǎng)絡(luò)則能夠在不需要循環(huán)結(jié)構(gòu)的情況下處理時(shí)間序列數(shù)據(jù)。3.運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì)3.1數(shù)據(jù)采集模塊運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)需要采集的數(shù)據(jù)主要包括車輛傳感器、通信模塊、GPS等設(shè)備采集的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集需要考慮長(zhǎng)距離傳輸?shù)姆€(wěn)定性，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在不穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)下，需要采用數(shù)據(jù)緩存技術(shù)，以確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)緩存可以通過(guò)使用高速緩存器（SSD）或直接讀取數(shù)據(jù)并在本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法實(shí)現(xiàn)。3.2數(shù)據(jù)傳輸模塊傳統(tǒng)的運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)采用4G網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)分發(fā)器解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。但是，由于4G網(wǎng)絡(luò)在傳輸遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)存在較大的傳輸延遲和不穩(wěn)定性，因此需要使用協(xié)議優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本設(shè)計(jì)使用TCN網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多項(xiàng)式時(shí)間序列，然后通過(guò)協(xié)議優(yōu)化技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康牡?。協(xié)議優(yōu)化技術(shù)有很多，其中流控制協(xié)議（TCP）是最常用的技術(shù)之一。3.3數(shù)據(jù)處理模塊在接收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之后，本設(shè)計(jì)使用TCN網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。TCN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是可以在不同時(shí)間內(nèi)處理不同的數(shù)據(jù)序列。在數(shù)據(jù)處理模塊中，可以使用TCN網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、預(yù)測(cè)和異常檢測(cè)等處理。4.仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析本設(shè)計(jì)通過(guò)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了TCN網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)中的有效性。在仿真實(shí)驗(yàn)中，選擇了不同的通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本文采用了兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，分別是使用傳統(tǒng)的4G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)和使用TCN網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。然后對(duì)比分析兩種算法的傳輸效率和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)中，采用TCN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較分析，可以發(fā)現(xiàn)TCN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率和穩(wěn)定性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的4G數(shù)據(jù)傳輸算法。在傳輸距離較長(zhǎng)時(shí)，4G算法傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存在嚴(yán)重的傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，而TCN算法則更加穩(wěn)定。此外，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析時(shí)，TCN網(wǎng)絡(luò)的處理效率高、準(zhǔn)確性更高，可以為運(yùn)煤列車提供更準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析服務(wù)。5.結(jié)論本文針對(duì)運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題，提出了一種基于TCN的運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了TCN算法具有優(yōu)秀的數(shù)據(jù)處理和分析能力，它可以顯著提高數(shù)據(jù)傳輸效率和穩(wěn)定性。因此，本設(shè)計(jì)可以為運(yùn)煤列車通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供重要的參考和借鑒。參考文獻(xiàn)：[1]QianM,YuL,QinY,etal.IntegratingCNNsandLSTMnetworksforspeechemotionrecognition[J].NeuralComputingandApplications,2020(32):15853-15863.[2]HeZ,ChengX,ZhangY,etal.InvestigatingtheApplicationofDeepLearningTechniqueinMusicGeneration[J].