Debiased Contrastive Learning for Time-Series Representation Learning and Fault Detection

计算机科学 故障检测与隔离 人工智能 代表(政治) 特征学习 系列(地层学) 时间序列 断层(地质) 机器学习 模式识别(心理学) 地质学 古生物学 政治 地震学 执行机构 法学 政治学
作者
Kexin Zhang,Rongyao Cai,Chunlin Zhou,Yong Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (5): 7641-7653 被引量:15
标识
DOI:10.1109/tii.2024.3359409
摘要

Building reliable fault detection systems through deep neural networks is an appealing topic in industrial scenarios. In these contexts, the representations extracted by neural networks on available labeled time-series data can reflect system states. However, this endeavor remains challenging due to the necessity of labeled data. Self-supervised contrastive learning (SSCL) is one of the effective approaches to deal with this challenge, but existing SSCL-based models suffer from sampling bias and representation bias problems. This article introduces a debiased contrastive learning framework for time-series data and applies it to industrial fault detection tasks. This framework first develops the multigranularity augmented view generation method to generate augmented views at different granularities. It then introduces the momentum clustering contrastive learning strategy and the expert knowledge guidance mechanism to mitigate sampling bias and representation bias, respectively. Finally, the experiments on a public bearing fault detection dataset and a widely used valve stiction detection dataset show the effectiveness of the proposed feature learning framework.
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