CN109992915A - 一种基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,终端机及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供本发明提供了一种应用于机务外场自主保障信息支持系统基于深度学习的飞机燃油系统故障预测的方法。方法包括:获取飞机燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据集;根据燃油系统飞参数据固定时间内的时序波获取频谱图;深度学习算法根据频谱图对飞机燃油系统进行故障预测。本发明先通过获取飞机燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据集,然后根据燃油系统飞参数据固定时间内的时序波获取频谱图,最后采用基于卷积神经网络框架的深度学习算法根据频谱图对飞机燃油系统进行故障预测,准确地预测飞机燃油系统的剩余寿命,能够有效预测飞机燃油系统的健康状况,避免实际飞行中因为不确定的故障造成严重的后果。
Description
技术领域
本发明涉及本发明属于计算机技术领域,尤其涉及军用飞行大数据机务外场自主保障信息支持系统的基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,终端机及可读存储介质。
背景技术
从上世纪90年代至今,航空装备技术飞速发展,尤其是在军事战略的调整以及航空装备作战使用样式发生变化的大环境下,飞机地面保障的要求越来越高,而保障飞机燃油系统在其中是最为根本的因素。军事科技的飞速发展对飞行燃油系统的保障以及故障预测提出了更高的要求。但是在长期的发展中,飞机燃油系统的保障技术总是落后于其他航天装备的技术。原有的飞机燃油系统保障体系在新装备条件下面临巨大的挑战,而对其保障的不到位,会大大降低军用飞机的战备完好率。
飞机燃油系统的健康管理缺乏量化分析,且在实际使用及维护过程中积累的经验和数据没能与设计数据很好地结合分析,造成理论与实际的脱离。飞机燃油系统发生故障时没有预警机制,机务外场终端机维护人员对配备的飞机燃油系统,难以做到心中有数,预见性不足,且过度检修和检修不足现象并存,导致飞机燃油系统的完好率下降;
当飞机燃油系统在发生故障后,现阶段的故障数据没有结构化,机务外场维护人员也很难针对故障现象及可靠性数据、指标数据等的综合分析,进行明确的故障诊断,从而很难找到最优的故障预测方法,进行飞机燃油系统更换。这使得飞机燃油系统维修成本增大,同时故障燃油系统也得不到良好的维护,导致资源的浪费;
飞行燃油系统的故障预测是军用飞机维修的基础,它时刻影响着军用飞机的作战效率和维修保障效率,因此其在整个部队中的作用极为重要,所以,在大力发展航空装备的同时,为飞机燃油系统故障提供最准确的预测也是地面保障领域中亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种应用于机务外场自主保障信息支持系统的基于深度学习的飞机燃油系统故障预测的方法,可有效对飞机燃油系统的故障进行预测。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案包括以下步骤:包括以下步骤:
步骤1,获取燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据集;
步骤2,根据燃油系统飞参数据固定时间内的时序波获取频谱图;
步骤3,深度学习算法根据频谱图对飞机燃油系统进行故障预测。
本发明还提供一种实现基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的终端机,包括:
存储器,用于存储计算机程序及实现多存储器压力测试系统;
处理器,用于执行所述计算机程序及基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,以实现基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的步骤。
本发明还提供一种具有基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行以实现基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的步骤。
从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:
本发明先获取飞机燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据集;根据燃油系统飞参数据固定时间内的时序波获取频谱图;深度学习算法根据频谱图对飞机燃油系统进行故障预测。本发明先通过获取飞机燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据集,然后根据燃油系统飞参数据固定时间内的时序波获取频谱图,最后采用基于卷积神经网络框架的深度学习算法根据频谱图对飞机燃油系统进行故障预测,准确地预测飞机燃油系统的剩余寿命,能够有效预测飞机燃油系统的健康状况,避免实际飞行中因为不确定的故障造成严重的后果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明提出一种应用于机务外场自主保障信息支持系统的基于深度学习的飞机燃油系统故障预测的方法的流程示意图;
图2为本发明实施例中卷积神经网络框架示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将运用具体的实施例及附图,对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本专利中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本专利保护的范围。
本发明提供一种基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,如同1至2所示,包括以下步骤:
步骤1,获取燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据集;
燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数包括:总剩油量、燃油温度、左供油箱油量、右供油箱油量、右机翼油箱油量、左机翼油箱油量、前机身油箱油量、机身副油箱油量、左机翼副油箱油量、右机翼副油箱油量。
步骤2,根据燃油系统飞参数据固定时间内的时序波获取频谱图;
具体包括:步骤21,把获取燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据按t毫秒的固定时长分块;
步骤22,把在t毫秒时间内的燃油系统飞参数据绘成时序波;
步骤23,利用傅立叶变换运算分解时序波,求取各个频带的能量值,获取燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数的时序波频谱图。
步骤3,深度学习算法根据频谱图对飞机燃油系统进行故障预测。
具体包括:
步骤31,利用飞机燃油系统正常工作和异常工作时的飞参数据频谱图离线训练卷积神经网络框架;
其中,利用飞机燃油系统正常工作和异常工作时的飞参数据频谱图离线训练卷积神经网络框架,包括以下步骤:
步骤311,构造卷积神经网络,具体步骤如下:
A.构造输入层:把尺寸大小一样的飞机燃油系统正常工作和异常工作时的飞参数据频谱图作为输入层;
B.构造卷积层:卷积层由K个卷积滤波器构成,对频谱图进行滤波得到 K个特征图s1;
C.构造下采样层:下采样层对特征图进行采用,分别对K个特征图的t×t 大小的领域进行加权求和或者取其最大值等运算,再乘上一个乘子偏差,加上位移偏差,接着通过一个激活函数的运算,得到最后的下采样特征图c1;
D.重复步骤B和步骤C:下采样特征图c1再作为输入层,通过B步骤得到第二层卷积层s2,再通过C步骤下采样,得到第二层下采样层c2,重复这两个步骤,特征图的大小变小直到最后一次滤波后光栅化为一维数据;
E.构造密集连接层:对光栅化为一维的数据加入有M个神经元的全连接层,即通过乘上全连接层的权重矩阵,加上偏置,然后对其使用激活函数 ReLU,得到最后的全连接层;
F.构造输出层:输出层采用softmax层,跟全连接层相连,输出最后的检测结果;
步骤312,利用飞机燃油系统正常工作和异常工作时的飞参数据频谱图,采用Adam算法对卷积神经网络的误差梯度做最速下降优化,离线训练卷积神经网络。
步骤32,利用训练好的卷积神经网络框架,根据飞参数据的频谱图,对飞机燃油系统故障情况进行在线预测。
这样本发明,先通过获取飞机燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据集,然后根据燃油系统飞参数据固定时间内的时序波获取频谱图,最后采用基于卷积神经网络框架的深度学习算法根据频谱图对飞机燃油系统进行故障预测,准确地预测飞机燃油系统的剩余寿命,能够有效预测飞机燃油系统的健康状况,避免实际飞行中因为不确定的故障造成严重的后果。
在一些实施例中,计算机可读存储介质可以包括非易失性介质。术语“非暂态”所述存储介质可以指示不包含在载波或传播信号。在某些实施例中,非临时性存储介质可以存储数据,它可以随时间改变(例如,RAM或者高速缓存)中。
所述代码或指令可以是软件和/或固件由处理电路包括一个或多个处理器执行,如一个或多个数字信号处理器(DSP),通用微处理器,特定应用集成电路(ASICs),现场可编程门阵列(FPGA),或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此,术语“处理器,”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外,在一些方面,本公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。
本发明还提供一种实现基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的终端机,包括:
存储器,用于存储计算机程序及实现多存储器压力测试系统;
处理器,用于执行所述计算机程序及基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,以实现基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的步骤。
本发明还提供一种具有基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行以实现基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的步骤。
可能以许多方式来实现本发明的方法以及装置。例如,可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明,本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序,除非以其它方式特别说明。此外,在一些实施例中,还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序,这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而,本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,获取燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据集;
步骤2,根据燃油系统飞参数据固定时间内的时序波获取频谱图;
步骤3,深度学习算法根据频谱图对飞机燃油系统进行故障预测。
2.根据权利要求1所述的基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,其特征在于,
步骤1所述的燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数包括:总剩油量、燃油温度、左供油箱油量、右供油箱油量、右机翼油箱油量、左机翼油箱油量、前机身油箱油量、机身副油箱油量、左机翼副油箱油量以及右机翼副油箱油量。
3.根据权利要求1所述的基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,其特征在于,所述步骤2还包括:
步骤21,把获取燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数所组成的时序数据按t毫秒的固定时长分块;
步骤22,把在t毫秒时间内的燃油系统飞参数据绘成时序波;
步骤23,利用傅立叶变换运算分解时序波,求取各个频带的能量值,获取燃油系统中对故障敏感的N种飞机参数的时序波频谱图。
4.根据权利要求1所述的基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,其特征在于,所述步骤3还包括:
步骤31,利用飞机燃油系统正常工作和异常工作时的飞参数据频谱图离线训练卷积神经网络框架;
步骤32,利用训练好的卷积神经网络框架,根据飞参数据的频谱图,对飞机燃油系统故障情况进行在线预测。
5.根据权利要求1所述的基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,其特征在于,所述步骤31利用飞机燃油系统正常工作和异常工作时的飞参数据频谱图离线训练卷积神经网络框架,包括以下步骤:
步骤311,构造卷积神经网络,具体步骤如下:
A.构造输入层:把尺寸大小一样的飞机燃油系统正常工作和异常工作时的飞参数据频谱图作为输入层;
B.构造卷积层:卷积层由K个卷积滤波器构成,对频谱图进行滤波得到K个特征图s1;
C.构造下采样层:下采样层对特征图进行采用,分别对K个特征图的t×t大小的领域进行加权求和或者取其最大值等运算,再乘上一个乘子偏差,加上位移偏差,接着通过一个激活函数的运算,得到最后的下采样特征图c1;
D.重复步骤B和步骤C:下采样特征图c1再作为输入层,通过B步骤得到第二层卷积层s2,再通过C步骤下采样,得到第二层下采样层c2,重复这两个步骤,特征图的大小变小直到最后一次滤波后光栅化为一维数据;
E.构造密集连接层:对光栅化为一维的数据加入有M个神经元的全连接层,即通过乘上全连接层的权重矩阵,加上偏置,然后对其使用激活函数ReLU,得到最后的全连接层;
F.构造输出层:输出层采用softmax层,跟全连接层相连,输出最后的检测结果;
步骤312,利用飞机燃油系统正常工作和异常工作时的飞参数据频谱图,采用Adam算法对卷积神经网络的误差梯度做最速下降优化,离线训练卷积神经网络。
6.一种实现基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的终端机,其特征在于,包括:
存储器,用于存储计算机程序及实现多存储器压力测试系统;
处理器,用于执行所述计算机程序及基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法,以实现如权利要求1至5任意一项所述基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的步骤。
7.一种具有基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至5任意一项所述基于深度学习的机务外场飞机燃油系统故障预测方法的步骤。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190709 |
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