Modified LPP based on Riemannian metric for feature extraction and fault detection

非线性降维 降维 公制(单位) 故障检测与隔离 嵌入 数学 人工智能 黎曼流形 特征提取 统计流形 维数之咒 核(代数) 歧管(流体力学) 算法 计算机科学 信息几何学 工程类 数学分析 几何学 标量曲率 组合数学 机械工程 运营管理 执行机构 曲率
作者
Muhammad Zohaib Hassan Shah,Li‐Sheng Hu,Zahoor Ahmed
出处
期刊:Measurement [Elsevier]
卷期号:193: 110923-110923 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.measurement.2022.110923
摘要

Dimensionality reduction methods based on manifold learning are widely adopted for industrial process monitoring. However, in many situations, these methods fail to preserve manifold intrinsic features in low-dimensional space, resulting in reduced process monitoring efficacy. To overcome this problem, a modified locality preserving projection (MLPP) based on the Riemannian metric is put forward. First, the Riemannian metric, which embodies a manifold's geometric information, is estimated from process data. Then, the low dimensional embedding coordinates obtained from LPP are supplemented with an estimate of the Riemannian metric. Finally, a process monitoring model is developed, and kernel density estimation is utilized to approximate confidence bounds for T2 and SPE statistics. The proposed MLPP method is applied to the feature extraction of Twin-Peaks dataset, fault detection of hot strip mill, steam turbine system and Tennessee Eastman processes. The effectiveness of MLPP method is compared with both the manifold learning and deep learning approaches. In addition, the proposed method is evaluated under various noisy conditions. The average fault detection rate of 98.9%, 99.6% and 84.4% in hot strip mill, steam turbine system and Tennessee Eastman processes, respectively, are higher than the existing methods. Quantitative results indicate the superiority of the proposed MLPP method.
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