基于多特征时序标记Transformer的凿岩机故障分类与预测
为了突破钻爆法隧道施工中凿岩机卡钻与空打故障预测的技术瓶颈,提出了一种基于多特征时序标记Transformer的故障分类与预测方法。通过采集多工况下凿岩机关键高频随钻参数,结合参数在故障状态下的阈值,构建了带标签的卡钻与空打数据集;设计了多特征时序标记策略,将原始数据转换为具有时序关系的嵌入向量序列;在此基础上,采用多头自注意力机制挖掘多特征间的长时依赖关系,并通过前馈神经网络与动态切片优化策略,以及引入残差连接与层归一化,构建了具有时间前瞻性的Transformer模型,最终实现了故障分类与预测双重功能。实验结果表明:所提出的方法对凿岩机卡钻与空打故障分类与预测的准确率达93.233%,显著优于CNN (convolutional neural net, 卷积神经网络)、LSTM(long short-term memory, 长短期记忆网络)、CNN-LSTM、RNN(recurrent neural network, 循环神经网络)及iTransformer等对比模型;t-SNE(t-distribution stochastic neighbour embedding,t分布随机近邻嵌入)特征可视化结果表明其具有更优的类内聚集与类间分离特性;模型训练损失最小,收敛速度最快,推理时间仅为0.014 6 s,能满足实时预警需求。研究结果为实现复杂地质条件下凿岩机故障的分类与预测提供了可靠的技术手段。
关键词:
多特征时序标记,
故障预测,
凿岩机高频随钻参数,
Transformer模型