Deep Learning With Spatiotemporal Attention-Based LSTM for Industrial Soft Sensor Model Development

软传感器 计算机科学 灵活性(工程) 过程(计算) 人工智能 变量(数学) 质量(理念) 机器学习 时间序列 深度学习 操作系统 数学分析 哲学 统计 数学 认识论
作者
Xiaofeng Yuan,Lin Li,Yuri A.W. Shardt,Yalin Wang,Chunhua Yang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (5): 4404-4414 被引量:476
标识
DOI:10.1109/tie.2020.2984443
摘要

Industrial process data are naturally complex time series with high nonlinearities and dynamics. To model nonlinear dynamic processes, a long short-term memory (LSTM) network is very suitable for soft sensor model development. However, the original LSTM does not consider variable and sample relevance for quality prediction. In order to overcome this problem, a spatiotemporal attention-based LSTM network is proposed for soft sensor modeling, which can, not only identify important input variables that are related to the quality variable at each time step, but also adaptively discover quality-related hidden states across all time steps. By taking the spatiotemporal quality-relevant interactions into consideration, the prediction performance can be improved for the soft sensor model. The effectiveness and flexibility of the proposed model is demonstrated on an industrial hydrocracking process to predict the initial boiling points of heavy naphtha and aviation kerosene.
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