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地铁闸机扇门机构故障时间序列预测研究

步春辰, 王亚平, 闫雅斌

步春辰, 王亚平, 闫雅斌. 地铁闸机扇门机构故障时间序列预测研究[J]. 铁路计算机应用, 2020, 29(9): 16-20, 25.
引用本文: 步春辰, 王亚平, 闫雅斌. 地铁闸机扇门机构故障时间序列预测研究[J]. 铁路计算机应用, 2020, 29(9): 16-20, 25.
BU Chunchen, WANG Yaping, YAN Yabin. Study on failure time series forecasting of metro automatic gate machine’s flap mechanism[J]. Railway Computer Application, 2020, 29(9): 16-20, 25.
Citation: BU Chunchen, WANG Yaping, YAN Yabin. Study on failure time series forecasting of metro automatic gate machine’s flap mechanism[J]. Railway Computer Application, 2020, 29(9): 16-20, 25.

地铁闸机扇门机构故障时间序列预测研究

基金项目: 国家重点研发计划课题(2017YFB1201201)
详细信息
    作者简介:

    步春辰,在读硕士研究生

    王亚平,副研究员

  • 中图分类号: U231.4 : U231.6 : TP39

Study on failure time series forecasting of metro automatic gate machine’s flap mechanism

  • 摘要: 基于CNN+ LSTM混合神经网络构建故障时间序列预测模型,利用某型号地铁闸机扇门机构的故障数据进行实例分析,并与ARIMA、CNN和LSTM 3种单一预测模型对比。结果表明:CNN+LSTM混合神经网络模型的预测准确性较高,具有良好应用前景,研究成果可用于支持地铁闸机维修计划的制定和优化。
    Abstract: Based on CNN+LSTM hybrid neural network, a fault time series forecasting model was established for the flap mechanism of automatic gate machine for metro. And then a case analysis was presented based on this model by using the fault data of the flap mechanism of a certain type of automatic gate machine. By comparing this hybrid neural network model with other three single forecasting models that are ARIMA, CNN and LSTM, the results show that the accuracy of forecasting by this CNN+LSTM hybrid neural network model is higher and it has a good application prospect. The research results can be used to support the formulation and optimization of the maintenance plan for the flap mechanism of automatic gate machine.
  • 图  1   基于CNN+LSTM的时间序列预测模型框架

    图  2   某型号闸机月度故障时间序列数据

    图  3   CNN+LSTM模型的预测结果与真实值对比

    图  4   ARIMA模型的预测结果与真实值对比

    图  5   CNN模型的预测结果与真实值对比

    图  6   LSTM模型的预测结果与真实值对比

    表  1   故障率数据分组

    组号输入样本期望映射
    X10.004 311,…,0.034 4830.004 213
    X20.004 213,…,0.025 8620.017 241
    $ \vdots $$ \vdots $$ \vdots $
    X610.107 758,…,0.129 3110.116 379
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    表  2   实验环境配置

    实验环境配置
    操作系统Windows 10
    CPUI7-9750H
    GPURTX 2060
    运行内存16 GB
    程序语言Python 3.7.4
    程序框架Tensorflow 2.1.0
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    表  3   CNN+LSTM故障时间序列预测模型的参数设置

    模型层参数
    Conv1D (32,5,1)
    Dropout 0.01
    Batch Normalization -
    Activation relu
    Conv1D (32,5,1)
    Activation relu
    Maxpooling1D 1
    LSTM 64
    LSTM 64
    Activation sigmod
    Flatten -
    Dense 32
    Dense 1
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    表  4   4种模型预测结果准确性对比

    模型名称RMSEMAER2
    CNN+LSTM0.024 9710.141 8860.73
    ARIMA0.051 9420.164 6400.37
    CNN0.026 6940.145 5700.67
    LSTM0.026 8800.144 9420.63
    下载: 导出CSV
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图(6)  /  表(4)
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-06
  • 刊出日期:  2020-09-24

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