基于信息几何与集成学习的列车转向架故障诊断技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61803022
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0308.智能制造自动化系统理论与技术
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

To deal with the lack of generalization ability of fault diagnosis for bogies caused by typical factors, this research combines the Information Geometry and Ensemble Learning, aiming at those typical factors, to study the generalized fault diagnosis for bogies from the data layer, the feature layer and the diagnosis layer..By using information geometry theory, on the data layer, this research employs the information manifold hypothesis to the nonlinear noise reduction and preprocess, so as to solve the problems of nonlinear noise and data corruption; on the feature layer, this research employs the topology analysis to extract features effectively and also reduce the dimensionality..By using ensemble learning structure, firstly, this research employs the information geometry to optimize the machine learning and learning machine generation algorithms; then, ① to deal with the varying work condition, this research employs the depth structure, the selection and ensemble algorithms of learning machines, to enhance the generalization ability of algorithms, so as to diagnose faults under the varying work condition; ② to deal with the lack of training data, this research employs the heterogeneous ensemble learning, combined with Incremental Learning, and update the knowledge continuously, so as to solve the lack of training data and improve the generalization ability of fault diagnosis..Finally, typical bogies are used to verify the proposed generalized fault diagnosis methods. This research will be meaningful and beneficial to the development and application of fault diagnosis technology.
为突破典型因素影响下的列车转向架故障诊断方法泛化能力不足的难题,本项目融合信息几何的理论优势与集成学习的泛化性优势,围绕转向架诊断泛化性制约因素,从数据层、特征层及诊断层开展转向架强泛化故障诊断研究。.在信息几何理论下,数据层上利用信息流形假设,研究非线性降噪及预处理,突破非线性噪声干扰、数据破损污染等问题;特征层上利用流形拓扑结构分析,有效提取故障特征,并对其降维优化。.在集成学习框架下,首先用信息几何自适应优化元学习算法;在此基础上,①针对转向架工况多维波动,揭示基学习器生成机理,探索融合深度结构,通过学习器集成及选择策略,充分挖掘泛化性能,实现工况多维波动下的故障诊断;②针对初始数据匮乏,利用异质学习器集成,结合增量学习,在线持续更新知识,克服初始数据匮乏的不利影响,提升转向架诊断的泛化性能。.最后,以现场实际数据为对象试验验证,形成具有宽泛适用性的强泛化高精度转向架故障诊断方法体系。

结项摘要

本项目针对列车转向架故障诊断技术研究及应用中的强泛化性需求,聚焦由于非线性噪声干扰、数据破损污染、特征提取困难、运行工况波动、初始数据匮乏等典型因素影响下的转向架故障诊断泛化能力不足的难题,深入研究列车转向架故障诊断中的非线性信号的流形几何表征机理及建模分析、流形拓扑特征提取及表征能力优化及面向泛化能力增强的转向架故障诊断算法构建及优化等关键技术,从数据层、特征层、诊断层等全面提升了转向架故障诊断方法的泛化性能,符合“需求牵引,突破瓶颈”属性。.1、针对非线性信号的流形几何表征机理及建模分析的难题,提出了基于邻域分布信息约束的局部投影非线性降噪、基于自适应分解与tile-coding谱编码的信号消噪预处理方法。.2、针对转向架信号的流形拓扑特征提取及表征能力优化的难题,提出了基于流形学习与奇异值分解的转向架特征分析、基于奇异值完全分解的转向架早期故障特征分析、基于子信号趋势分析的转向架早期故障特征提取等方法。.3、针对面向泛化能力增强的转向架故障诊断算法构建及优化的难题,提出了基于信息几何与支持向量机的元故障分类器构建、基于固定字典极限学习机的转向架变工况故障诊断、基于自适应多分类马氏田口系统的转向架轴承变工况故障诊断、基于Fast Kurtogram和深度残差学习的转向架变工况故障诊断、基于图论半监督学习的转向架轴承少样本故障诊断、基于流形对比表示学习的转向架轴承在线更新故障诊断、基于无标度收缩宽度学习的转向架轴承在线更新故障诊断、基于混沌集成在线框架的转向架故障状态估计器构建等方法。.负责人已发表学术论文6篇,其中IEEE Transactions 等高水平SCI/EI期刊论文5篇,EI会议论文1篇;授权专利4项,受理专利2项,软件著作权1项。项目组培养了博士毕业生4人,硕士毕业生4人,成功晋升副教授2人次;参与组织承办了2021中国工程院国际工程科技战略高端论坛“高速铁路安全保障与治理”等国际学术会议7次。.技术成果已经成功应用到CRH380、复兴号等高速列车上,支撑有效缩短了检修周期:定期检修效率提高20%以上;延长了使用寿命:关键设备使用寿命延长10%;提升了列车可用性:可用性提高10%;支撑实现的“高速列车一体化主动安全保障系统”入选国家“十三五”科技创新成就展,并被列为重点展项。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
An Adaptive Multisensor Fault Diagnosis Method for High-Speed Train Traction Converters
高速列车牵引变流器自适应多传感器故障诊断方法
  • DOI:
    10.1109/tpel.2020.3034190
  • 发表时间:
    2021-06-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Dong, Honghui;Chen, Fuzhao;Man, Jie
  • 通讯作者:
    Man, Jie
Fully Decomposed Singular Value and Fixed Dictionary Extreme Learning Machine for Bogie Fault Diagnosis
用于转向架故障诊断的全分解奇异值和固定字典极限学习机
  • DOI:
    10.1109/tits.2021.3089181
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems
  • 影响因子:
    8.5
  • 作者:
    Yakun Zuo;Ning Wang;Limin Jia;Huiyue Zhang;Zhipeng Wang;Yong Qin
  • 通讯作者:
    Yong Qin
UAV-LiDAR-Based Measuring Framework for Height and Stagger of High-Speed Railway Contact Wire
基于无人机-激光雷达的高铁高程与错距测量框架
  • DOI:
    10.1109/tits.2021.3071445
  • 发表时间:
    2021-05-23
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS
  • 影响因子:
    8.5
  • 作者:
    Geng, Yixuan;Pan, Fengjun;Li, Shiqi
  • 通讯作者:
    Li, Shiqi
Chaotic Ensemble of Online Recurrent Extreme Learning Machine for Temperature Prediction of Control Moment Gyroscopes.
用于控制力矩陀螺仪温度预测的在线循环极限学习机混沌集合
  • DOI:
    10.3390/s20174786
  • 发表时间:
    2020-08-25
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu L;Zhang Q;Wei D;Li G;Wu H;Wang Z;Guo B;Zhang J
  • 通讯作者:
    Zhang J

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其他文献

Effects of Enclosure on Plant and Soil Nutrients in Different Types of Alpine Grassland
围封对不同类型高寒草地植物和土壤养分的影响
  • DOI:
    10.5814/j.issn.1674-764x.2020.03.006
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Journal of Resource and Ecology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王芳;何永涛;付刚;牛犇;张豪睿;李猛;王志鹏;王向涛;张宪洲
  • 通讯作者:
    张宪洲
有限元分析在腰椎手法治疗中的生物力学研究进展
  • DOI:
    10.16156/j.1004-7220.2017.03.015
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  • 作者:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    王志鹏;吴杰;赵正强;张宏文;梅卫江
  • 通讯作者:
    梅卫江
城市居住区绿地空间对居民健康的影响:基于合肥两社区的研究
  • DOI:
    10.13213/j.cnki.jeom.2020.19789
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    环境与职业医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王志鹏;王薇;沈梦;顾元辰;杨昕翰
  • 通讯作者:
    杨昕翰
充水软弱基底排土场稳定性分析及排弃参数优化
  • DOI:
    10.13347/j.cnki.mkaq.2021.01.044
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    煤矿安全
  • 影响因子:
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  • 作者:
    秦涛;任鹏;王志鹏
  • 通讯作者:
    王志鹏

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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