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基于代理辅助多目标结构寻优的零样本故障诊断方法研究

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基于代理辅助多目标结构寻优的零样本故障诊断方法研究

作者：白晓露太原科技大学

学位级别：硕士

随着物联网和人工智能技术的快速发展,故障诊断技术在机械设备所产生的海量数据催化下已迈向数据驱动时代。以这些数据为基础,对其进行挖掘、分析、预测及诊断等新兴技术,已逐渐成为确保机械设备持久安全运作的基石。而滚动轴承作为如... 详细信息

随着物联网和人工智能技术的快速发展,故障诊断技术在机械设备所产生的海量数据催化下已迈向数据驱动时代。以这些数据为基础,对其进行挖掘、分析、预测及诊断等新兴技术,已逐渐成为确保机械设备持久安全运作的基石。而滚动轴承作为如今机械设备的核心部件,对其展开故障诊断研究可保障机械设备的健康运行,并且具备实际的工程意义与理论研究价值。目前基于数据驱动的故障诊断方法已具备了广阔的应用前景和发展前景,但却并未形成完整的理论框架和体系,有许多理论和技术问题亟待解决,其问题主要体现在:1)实际工程诊断中罕见类别获取海量数据难度大、积累少,难以适用于高性能有监督的故障诊断方法中;2)单源传感信息挖掘存在局限性、时序信号故障判别信息丰富度低、视觉特征提取不充分;3)轴承故障特征提取模型结构和参数冗余度较大,对设计者专业领域知识的依赖性较强,泛化性能较弱以及结构和参数寻优过程中多次评价指标求解较费时。针对以上问题和难点,开展了基于代理辅助多目标结构寻优的零样本故障诊断方法研究,主要研究内容如下:(1)以少样本和零样本条件下的轴承故障诊断为研究对象,通过视觉与语义层面的嵌入空间来建立已标注故障类别与新增未见类故障之间的耦合关系,抽离已知以及未见类的语义向量用以搭建语义空间,学习视觉特征与语义属性间共享的子空间,利用映射函数来获得未知类的视觉特征原型,最终构建出面向复杂/未见类故障零样本诊断模型。实验结果证明了在诊断过程中使用零样本诊断模型的必要性以及该模型在无训练样本背景下相比于经典故障诊断算法的有效性。(2)对异源传感环境下降噪数据序列进行不同空间域转化展开研究,建立多通道级联机制实现多空间域的信息融合,综合各域的优势突出对故障敏感的通道,将检测聚类问题转化为多域的二维数据模型处理问题;将不同测点传感器采集的信号构建成具有多个域空间属性的信号集,观测各测点能量信息分布特点,在不明显增加模型复杂度的同时设置权值奖罚策略融合实现多传感器的信息融合。最终给出基于异源传感的故障特征多空间域重构模型。通过在两大轴承故障数据集上开展对比实验,验证了所提方法的有效性。(3)分析构建待优化模型架构组件的搜索空间,确定模型中待优化参数并将其作为决策变量,设置各变量内部中存在的约束条件和搜索范围,制定能够反映评估速度、故障样本评估准确性、模型计算复杂度等需求项的评价指标,将故障诊断模型构建问题转化成一个多目标优化求解问题。同时,考虑在计算资源有限的情况下需要进行多次的模型评价指标费时问题求解,拟通过探索研究计算廉价的代理辅助模型来代替计算复杂的评价指标求解,具有高效优化性能的多目标优化算法被作为搜索策略对代理模型进行最优解集的搜索,以此提供均衡多项评价指标的非支配解集,根据具体实际工程需要,选择合适的帕累托最优解优化设置诊断模型的可信度组件,最终实现均衡兼顾重构模型快速性和准确性的要求。实验结果证明本文优化策略相较于其余经典进化算法的优越性,以及处理如卷积神经网络结构寻优等现实问题的有效性。基于上述研究内容,设计并实现滚动轴承多类型故障智能识别系统,以期客观、智能、高效地实现滚动轴承故障诊断。本文研究成果可以广泛应用于国家现代工业化建设,满足国家发展需求、维护社会安全稳定、智能制造、智能检测与监测等领域,具有巨大的市场前景。

关键词：故障诊断异源多空间域代理辅助进化算法模型自优化零样本学习

基于多域多尺度深度特征自适应融合的焊缝缺陷检测研究

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振动与冲击 2023年第17期42卷 294-305,313页

作者：张睿高美蓉傅留虎张鹏云白晓露赵娜太原科技大学计算机科学与技术学院太原030024 山西省机电设计研究院有限公司太原030009

针对焊缝缺陷检测信号信息丰富度低、深度网络架构人工依赖性强等问题,开展基于多域多尺度深度特征自适应融合的焊缝缺陷检测研究。构建时域数据集并衍生至实数域与复数域中,丰富检测信号的特征表达;设计多域信息融合模型,充分融合特征... 详细信息

针对焊缝缺陷检测信号信息丰富度低、深度网络架构人工依赖性强等问题,开展基于多域多尺度深度特征自适应融合的焊缝缺陷检测研究。构建时域数据集并衍生至实数域与复数域中,丰富检测信号的特征表达;设计多域信息融合模型,充分融合特征域信息;提出面向卷积神经网络多维超参数自寻优的模型优化策略,提高模型的效率和性能。试验表明,所提方法对五类焊缝缺陷识别准确率为96.54%,能够在提升识别准确率同时保持较少的参数量和计算消耗,具有较强的实用性和泛化性。

关键词：焊缝缺陷超声检测多域多尺度特征融合卷积神经网络(CNN)模型优化策略模型自优化

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面向深度分类模型超参数自优化的代理模型

计算机应用 2024年第10期44卷 3021-3031页

作者：张睿潘俊铭白晓露胡静张荣国张鹏云太原科技大学计算机科学与技术学院太原030024 北京工业大学信息学部北京100124

为进一步提高深度分类模型超参数多目标自适应寻优效率,提出一种筛选式增强Dropout代理(FEDA)模型。首先,构建点对互信息约束增强的双通道Dropout神经网络,增强对高维超参数深度分类模型的拟合,并结合聚集选解策略加速候选解集的选取;其... 详细信息

为进一步提高深度分类模型超参数多目标自适应寻优效率,提出一种筛选式增强Dropout代理(FEDA)模型。首先,构建点对互信息约束增强的双通道Dropout神经网络,增强对高维超参数深度分类模型的拟合,并结合聚集选解策略加速候选解集的选取;其次,设计一种结合模型管理策略的算法FEDA-ARMOEA(FEDA model-A novel preference-based dominance Relation for Multi-Objective Evolutionary Algorithm)均衡种群个体的收敛性和多样性,协助FEDA提高深度分类模型训练及超参数自优化效率。将FEDA-ARMOEA与EDN-ARMOEA(Efficient Dropout neural Network-assisted AR-MOEA)、HeE-MOEA(Heterogeneous Ensemble-based infill criterion for Multi-Objective Evolutionary Algorithm)等算法进行对比实验,实验结果表明,FEDA-ARMOEA在56组测试问题中的41组上表现较好。在工业应用焊缝数据集MTF和公共数据集CIFAR-10上实验,FEDA-ARMOEA优化的分类模型的精度分别达到96.16%和93.79%,训练时间相较于对比算法分别降低6.94%~47.04%和4.44%~39.07%,均优于对比算法,验证了所提算法的有效性和泛化性。

关键词：深度卷积神经网络分类模型超参数优化代理模型模型优化

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基于组合赋权与模型自优化的能力评价

计算机工程与设计 2022年第8期43卷 2342-2351页

作者：张睿白晓露赵娜李吉潘理虎陈立潮太原科技大学计算机科学与技术学院山西太原030024

综合考虑评价流程中的综合性、自适应性、可靠性等因素,提出基于组合赋权与模型自优化的能力评价方法,以多级评价指标组合赋权结合改进模糊算法构建评价数据集;利用格拉姆角和场空间域转换优化序列样本信息丰富度,将粒子群优化算法、迁... 详细信息

综合考虑评价流程中的综合性、自适应性、可靠性等因素,提出基于组合赋权与模型自优化的能力评价方法,以多级评价指标组合赋权结合改进模糊算法构建评价数据集;利用格拉姆角和场空间域转换优化序列样本信息丰富度,将粒子群优化算法、迁移学习与神经网络模型有效结合,通过模型中10个参数自适应全局寻优,构建出适用于小样本、具备自学习能力的P-TMVGG评价模型。通过实例验证了所提方法的有效性,为相关领域构建综合评价、预测、诊断体系及方法设计提供新的思路。

关键词：组合赋权格拉姆角和场粒子群优化算法自适应迁移学习综合评价

智能变革中的不安：青年群体AI焦虑的形成机制及其影响

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中国青年研究 2025年

作者：刘天元晏静露武汉大学社会学院南京审计大学心理健康教育教学部

人工智能技术正日益渗透到经济社会发展的各个领域，对个体日常生活产生深远影响，同时也引发了人们对技术发展和应用不确定性的担忧。现有研究较少关注青年群体的AI焦虑及其形成机制和潜在影响。通过质性研究发现，青年群体的AI焦虑类... 详细信息

人工智能技术正日益渗透到经济社会发展的各个领域，对个体日常生活产生深远影响，同时也引发了人们对技术发展和应用不确定性的担忧。现有研究较少关注青年群体的AI焦虑及其形成机制和潜在影响。通过质性研究发现，青年群体的AI焦虑类型多样，主要包括“机器换人”焦虑、学业/工作焦虑、伦理违背焦虑以及透明性不足焦虑。AI素养、心理韧性、感知的技术威胁和信息过载，共同塑造了青年群体的AI焦虑。AI焦虑对青年群体的影响具有双重性，部分青年积极接纳新技术，充分利用AI技术的辅助作用，提升自我价值和效能感；而另一部分青年则因过度的AI焦虑产生心理压力，进而出现自我损耗、技术厌恶和排斥问题。缓解AI焦虑需要青年个体、技术企业和政府的协同努力，尤其是政府应发挥“守门员”作用，警惕AI技术发展可能对伦理道德和社会规范带来的负面影响。

关键词：人工智能技术 AI焦虑技术接纳技术排斥技术威胁

黄河流域城市人口集聚与土地生态韧性的协同性研究

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干旱区地理 2025年

作者：李维露张明斗东北财经大学经济学院

科学评估黄河流域城市人口集聚与土地生态韧性协同发展水平对于推进流域生态保护与高质量发展至关重要。基于“抵抗力-适应力-恢复力”三维框架构建土地生态韧性评价体系，运用耦合协调度模型、莫兰指数和空间杜宾面板Tobit模型考察了2... 详细信息

科学评估黄河流域城市人口集聚与土地生态韧性协同发展水平对于推进流域生态保护与高质量发展至关重要。基于“抵抗力-适应力-恢复力”三维框架构建土地生态韧性评价体系，运用耦合协调度模型、莫兰指数和空间杜宾面板Tobit模型考察了2000—2023年黄河流域城市人口集聚与土地生态韧性协同发展水平的时空演化规律、空间集聚特征以及影响因素。结果表明：（1）城市人口集聚水平与土地生态韧性水平均呈下降趋势，年均下降率分别为0.98%、0.26%；城市人口集聚水平呈“上游>中游>下游”的阶梯状分布格局；土地生态韧性水平呈“下游＞上游＞中游”的分布格局。（2）城市人口集聚与土地生态韧性协同发展水平表现出下降趋势，且呈“下游＞上游＞中游”的分布格局；高值城市主要出现在下游地区和省会城市，处于初级协调阶段，低值城市多为资源型城市，处于濒临失调阶段。（3）城市人口集聚与土地生态韧性协同发展水平存在空间正相关性。“高-高”集聚区主要分布在下游地区和四川省；“低-低”集聚区主要出现在宁夏沿黄城市群、兰州-西宁城市群和呼包鄂榆城市群。（4）经济发展水平、工业化水平、科技创新水平和政府干预是影响城市人口集聚与土地生态韧性协同发展的重要因素，且经济发展水平和工业化水平存在空间溢出效应。

关键词：城市人口集聚土地生态韧性协同发展影响因素黄河流域

长江上游重要水源涵养区生态系统服务价值的多尺度空间分异：格局、过程与驱动力解析

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生态学报 2025年

作者：李月刘静兰白晓永冯霞邱林贵州财经大学公共管理学院中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室中国科学院大学贵州大学资源与环境工程学院

生态系统服务分级管理对探明生态系统服务价值（ecosystem service value,ESV）的多尺度空间分异特征及差异变化成因有着极大的诉求，对提升生态系统服务尺度变化过程理解具有重要意义。本文以长江上游重要水源涵养区-贵州马尾河流域为... 详细信息

生态系统服务分级管理对探明生态系统服务价值（ecosystem service value,ESV）的多尺度空间分异特征及差异变化成因有着极大的诉求，对提升生态系统服务尺度变化过程理解具有重要意义。本文以长江上游重要水源涵养区-贵州马尾河流域为研究对象，通过构建500 m×500 m、1000 m×1000 m、1500 m×1500 m和2000 m×2000 m四种格网尺度单元，综合运用ESV当量系数法、敏感性分析、空间自相关分析、最优参数地理探测器和空间回归模型等技术手段，明晰不同格网尺度下流域ESV的空间分异特征及多元驱动因素对ESV的影响机制。结果表明：（1）在500—2000 m格网尺度中，流域ESV的空间分布特征兼具一致性与差异性，整体表现为西、东部较高，南、北部相对较低，沿水域形成一条ESV高值带，且ESV呈现出显著的正相关性和空间集聚性。随着格网尺度增大，流域ESV整体特征更为突出，但精细度有所降低，其空间相关性和聚集效应逐渐减弱。（2）流域ESV空间异质性受自然与社会经济因素双重影响，其中，人为影响指数在不同格网尺度下始终是影响流域ESV空间分异的主导因子，且与其他因子交互作用q值均超过50%，相较于单一因子效应，驱动因子间的交互作用对ESV空间分异的贡献更为突出。在500 m格网尺度中，人为影响指数与土地利用类型的交互作用表现出较为显著的解释力，达到78.7%，而在较大尺度中，其与高程的交互作用逐渐占据主导地位。（3）各驱动因素对ESV的影响具有尺度差异，较小尺度下模型的拟合效果最佳。在不同格网尺度下，人为影响指数对ESV均呈现显著的负向影响，部分驱动因素对ESV所呈现的显著性和作用方向具有一定的差异性。本研究旨在为调控各类驱动因素以制定马尾河流域生态系统多级管理决策，乃至推动长江上游水源涵养区生态系统精准治理和多层次人地耦合协调提供科学依据。

关键词：长江上游地区格网尺度生态系统服务价值空间分异地理探测器

底部导流板结构对高速列车气动减阻特性影响研究

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北京交通大学学报 2025年

作者：武振锋周洋安乐刘万露兰州交通大学机电工程学院

为降低高速列车运行时的气动阻力，进而实现节能降耗的目的，本文提出了3种不同结构的列车底部导流板设计方案。采用基于SST ■模型的IDDES方法，对安装不同结构导流板的高速列车气动减阻效果进行了对比研究，并分析了导流板对列车底部... 详细信息

为降低高速列车运行时的气动阻力，进而实现节能降耗的目的，本文提出了3种不同结构的列车底部导流板设计方案。采用基于SST ■模型的IDDES方法，对安装不同结构导流板的高速列车气动减阻效果进行了对比研究，并分析了导流板对列车底部转向架区域流场和尾涡的影响。研究结果表明：安装导流板后，虽然列车车体总阻力增大，但转向架自身气动阻力已大幅降低。因导流板的引流作用，列车底部空气流速变缓，转向架突出部件受气流冲击程度减弱。转向架区域的正压面积大幅减小，前后压力差变小是转向架自身气动阻力降低的主要原因。当列车以350 km/h速度运行时，与原型车相比，模型Ⅰ、模型Ⅱ和模型Ⅲ的整车减阻率分别为8.1%，9.8%和12.1%。此外，受导流板的影响，3种列车模型尾部三维涡旋结构均出现明显变化，尾车鼻尖附近的湍动能强度也呈现出依次降低的趋势，说明尾涡对列车的拖拽效果减弱，进而降低了高速列车的气动阻力。论文研究内容可为高速列车局部气动外形优化提供参考依据。

关键词：高速列车底部导流板气动阻力流场结构数值模拟

舒适护理在老年慢性心力衰竭患者中的应用效果

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中国城乡企业卫生 2025年第01期 183-186页

作者：于晓露天津市红桥医院心血管内科

目的探究老年慢性心力衰竭患者应用舒适护理的作用，为临床护理工作提供参考。方法选取2023年3月—2024年2月天津市红桥医院心血管内科接诊的老年慢性心力衰竭80例，按照随机数字表法分为对照组和研究组各40例。对照组实施常规护理，... 详细信息

目的探究老年慢性心力衰竭患者应用舒适护理的作用，为临床护理工作提供参考。方法选取2023年3月—2024年2月天津市红桥医院心血管内科接诊的老年慢性心力衰竭80例，按照随机数字表法分为对照组和研究组各40例。对照组实施常规护理，研究组实施舒适护理。比较两组护理效果及满意率。结果研究组护理总满意率为90.00%，明显高于对照组的72.50%；研究组护理后SDS、SAS评分为（19.23±1.32）分、（19.65±0.62）分，低于对照组的（25.75±1.33）分、（24.32±2.13）分；研究组水肿、气喘恢复时间、心率恢复正常时间优于对照组；研究组生活质量各项评分均明显高于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05）。结论对于老年慢性心力衰竭患者在接受舒适护理后可以有效地改善生活质量、心理状态，提高满意度，临床症状得到好转，且临床应用价值高，值得临床推广。

关键词：老年慢性心力衰竭舒适护理满意度生活质量