[發(fā)明專利]基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)的對(duì)電力生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)的方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201710567980.7 | 申請(qǐng)日: | 2017-07-11 |
| 公開(公告)號(hào): | CN109255440B | 公開(公告)日: | 2020-08-04 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 趙繼勝 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 上海有孚網(wǎng)絡(luò)股份有限公司 |
| 主分類號(hào): | G06N3/08 | 分類號(hào): | G06N3/08;G06Q10/00;G06Q10/04;G06Q50/06 |
| 代理公司: | 上海段和段律師事務(wù)所 31334 | 代理人: | 郭國(guó)中 |
| 地址: | 200433 上海市*** | 國(guó)省代碼: | 上海;31 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 基于 遞歸 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) rnn 電力 生產(chǎn) 設(shè)備 進(jìn)行 預(yù)測(cè) 維護(hù) 方法 | ||
1.一種基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)電力生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)的方法,其特征在于,包括:
步驟一,通過(guò)用戶數(shù)據(jù)源導(dǎo)入電力生產(chǎn)環(huán)境下的各個(gè)設(shè)備的監(jiān)控歷史數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)選取過(guò)去2年的記錄,以1小時(shí)作為時(shí)間間隔生成序列化數(shù)據(jù)樣本集;
步驟二,數(shù)據(jù)預(yù)處理,對(duì)于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練,需要?dú)w一化數(shù)據(jù)以保障不同時(shí)間點(diǎn)的傳感器狀態(tài)都以token的形式表達(dá);歸一化是將數(shù)據(jù)映射到[0,n]的區(qū)間內(nèi),這里n取值為5;對(duì)于不同傳感器,數(shù)據(jù)的類型和范圍都有不同,因此需要用戶自定義的歸一化方法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理;
步驟三,用于訓(xùn)練的數(shù)據(jù)樣本包含多個(gè)時(shí)序數(shù)據(jù),取決于被監(jiān)控的設(shè)備的數(shù)量,樣本生成過(guò)程中需要人工進(jìn)行故障狀態(tài)標(biāo)注,并非所有時(shí)序數(shù)據(jù)都需要標(biāo)記,對(duì)于運(yùn)行一直正常的設(shè)備,無(wú)須標(biāo)記;
步驟四,本項(xiàng)發(fā)明采用遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),由多次隱含層構(gòu)建,允許多組時(shí)序數(shù)據(jù)輸入,預(yù)設(shè)的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為輸入層分為N組,每組100節(jié)點(diǎn),共計(jì)100X N節(jié)點(diǎn),2個(gè)隱含層,每層256節(jié)點(diǎn),一個(gè)M節(jié)點(diǎn)輸出層,N取決于輸入時(shí)序數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù),M取決于預(yù)測(cè)錯(cuò)誤向量的長(zhǎng)度,即需要預(yù)測(cè)錯(cuò)誤狀態(tài)的設(shè)備的數(shù)量;輸入層的每一組中的節(jié)點(diǎn)分別與隱含層相連;
步驟五,模型驗(yàn)證通過(guò)驗(yàn)證集來(lái)判定是否模型可以通過(guò)驗(yàn)證集的輸入預(yù)判樣本中的存在的潛在故障,并計(jì)算預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率,通過(guò)準(zhǔn)確率進(jìn)行模型調(diào)優(yōu)的迭代式過(guò)程,逐步選取最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)配置;每次迭代生成多個(gè)模型,并由TestModel對(duì)多個(gè)模型進(jìn)行驗(yàn)證,取的精度最高的模型model_confbest,將model_confbest作為ModelTuning的輸入獲得下一組模型配置;
步驟六,將生成的模型應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入,用來(lái)預(yù)判潛在的設(shè)備異常與故障;
訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和驗(yàn)證數(shù)據(jù)集由數(shù)據(jù)預(yù)處理和樣本標(biāo)記過(guò)程來(lái)生成,模型配置設(shè)置為預(yù)設(shè)模型;進(jìn)入迭代循環(huán)后,每次通過(guò)單前模型配置訓(xùn)練并構(gòu)建遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,然后通過(guò)TestModel來(lái)驗(yàn)證模型精度,如果精度比之前的最高精度高,則記錄新的最高精度,否則將重試次數(shù)加1,表示需要搜索不同的配置;重構(gòu)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的操作由ModelTuning來(lái)完成,通過(guò)對(duì)當(dāng)前配置進(jìn)行重構(gòu),獲得新的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)配置,供下一次建模使用;ModelTuning由用戶定義,用戶對(duì)不同RNN配置構(gòu)建搜索空間,并確定搜索策略,當(dāng)重試次數(shù)超過(guò)預(yù)期,或精度達(dá)到預(yù)期,迭代過(guò)程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)電力生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)的方法,其特征在于建立一個(gè)以Apache Spark運(yùn)算框架為基礎(chǔ)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)建模機(jī)制,以Spark對(duì)數(shù)據(jù)分布和并行化的良好支持,實(shí)現(xiàn)高效的計(jì)算和模型構(gòu)建,評(píng)估以及調(diào)優(yōu);所有數(shù)據(jù)樣本均由Spark數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)RDD進(jìn)行維護(hù),簡(jiǎn)化了從數(shù)據(jù)預(yù)處理到機(jī)器學(xué)習(xí)建模以及迭代的整個(gè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)交換開銷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)電力生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)的方法,其特征在于選擇的機(jī)器學(xué)習(xí)模型以遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基準(zhǔn),結(jié)合LSTM,形成對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)的特征提取和模式判別。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)電力生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)的方法,其特征在于提出多層次用戶可定制功能,具體包括用戶定義數(shù)據(jù)處理邏輯,用戶定義數(shù)據(jù)標(biāo)記方法,和用戶定義的模型調(diào)優(yōu)機(jī)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)電力生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)的方法,其特征在于用戶定制接口通過(guò)擴(kuò)展Spark Zeppelin交互式操作接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)電力生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)的方法,其特征在于支持多層次的用戶定義的模型調(diào)優(yōu)機(jī)制,包括用戶定義的調(diào)優(yōu)搜索空間和用戶定義的搜索方法。
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