Gas Turbine Diagnostics by Means of Convolutional Neural Networks Fed With Time Series Data Encoded as Images

卷积神经网络 系列(地层学) 计算机科学 人工智能 涡轮机 模式识别(心理学) 时间序列 机器学习 工程类 地质学 航空航天工程 古生物学
作者
Enzo Losi,Mauro Venturini,Lucrezia Manservigi,Giovanni Bechini
出处
期刊:Journal of engineering for gas turbines and power [ASM International]
卷期号:: 1-25
标识
DOI:10.1115/1.4069621
摘要

Abstract Anomalies in time series can be a symptom of an incoming failure. Thus, the detection of anomalous data can both reduce maintenance actions and asset unscheduled stops. To tackle this challenge, we exploit the capabilities of Convolutional Neural Networks (CNNs), fed with images obtained from multivariate time series data, transformed by means of two different approaches. Two CNN architectures are investigated, i.e., VGG-19 and SqueezeNet. The performance of both CNNs fed with images is compared to that of i) a Temporal Convolutional Network (TCN) fed with time series data and ii) a Support Vector Machine (SVM) model. In this paper, we present the comprehensive framework, which starts from time series transformation, goes through CNN development and ends with anomaly detection. The framework is applied to field data taken during normal operation of ten SGT-800 gas turbines, located in two different regions. The normal data covers 150 days of operation. Spike faults are implanted in two out of the twenty available measured variables, i.e., compressor discharge temperature and compressor discharge pressure, by considering different combinations of maximum fault magnitude and number of implanted spikes in each time series. The results demonstrate that both CNNs fed with images achieve significantly higher classification accuracy than both a TCN model fed with time series data and an SVM model. Moreover, the MTF method always proves more robust than GASF method, and also allows higher accuracy values, in the range from 0.85 to 0.99.
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