最新热点!融合创新!Transformer+并行网络:局部特征+全局特征;时序特征+空间特征!小白也会用的分类预测程序!

文摘   教育   2024-12-26 18:17   江苏  

适用平台:Matlab2023b及以上

参考文献一:中文顶级EI期刊《中国电机工程学报》文献:基于自注意力Transformer编码器的多阶段电力系统暂态稳定评估方法》中的Transformer编码器方法用于

参考文献二:中文顶级EI期刊《中国电机工程学报》文献:基于特征融合并行优化模型的电能质量扰动分类方法》中的特征融合并行优化模型
参考文献三:中文顶级EI期刊《电工技术学报》网络首发文献:基于多通道信号二维递归融合和ECAConvNeXt的永磁同步电机高阻接触故障诊断中的一维时序转化递归图方法。

Science Technology



Transformer模型是当前预测领域的热门模型,但在故障识别即分类领域尚缺乏相关文献,更别说其改进模型了,时序图像多模态融合+Transformer+并行异构模型的必定是创新性极高的发文方向,且这方面的文献极度稀缺,可以说一投就中。本程序结合上述3篇文献,并对其进行多重改进创新!!!提出基于1D-2D-RP-BiTransformer-GRU+双支路优化+多模态融合的故障识别程序,改进点超多!创新点十足!足够支撑一篇高水平学术论文

  • 数据预处理方面参考文献三,利用递归图的相空间重构法将一维波形转化为二维图像;

  • 图像特征提取方面参考文献一:搭建Transformer模型用于提取递归图的空间特征

  • 故障识别模型结构参考文献二:构造并行优化模型,支路1采用时间序列波形输入,GRU神经网络提取时间序列的时序特征,支路2采用Transformer编码器,提取图像特征,实现时序、图像空间特征融合构成1D-2D-RP-BiTransformer-GRU-并行双支路优化的多模态融合故障识别程序

文献一解读

文献一工作解读:构建基于Transformer 编码器电力系统暂态稳定评估方法,Transformer通过注意力机制实现全局感受野,使模型快速捕获电力系统前后时刻间的全局状态依赖关系,具备良好的可解释性,且故障识别准确率较高。

本程序区别于文献一在于:上述文献采用数值矩阵作为输入量,而采用二维递归图图像作为Transformer的输入量,在故障识别、分类任务领域目前还没人这么做!相比于传统的卷积神经网络(CNN),它可以在全局范围内对特征进行加权处理,而不仅仅局限于局部区域。这种全局感知能力在故障识别中尤为重要,尤其是在信号或图像数据中存在远距离关联的情况下。

文献二解读

文献二创新点:该方法以并行网络特征融合的方式,使用全卷积神经网络(FCN)和长短期记忆网络(LSTM)并行挖掘电能质量扰动在空间和时序上的高维特征,时序特征与空间特征的并行融合,提升模型的分类性能。

文献三解读

文献三解读:引入递归图的方法,将一维电流信号映射为二维图像,以提高故障特征信息的丰富性并消除人工特征提取的影响,实现故障特征的增强显示,后续采用卷积神经网络,增加注意力机制和构造残差连接,实现故障的有效分类。
结合文献一的Transformer模型和文献三的RP递归图转换方法,和文献二双支路并行特征融合模型,提出基于Transformer、递归图(RP)和双支路并行多模态融合的故障识别程序:1D-2D-BiTransformer-GRU并行双支路优化的多模态融合故障识别程序,创新点十足,足够支撑一篇高水平学术论文,硕士毕业论文、课程设计等简单任务更是绰绰有余。

1D-2D-BiTransformer-GRU并行双支路优化的多模态融合故障识别程序

  • 仅需原始故障波形数据,即可根据波形数据,将一维序列转化为二维递归图像。
  • 引入Transformer模型提取递归图像的空间特征,避免了故障信号处理时人工特征 提取的影响,在全局范围内对特征进行加权处理,增强模型的全局特征提取能力
  • 搭建双支路模型,将一维时序信号和二维图像融合,可以综合利用不同模态的信息,从而更全面地描述数据的特征。这有助于提取更丰富、更有区别性的特征,从而提高分类和识别的准确性。
  • 一路为图像输入,经Transformer编码支路提取递归图像的空间特征;另一路为故障波形直接输入经GRU提取时序特征,高维图像特征和一维时序特征融合;融合内部多头注意力机制有效把握提取特征的贡献程度,将特征进行重点强化,提高故障识别的准确率;④,并计算精确度、召回率、精确率、F1分数等评价指标。故障识别流程如下:

七重创新点:

1、多模态融合:将一维时序信号和二维图像融合,可以综合利用不同模态的信息,从而更全面地描述数据的特征。这有助于提取更丰富、更有区别性的特征,从而提高分类和识别的准确性。
2、时序信息捕获:GRU(门控循环单元)是一种适用于时序数据的循环神经网络,它能够捕获一维时序信号中的动态变化和趋势。通过将GRU与全新的Transformer并行结合,算法可以同时考虑时序特征和空间特征,进一步提升了算法的性能。
3、空间特征学习:Transformer全局特征提取中表现出色,能够有效地学习图像的空间特征和局部模式。将Transformer用于图像数据的处理可以帮助提取图像的纹理、形状和边缘等特征,有助于更准确地进行分类和故障识别。
4、融合优势:通过融合不同模态的信息,算法可以弥补一维时序信号和二维图像各自的局限性。例如:图像可能对于某些故障模式更敏感,而时序信号则对于其他模式更敏感。将它们结合起来,可以增强算法的鲁棒性和泛化能力。
5、多头自注意力机制:Transformer融合多头注意力机制有效把握提取特征的贡献程度,将特征进行重点强化,提高故障识别的准确率。
6、提高泛化能力:多模态融合可以帮助算法更好地理解数据的本质特征,从而减少过拟合的风险,提高算法在新数据上的泛化能力。

7、可解释性为提升模型的可解释性,应用t-SNE可解释性算法对各个支路模块的特征图进行可视化;对比原始样本和1D-2D-BiTransformer-GRU多模态融合提取特征后的样本分布情况。

适用领域:适用于各种数据分类场景,如滚动轴承故障、变压器油气故障、电力系统输电线路故障区域、绝缘子、配网、电能质量扰动,等领域的识别、诊断和分类。
直接替换数据就可以,使用Excel表格直接导入,不需要对程序大幅修改。程序内有详细注释,便于理解程序运行。
数据格式:一行一个样本,最后一列为样本所属的故障类型标签
程序结果:(由上述一维序列自动转化为递归图RP图像)
程序结果:
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