[发明专利]基于投影非负矩阵分解的电熔氧化镁过程故障检测方法

说明书

本发明提供一种基于投影非负矩阵分解的电熔氧化镁过程故障检测方法，涉及工业故障监测与诊断技术领域。该方法首先利用多个摄像头从多个视角采集同一时刻电弧炉炉面图像数据，将其灰度化，得到每个视角的图像矩阵，并将其向量化、归一化处理后的数据样本作为训练数据；然后利用数据样本，建立每个视角采集的邻域图像数据图的拉普拉斯矩阵，利用投影非负矩阵分解的方法，求得每个视角的投影矩阵；通过投影矩阵将训练样本数据从测量空间投影到低维的特征空间，并对各个视角建立两个监控统计量N^v2和SPE^v，并计算其对应的控制限；最后重新采集数据进行故障检测。本发明提供的故障检测方法，不仅能大大降低误报警，还提高了故障检测的准确性。

技术领域

本发明涉及工业故障监测与诊断技术领域，尤其涉及一种基于投影非负矩阵分解的电熔氧化镁过程故障检测方法。

背景技术

电熔氧化镁主要以菱镁矿为原料经电弧炉熔炼达到熔融状态冷却后形成的一种碱性耐火材料。电熔氧化镁可以用于喷补料、捣打料等辅助耐火材料及流钢口砖、镁砖、镁铬砖等特种耐火砖，也可在真空和非真空感应炉、电弧炉上做耐火炉衬，是制作氧化镁坩埚、炉胆和各种高温套管的理想原料。超高温冶金产品是中国工业发展的重大需求。与低温工业流程相比，超高温冶炼流程更加复杂，且生产条件差、安全防护措施少，气、液、固的同时存在使得喷炉、爆炸等灾难性事故极易发生。

由于电熔氧化镁冶炼在高温环境下进行，生产条件十分复杂，在该过程中仅利用单个视角进行监控，所采集到的图像数据十分有限，如果仅利用单个视角的图像数据进行建模分析，会造成信息不充分从而导致模型对电熔氧化镁冶炼过程故障诊断效果不佳。因此需要对电熔氧化镁冶炼过程进行多视角视频监控。但传统的多视角研究局限于将每个视角分开建模分别诊断，其做法忽视了多视角图像数据之间的联系，失去多视角数据固有的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于投影非负矩阵分解的电熔氧化镁过程故障检测方法，实现存在多视角图像数据的情况下，达到降低误报警率的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：基于投影非负矩阵分解的电熔氧化镁过程故障检测方法，包括以下步骤：

步骤1：采集数据；在电熔氧化镁冶炼过程中利用多个摄像头从多个视角分别采集同一时刻电弧炉炉面图像数据，并将其灰度化，得到每个视角的图像矩阵其中，v＝1，…，n_v，n_v为视角总数，i＝1，…，n，n为每个视角采集的图像数据个数；

步骤2：将步骤1得到的矩阵X_i^v向量化，将每一列提取出来重新组合为一个列向量并将每个视角的n组图像组合成数据样本X^v，m＝a×b，并将其归一化到0：1之间，得到归一化之后的数据样本X^v，将其作为训练样本数据；

步骤3：利用步骤2得到数据样本X^v，建立每个视角采集的邻域图像数据图的拉普拉斯矩阵L^v∈n×n，如下公式所示：

L^v＝D^v-W^v

其中，W^v为第v个视角所采集图像的邻接矩阵，D^v为对角矩阵，表示第v个视角所采集图像的度矩阵，且邻接矩阵W^v的第i行第j列元素表示视角采集图像中点与点之间的权重，如下公式所示：

其中，0＜σ＜1为随机选定的参数，为第v个视角的图像数据x_i的k个最近邻点的集合，k的取值为[1，n]之间的整数；图像数据中两点x_i和x_j的距离采用欧式距离||x_i-x_j||，两点之间距离越小则两点越接近；