RCMNAAPE在旋转机械故障诊断中的应用

针对精细复合多尺度排列熵(RCMPE)无法充分提取旋转机械振动信号中的故障信息,从而导致旋转机械故障识别准确率不稳定这一缺陷,提出了一种基于精细复合多尺度归一化幅值感知排列熵(RCMNAAPE)、拉普拉斯分数(LS)和灰狼算法优化支持向量机(GWO-SVM)的旋转机械故障诊断方法。首先,利用幅值感知排列熵替换了RCMPE中的排列熵,提出了RCMNAAPE,并将其用于提取旋转机械振动信号的故障特征生成特征样本;随后,采用了LS从原始的高维故障特征向量中筛选出较少的能够更准确描述故障状态的特征,构造敏感特征样本;最后,将低维的故障特征向量输入由灰狼算法优化的支持向量机中进行了训练和测试,完成了旋转机械样本的故障识别和分类,利用滚动轴承和齿轮箱故障数据集将RCMNAAPE-LS-GWO-SVM与其他故障诊断方法进行了对比分析,并开展了评估。研究结果表明:基于RCMNAAPE-LS-GWO-SVM的故障诊断方法能够有效识别旋转机械的各类故障,其识别准确率高于其他对比的故障诊断方法,其中滚动轴承故障的识别准确率达到99.33%,齿轮箱故障的识别准确率达到98.67%。虽然,该方法的特征提取效率不佳,平均特征提取时间分别为153.02 s和163.98 s,仅优于精细复合多尺度模糊熵(RCMFE),但其综合性能更加优异。

基于HRCMFDE、LS、BA-SVM的行星齿轮箱故障诊断

针对行星齿轮箱的特征提取以及故障识别问题,提出了一种基于混合精细复合多尺度波动散布熵(HRCMFDE)特征提取、拉普拉斯分数(LS)特征降维优化和蝙蝠算法优化支持向量机(BA-SVM)故障识别的行星齿轮箱故障诊断方法。首先,提出了一种新的时间序列复杂度测量方法—HRCMFDE(其由5种不同粗粒化方式的RCMFDE组成,具备更全面和可靠的特征提取性能),用于从振动信号中挖掘出反映行星齿轮箱状态的故障信息,构成初始的混合故障特征;然后,考虑到由HRCMFDE组成的故障特征具有较高的维数和冗余,利用LS对初始特征进行了优化,生成了低维的敏感特征;最后,利用基于蝙蝠算法优化的支持向量机,对行星齿轮系不同故障特征向量进行了训练和分类,利用真实故障数据集对基于HRCMFDE、LS、BA-SVM的方法进行了验证。研究结果表明:利用行星齿轮箱数据集对该方案进行的有效性实验,能够准确地识别出齿轮箱的不同故障,其单次分类的准确率达到了98.13%,多次分类的平均准确率也优于对比方法;该结果验证了基于混合精细复合多尺度波动散布熵特征提取的有效性,采用该方法能够对行星齿轮箱的故障进行诊断。

基于M-WDLS和PCA的转子故障诊断方法

针对不同故障特征属性交互重叠导致的故障类别辨识困难问题,提出一种基于Manhattan距离作为特征之间相似度信息测度的权值判别拉普拉斯分值特征选择方法.该方法采用Manhattan距离衡量高维特征矢量之间的相似度,并将数据样本标记信息融入权值计算中以增强权值的判别性,提升了LS算法的敏感特征筛选性能.将M-WDLS和主成分分析相结合,提出基于M-WDLS和PCA的转子故障诊断方法.首先提取原始振动信号的时域、频域、时频域特征构造混合域特征集;然后利用M-WDLS选择敏感特征组成敏感特征矩阵;最后对敏感特征矩阵进行PCA降维处理,并将结果输入到K-近邻分类器中进行模式识别.对比实验的结果表明,该方法能有效提取转子系统振动信号的状态特征,有助于提高故障辨识的准确率.

婴幼儿奶粉中多种掺假物近红外高光谱图像检测方法

奶粉市场是食品掺假行为频发领域,其中婴幼儿配方奶粉价格高,其质量是消费者、生产企业和执法部门关注的重点。近红外高光谱成像(Near infrared-hyperspectral imaging,NIR-HSI)技术结合化学计量学和机器学习算法可以检测奶粉中单一掺假物含量。基于NIR-HSI技术研究了不同品牌婴幼儿奶粉中多掺假物(三聚氰胺、香兰素和淀粉)的定量预测。对基于像素点预处理后的高光谱图像划分感兴趣区域(Region of interest,ROI),提取ROI平均光谱。基于经典的过滤式特征选择算法拉普拉斯分数(Laplacian score)(无监督)和ReliefF(有监督)挑选建模关键变量,建立偏最小二乘回归模型(Partial least squares,PLS)。开发包含自定义选择层的一维卷积神经网络模型(One-dimensional convolutional neural networks,1DCNN)。自定义层根据权重系数绝对值,可确定重要波长变量。Laplacian score-PLS模型对预测集中奶粉、三聚氰胺、香兰素和淀粉质量分数预测结果均方根误差分别为0.1110%、0.0570%、0.0349%和0.3481%。ReliefF-PLS模型对预测集中奶粉、三聚氰胺、香兰素和淀粉预测结果均方根误差分别为0.1998%、0.0540%、0.0455%和0.1823%。1DCNN模型对预测集中奶粉、三聚氰胺、香兰素和淀粉质量分数预测结果均方根误差分别为0.8561%、0.0911%、0.0644%和0.2942%。对Laplacian score、ReliefF和自定义选择层挑选出的前15个重要波长进行对比分析,不同特征选择方法挑选的特征波长子集有所区别,但都选择1210、1474、1524、1680 nm等附近波长。基于ReliefF-PLS模型的可视化结果表明了其良好的预测能力。

基于LS和MTS的两阶段滚动轴承故障特征选择方法

滚动轴承故障预测和健康管理(PHM)方法可以提取大量的故障特征数据,这些数据虽然有很大的潜在价值,但也存在高维、高冗余性的特点,难以直接分析和利用。因此,针对轴承故障特征数据的特点,以去除数据冗余性、筛选敏感特征为目的,提出两阶段特征选择算法。该方法的第1阶段采用拉普拉斯得分(LS)对原始特征按局部保持能力进行排序,利用互信息聚类算法删除特征集中的冗余特征。第2阶段采用多变量模式识别中的马田系统(MTS)方法对剩余特征进行综合评价,挖掘对故障分类更有效的特征。轴承退化仿真试验数据验证结果表明,提出的两阶段特征选择算法可以有效地去除冗余度、提高故障监测准确率,可以有效的运用到滚动轴承的初期故障检测中。

基于流形学习的约束Laplacian分值多标签特征选择

多标签特征选择是针对多标签数据的特征选择技术,提高多标签分类器性能的重要手段。提出一种基于流形学习的约束Laplacian分值多标签特征选择方法(Manifold-based Constraint Laplacian Score,M-CLS)。方法分别在数据特征空间和类别标签空间定义两种Laplacian分值:在特征空间利用逻辑型类别标签的相似性对邻接矩阵进行改进,定义特征空间的约束Laplacian分值;在标签空间基于流形学习将逻辑型类别标签映射为数值型,定义实值标签空间的Laplacian分值。将两种分值的乘积作为最终的特征评价指标。实验结果表明,所提方法性能优于多种多标签特征选择方法。

基于高斯混合模型的居民聚合响应潜力多重置信评估

针对居民用电负荷与源端出力多变背景下传统电力系统运行灵活性不足的现实问题,需求响应可有效提高系统运行灵活性与安全经济效益,价值尤为凸显,而响应潜力的精细化评估是其重要基础支撑。文中提出一种在缺少历史响应数据支撑时基于高斯混合模型的聚合响应潜力评估方法。首先,通过家庭及相似日的两次聚类分析选取典型样本数据,强化数据的代表性;然后,引入高斯混合模型精准挖掘家庭用电行为的概率分布,形成单个家庭的响应潜力;最后,自下而上加权汇总,实现多重置信情景下聚合需求响应潜力的评估。实验分析表明该方法能够仅从历史用电数据中挖掘出小时级的居民需求响应潜力信息,充分反映用电负荷分布及响应潜力分布特征,并通过对比分析验证了两次聚类选取典型样本数据的有效性。

滚动轴承故障特征选择的Filter与改进灰狼优化混合算法

为了从原始高维特征空间中选择最具鉴别能力的特征,提高轴承故障诊断精度,提出了一种Filter与改进灰狼优化混合的故障特征选择算法。首先,针对滚动轴承的原始振动信号,利用一种基于Hilbert-Huang变换的时频域特征提取策略建立高维敏感特征集合。然后,通过由ReliefF算法与拉普拉斯分数构成的混合Filter方法对原始特征集合进行相关性评估并快速筛选重要特征,从而完成特征集合的一次预选。最后,引入改进灰狼优化算法对预选特征集合进行二次筛选,实现冗余特征去除的同时,完成对支持向量机模型参数的优化。利用旋转机械振动试验台获取故障轴承数据进行了验证,试验结果表明,该方法显著提高了分类器模型的诊断准确率,有效实现了故障数据集的特征降维,并且与同类方法相比,所提方法具有更好的综合性能。

基于改进拉普拉斯分值的开关柜故障特征选择和诊断方法

为及时发现和预防开关柜的故障缺陷,设计了开关柜故障诊断特征量监测方案,选取反映开关柜绝缘、机械、温升和电弧等不同类型故障的特征量作为诊断指标,以获得开关柜故障原始特征集合;通过引入权重因子,对拉普拉斯分值和费舍尔分值进行加权,前者表征特征子集对邻近样本的局部保持能力,后者表征特征子集对非邻近样本的全局分离能力,从而形成改进的拉普拉斯分值对故障特征量重要度进行排序;利用模糊支持向量机分类器对特征子集进行校验,进而得到最优的开关柜故障特征子集;通过马氏距离量化故障特征量与标准样本的相似度,由此实现开关柜的故障诊断。通过对某开闭所中开关柜监测数据的实例分析,验证了提出方法的正确性。

基于拉普拉斯分值和模糊C均值聚类的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承故障振动信号的非平稳特征和故障征兆的模糊性,提出了基于拉普拉斯分值和模糊C均值(FCM)聚类的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先在时域和频域对滚动轴承振动信号进行特征提取,组成初始特征向量;然后利用拉普拉斯分值进行特征选择,形成故障特征向量;最后以FCM聚类为故障分类器,实现滚动轴承不同故障类型的识别。应用实例和对比实验表明,该方法能有效提取滚动轴承振动信号特征,诊断滚动轴承故障。

基于部分集成局部特征尺度分解与拉普拉斯分值的滚动轴承故障诊断模型

提出了一种基于部分集成局部特征尺度分解(Partly ensemble local characteristic-scale decomposition,PELCD)、拉普拉斯分值(Laplacian score,LS)特征选择和基于变量预测模型模式分类(Variable predictive model based class discrimination,VPMCD)的滚动轴承故障诊断模型。PELCD是新提出的一种基于噪声辅助数据分析方法,克服了局部特征尺度分解的模态混淆问题,与传统的基于噪声辅助数据分析方法相比有一定的优越性,论文将其应用于滚动轴承振动信号的预处理。之后提取振动信号PELCD分量的时域和频域统计特征及振动信号的时频联合域特征;同时为了降低特征向量维数,提高诊断效率,采用LS优化特征向量。再将优化的特征向量输入到VPMCD分类器进行训练和测试。滚动轴承实验数据分析结果表明该模型能够有效地诊断故障程度和故障类型。

姿态估计和跟踪结合的运动视频关键帧提取

提出姿态估计和特定部位跟踪相结合的动作视频关键帧提取算法。首先利用非确定人体部位的时间连续性保持提高基于柔性部件铰接人体模型的单帧图像人体姿态估计准确率,通过实施数据降维得到局部拓扑结构表达能力强的判别性运动特征向量,采用极值判定原理确定候选关键帧集合。然后利用ISODATA动态聚类算法,通过初始聚类中心优化、基于语义的关键帧集合增强等策略确定关键帧。实验表明文中算法具有较高的关键帧提取准确率和召回率,支持基于语义的关键帧提取。提取的视频关键帧可以用于运动视频压缩和批注审阅。

基于RBF神经网络的头相关传输函数的个性化建模方法

采用主成分分析方法提取头相关传输函数(head-ralated transfer function,HRTF)的个性化系数,计算了影响HRTF的人体参数的拉普拉斯得分,并联合Pearson相关系数提取出对HRTF影响显著的关键人体参数;构建了径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络,学习关键人体参数到头相关传输函数个性化系数的非线性映射模型,利用简单的人体参数测量估计出待测者的个性化头相关传输函数.通过实验仿真与偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)法比较可知。

基于拉普拉斯权重的低速重载设备声发射信号趋势分析

利用声发射技术对低速重载设备进行状态监测是目前较为常用的手段之一。但由于声发射信号的特征量众多,且各个特征量对故障的敏感程度不同,因此,在设备状态趋势分析中选择合适的特征量来反映设备的劣化趋势则显得尤为重要。提出了基于拉普拉斯权重的低速重载设备声发射信号趋势分析方法。根据拉普拉斯映射原理,利用样本间的聚类特性,对声发射的各个特征量的重要性进行排序分析,并以此作为权重系数,将原来的多个特征量融合得到一个综合特征LA。该特征不仅能反映出声发射产生的物理过程,又能突出关键特征量的作用。利用高炉皮带轴承的实测数据进行验证,实验结果表明,新方法能有效地刻画低速重载轴承的劣化趋势,综合特征LA对轴承的故障严重程度较敏感。

改进的基于DCT与局部保持投影的人脸识别方法

引入基于局部保持能力判据的特征选择算法对融合离散余弦变换(DCT)和局部保持投影的人脸识别方法进行改进.首先对人脸图像进行DCT变换,得到DCT系数,然后以不同频率DCT系数的拉普拉斯值作为局部保持能力判据对DCT系数进行选择,最后对选出的DCT系数执行局部保持投影算法提取识别特征,在ORL人脸数据库上的实验结果证明了该方法的有效性.

基于FESS的混合模型脑图像分割方法

提出一种基于FESS的混合模型脑图像分割方法。其特点在于生成模型与判别模型得到了有效结合。生成模型通过条件随机场融合体素点的灰度信息、形状信息以及区域相邻关系,实现对脑子结构外观特征的描述。在此基础上,利用生成模型将训练样本映射到FESS特征空间;判别模型中采用LS-SVM分类器并将数据场应用于混合分割模型的训练过程中,降低了判别模型由于训练数据不平衡而引起的性能波动并提高其泛化能力。实验结果表明,与若干前沿的脑图像分割方法相比,该方法具有更好的分割质量和性能。

非线性等值转换在大规模教育考试中的应用研究

通过例证分析了线性转换(标准分转换)存在的问题,研究等值转换应该实现的基本目标;通过例证分析研究应用LI函数完成的L-变换,并将导出的"水平分"LS与T标准分进行比较。结果表明:L-变换在保持变换前后分数分布形态不变、均值趋于统一的前提下,还能实现各版本原始最高分统一变换为设定满分,原始零分仍为零分。L-变换克服了"T标准分"难以直观反映考生水平的问题,特别是解决了"T标准分"带来的不同版本考试中拔尖考生的成绩横向可比性问题。从而实现了针对不同考试版本、不同科目组合,都可以统一划定录取分数线。为"科目任意组合,录取统一划线"找出了科学的方法,提供了可靠的依据。

一种用于阿尔茨海默病分类的二阶段多任务特征选择算法

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)具有数据量少、多模态以及高维度等特点.为了对AD进行有效的预测,首先提出一个基于类内方差最小化的多任务特征选择(minimum intra-class variance-based multitask feature selection,MIVMTFS)算法,然后结合基于有效距离的拉普拉斯分数特征选择(effective distance-based laplacian score feature selection,EDLSFS)算法和MIVMTFS算法,提出一种二阶段多任务特征选择(two-stage multi-task feature selection,TSMTFS)算法.TSMTFS算法先利用EDLSFS算法在保持特征局部结构的情况下对原始样本特征进行无监督预降维,再利用MIVMTFS算法对降维后的特征进行有监督地再降维,最终获得一个精简特征子集.实验部分主要包括AD的2个二分类任务,并分别对单模态数据和多模态数据进行实验.实验结果验证了TSMTFS算法在AD领域能够缓解单模态特征选择的信息不够充分、样本量少以及特征维度高等不足.

基于DCT域内拉普拉斯值排序的人脸识别方法

基于DCT域内的人脸识别方法的关键是如何选择有效的DCT系数,提出了一种基于DCT域内拉普拉斯值排序的人脸识别方法。首先将图像划分为若干个大小相同的子块,对每一个子块进行DCT变换,得到分块DCT系数,然后利用拉普拉斯值作为局部保持能力判据选择那些能够很好保持样本流形结构的分块DCT系数,最后对选定的DCT系数执行LPP算法提取识别特征,在ORL和Yale人脸数据库上的实验结果证明了该方法的有效性。

基于标签重构的弹载毫米波距离像识别算法

毫米波引信通过发射宽带信号获得目标的精细结构信息,然而在非合作目标的探测与识别过程中,由于缺乏目标的类别信息,大量的目标样本无法得到充分的利用。针对这一问题,将基于拉普拉斯得分(LS)的监督特征选择算法推广到半监督情况,得到基于标签重构的拉普拉斯得分算法(LRLS),并应用到非合作目标的识别中。LRLS的理论框架与LS相同,并利用标签重构技术获得半监督情况下的图拉普拉斯矩阵。为了更好地描述高维目标样本的相似性,在标签重构的过程中使用测地距离代替欧氏距离。实验结果表明,相对于传统的特征选择算法,LRLS能够得到更好的识别效果。