基于随机森林法的油纸绝缘老化光谱特征提取方法及系统技术方案

基于随机森林法的油纸绝缘老化光谱特征提取方法及系统，方法包括：通过实验获取油纸绝缘样本的拉曼光谱数据，利用线性判别分析法获取不同老化阶段的拉曼光谱数据；从每个老化阶段的拉曼光谱数据库中随机选取X个光谱数据构成拉曼光谱初始数据集D；基于自助采样法获取拉曼光谱训练集和拉曼光谱测试集；训练m个决策树模型进行组合以构建随机森林诊断模型；对随机森林诊断模型进行测试以获得第一错误率和第二错误率并计算切分变量在油纸绝缘老化中的重要性；以重要性超过阈值的切分变量构成油纸绝缘老化拉曼光谱特征集；从油纸绝缘老化拉曼光谱特征波形得到谱峰轮廓变化结果。本发明专利技术实现有监督的油纸绝缘拉曼光谱中与老化密切相关的特征提取。密切相关的特征提取。密切相关的特征提取。

Method and system of extracting spectral characteristics of oil paper insulation aging based on random forest method

【技术实现步骤摘要】
基于随机森林法的油纸绝缘老化光谱特征提取方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力设备绝缘检测
，更具体地，涉及基于随机森林法的油纸绝缘老化光谱特征提取方法及系统。

技术介绍

[0002]油纸绝缘装备是电网系统的重要组成，油纸绝缘的老化状态是影响其寿命及安全运行的关键因素。准确、有效的老化状态评估对保障电网系统安全、稳定运行具有重要意义。拉曼光谱技术，因具有单频率激光实现多种物质同时、无损、快速检测的优点，极适用于绝缘油物质成分的定性与定量分析，从而为油纸绝缘老化状态评估提供有力支撑。在油纸绝缘老化诊断方面，拉曼光谱技术主要具备以下优势，包括拉曼光谱是一种非接触式光谱检测方法，可以直接反映油纸绝缘的化学成分构成，长期稳定性好；与聚合度测试法、糠醛测试法以及CO、CO2测试法不同，可以实现无损检测；操作简单、快速，无需预先油气分离或萃取老化特征物后等一系列复杂操作，有利于在线检测分析等特点。
[0003]现有技术中，实际情况下绝缘油成分复杂，其经检测后的拉曼光谱所含信息非常丰富，同时也不乏诸多干扰信号，直接用于老化诊断的可能性非常低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于随机森林法的油纸绝缘老化光谱特征提取方法，其特征在于，所述提取方法包括：步骤1，通过实验获取油纸绝缘样本的拉曼光谱数据，利用线性判别分析法获取不同老化阶段的油纸绝缘样本的拉曼光谱数据；其中，老化阶段根据油纸绝缘老化规程中的指标进行确定；步骤2，从每个老化阶段的油纸绝缘样本的拉曼光谱数据库中随机选取X个油纸绝缘样本的拉曼光谱数据，构成拉曼光谱初始数据集D；基于自助采样法从拉曼光谱初始数据集D中获取拉曼光谱训练集和拉曼光谱测试集；其中，拉曼光谱训练集D
′
包括m个训练子集，m为自助采样次数；步骤3，对于m个训练子集一一对应的构建m个决策树模型；利用m个训练子集分别训练m个决策树模型；任意一个决策树模型中使用穷举搜索法训练切分变量和切分点；并且对当前切分点进行训练时，以切分后的左子节点和右子节点的不纯度来获取切分变量的基尼指数，以基尼指数最小值对应的切分变量和切分点分别作为最优特征和最优切分点；将m个训练好的决策树模型进行组合以构建随机森林诊断模型；步骤4，使用拉曼光谱测试集对随机森林诊断模型进行测试以获得第一错误率；任一切分变量加入干扰后对随机森林诊断模型进行测试以获得第二错误率；使用第一错误率和第二错误率计算加入干扰后的切分变量在油纸绝缘老化中的重要性；步骤5，将全部切分变量的重要性按照降序排序，以重要性超过重要性阈值的所有切分变量构成油纸绝缘老化拉曼光谱特征集；步骤6，以油纸绝缘老化拉曼光谱特征集中的拉曼频移和强度构建坐标系，通过绘制油纸绝缘老化拉曼光谱特征波形，得到油纸绝缘老化拉曼光谱中谱峰的轮廓变化结果。2.根据权利要求1所述的基于随机森林法的油纸绝缘老化光谱特征提取方法，其特征在于，步骤1包括：步骤1.1，通过实验获取油纸绝缘样本的拉曼光谱数据，根据实验阶段确定油纸绝缘样本的拉曼光谱数据处于的老化状态，实验获取的油纸绝缘样本的油样拉曼光谱数据与对应的老化状态的集合为{(Y
p
，L
p
)，p＝1，2，
…
，N
p
}，Y
p
为第p个油纸绝缘样本的拉曼光谱数据向量，L
p
为Y
p
的老化状态标签，N
p
为油纸绝缘样本的个数；其中，任意一个油纸绝缘样本的拉曼光谱数据向量中的元素为拉曼光谱图谱中的各数据点，即满足d为拉曼光谱图谱中数据点的个数；步骤1.2，已如下关系式定义μ
q
为老化状态标签为q的油纸绝缘样本的拉曼光谱数据的类别中心：式中，N
q
为老化状态标签为q的油纸绝缘样本的个数，D
q
为老化状态标签为q的油纸绝缘样本的集合；以如下关系式定义老化状态标签为q的油纸绝缘样本的协方差矩阵：
步骤1.3，根据油纸绝缘老化规程中的指标确定油纸绝缘样本的老化阶段基向量ω
h
，其中h为根据油纸绝缘老化指标确定的油纸绝缘样本的老化阶段，h＝1，2，
…
，H，H为老化阶段的个数；利用老化阶段基向量组成超平面矩阵W；步骤1.4，将任意一个油纸绝缘样本的拉曼光谱数据和油纸绝缘样本的拉曼光谱数据的类别中心均投影到超平面上；步骤1.5，基于线性判别分析法，以不同老化阶段的油纸绝缘样本的拉曼光谱数据的类别中心之间的距离最大化和同一老化阶段的油纸绝缘样本的拉曼光谱数据之间的距离最小化为优化目标；以如下关系式获得优化后的超平面矩阵W：其中，S
W
为类内散度矩阵，满足如下关系式：式中，N
q
为老化状态标签的个数，S
b
为类间散度矩阵，满足如下关系式：式中，μ为油纸绝缘样本的拉曼光谱数据的所有类别中心的均值向量；步骤1.6，将任意一个油纸绝缘样本的拉曼光谱数据向量投影到优化后的超平面矩阵上得到新的油纸绝缘样本的拉曼光谱数据和老化阶段标签，即Z
p
为投影在超平面矩阵上的第p个油纸绝缘样本的拉曼光谱数据向量，为Z
p
的老化状态标签。3.根据权利要求1所述的基于随机森林法的油纸绝缘老化光谱特征提取方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2.1，从每个老化阶段的油纸绝缘样本的拉曼光谱数据库中随机选取X个油纸绝缘样本的拉曼光谱数据，构成拉曼光谱初始数据集D；步骤2.2，每次自助采样时，从拉曼光谱初始数据集D中随机有放回的选取一个油纸绝缘样本的拉曼光谱数据，重复自助采样m次后，以选中的m个油纸绝缘样本的拉曼光谱数据构成拉曼光谱训练集D
′
；步骤2.3，拉曼...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一晖，尹智贤，彭宇涵，张鑫源，陈伟根，杨定坤，王子懿，李剑，潘建宇，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：