基于机理特征学习的化工过程异常工况智能识别

第1章绪论1
1.1化工过程安全1
1.1.1化工生产特点1
1.1.2化工过程异常工况1
1.1.3化工安全生产的意义3
1.2故障识别与诊断3
1.2.1基于解析模型的方法4
1.2.2基于知识的方法6
1.2.3基于数据驱动的方法7
1.3机器学习9
1.3.1浅层学习9
1.3.2深度学习11
1.3.3深度学习算法分类12
1.3.4深度学习在化工故障诊断中的应用15
1.4特征工程15
1.4.1特征提取与特征选择15
1.4.2特征自适应16
1.5研究思路17
本章小结20
参考文献20

第2章数据预处理28
2.1基于GAN的缺失数据重建28
2.1.1生成式对抗网络GAN28
2.1.2卷积神经网络29
2.1.3深度自编码器30
2.1.4GAN模型搭建32
2.1.5GAN缺失数据重建结果32
2.2基于灰色时序模型的数据预测37
2.2.1灰色模型原理37
2.2.2时间序列模型39
2.2.3组合模型40
2.2.4检验方法41
2.2.5实例应用42
本章小结47
参考文献47

第3章基于维度压缩和聚类分析的化工报警阈值优化49
3.1总体研究思路49
3.2基于PCA权重和Johnson转换的多变量报警阈值优化50
3.2.1研究思路50
3.2.2PCA求权重51
3.2.3Johnson转换52
3.2.4平行坐标53
3.3基于报警聚类和ACO的多变量报警阈值优化54
3.3.1研究思路54
3.3.2报警系统效率指标55
3.3.3报警聚类57
3.3.4熵权法求权重57
3.3.5阈值优化58
3.4应用实例研究60
3.4.1常减压工业实例介绍60
3.4.2基于PCA权重和Johnson转换的多变量报警阈值优化方法应用62
3.4.3基于报警聚类和ACO的多变量报警阈值优化方法应用71
3.4.4常减压操作质量分析75
本章小结76
参考文献76

第4章基于特征工程的化工过程异常检测77
4.1基于相关性系数Q分析的化工过程异常检测77
4.1.1研究思路77
4.1.2基于相关性系数Q分析的化工过程异常检测78
4.1.3实例分析83
4.2基于特征工程的化工过程异常检测与识别88
4.2.1研究思路88
4.2.2基于特征工程的化工过程异常检测与识别方法89
4.2.3实例分析94
本章小结102
参考文献103

第5章基于特征自适应与动态主动深度分歧的化工过程异常识别104
5.1总体研究思路104
5.2特征自适应106
5.2.1研究思路106
5.2.2特征提取106
5.2.3自适应108
5.3动态主动深度分歧的异常识别模型109
5.3.1研究思路109
5.3.2CNN基本模块110
5.3.3LSTM基本模块113
5.3.4动态主动学习114
5.4案例应用研究115
5.4.1TE过程说明116
5.4.2特征自适应118
5.4.3动态主动深度分歧的异常识别模型123
本章小结131
参考文献132

第6章基于LSTM的化工异常识别134
6.1LSTM模型134
6.1.1模型结构134
6.1.2算法原理137
6.1.3超参数设置140
6.2LSTM训练策略141
6.2.15-折交叉验证141
6.2.2过拟合141
6.3LSTM训练过程142
6.4案例应用与分析142
6.4.1数据集描述142
6.4.2异常识别结果144
本章小结147
参考文献147

第7章基于图论的化工异常识别148
7.1研究思路148
7.2特征选择149
7.2.1变量相关性计算149
7.2.2基于图论的特征选择150
7.3深度学习模型151
7.3.1序列问题学习过程151
7.3.2卷积神经网络学习过程153
7.4案例应用与分析155
7.4.1动态数据集与预处理155
7.4.2图论特征选择156
7.4.3识别模型搭建157
7.4.4识别结果对比161
本章小结165
参考文献166

第8章基于DBN的化工过程异常识别167
8.1基于VAE-DBN的异常工况识别167
8.1.1基于VAE-DBN的异常识别模型168
8.1.2案例应用研究172
8.2基于SRCC-DBN的异常工况识别174
8.2.1研究思路174
8.2.2Spearman秩相关系数175
8.2.3深度置信网络176
8.2.4案例应用研究179
本章小结184
参考文献184

第9章基于机理分析的化工过程故障诊断186
9.1基于机理相关分析贝叶斯网络的过程故障诊断186
9.1.1研究思路186
9.1.2机理相关分析贝叶斯网络的故障诊断方法187
9.1.3案例应用分析191
9.2基于动态机理模型的异常反演197
9.2.1反演模型198
9.2.2案例应用与分析199
本章小结208
参考文献208

第10章化工过程异常的动态定量后果分析210
10.1化工过程异常的动态定量风险评估210
10.1.1研究思路210
10.1.2定量风险计算211
10.1.3案例应用与分析213
10.2基于计算流体力学的后果分析223
10.2.1计算流体力学简介224
10.2.2爆燃气体的扩散225
10.2.3基于MATLAB的气体扩散模拟227
10.2.4实例应用228
本章小结235
参考文献235