httpwww．aepsＧinfo．com
文信息挖掘技术断路器全寿命状态评价中应
邱
剑１王慧芳１应高亮２张
波２邹国３奔腾１
(１．
浙江学电气工程学院浙江省杭州市
３１００２７２．
国网金华供电公司浙江省金华市
３２１０１７
３．
国网浙江省电力公司电力科学研究院浙江省杭州市
３１００１４)
摘电网企业记录量障缺陷中文文文蕴藏丰富设备健康信息迄
止鲜电力领域文信息挖掘技术研究断路器全寿命状态评价应研究背景探索
电网中文文挖掘方法首先根断路器状态评价研究现状提出构建文挖掘全寿命状
态评价模型关键问题然构建包含文挖掘信息全寿命状态评价模型通基隐马尔
夫法(
HMM
)文预处理量化区间搜索k 邻(
KNN
)算法文分类率型
状态信息融合模型完成断路器全寿命健康状态指数展示采某电网公司实际缺陷文
构建算例算例表明文挖掘技术实现相似缺陷相关性学率型信息融合模型更全
面真实展示健康状态评价历史流
关键词全 寿 命 状 态 评 价检 修 消 缺断 路 器文 挖 掘隐 马 尔 夫 法 (
HMM
)k 邻
(
KNN
)
收稿日期
２０１５Ｇ０８Ｇ１２
修回日期
２０１５Ｇ１１Ｇ２８
网日期
２０１５Ｇ１２Ｇ２８
国家电网公司科技项目
０
引言
«中国电力数白皮书»指出样性电力
数重特性包括结构化半结构化
非结构化数[１Ｇ２]
数信息化企业数
理验结构化数约占数总量
２０％
关系型数库处理余
８０％
半结构化
非结构化数难关系型数库表达[３]
电力系统中量非结构化数分布设计安装运行检修退役等整全寿命周期环节中包括文音频图等[４]
检修维护环
节例电网企业积累量检修试验记录巡检
消缺记录 障 缺 陷 描 述 报 告 事 件 序 记 录
(SOE)等日志报告夹杂数字字母
符号中文短文(简称文)形式出现蕴
藏着丰富设备历史运行状态信息检修效果信息
性信息等客观评价设备健康状态发展
程裨益然文具备歧义难切分模糊性噪声等特点述信息没充分挖
掘计算机语言学家专门开辟门交叉研
究领域———然语言处理(NLP)致力解决文
语言处理中关键性难题NLP
语音识互
联网搜索引擎电子医疗报告分析等处均获成
功应[５Ｇ６]
领域中NLP
通常采词
句长度精度词频等作特征指标适长文档
信息检索题分类完全搬工业
界短文挖掘电力领域国外已针电缆
障工单操作票研究[７]
缺乏设备亚健
康缺陷信息仅仅分析事障记录文处
试探性研究阶段迄止尚关电网中文文处理研究
公开发表方面专业领域中文文处理
NLP
中难问题研究者仅需解决中
文难切分模糊性问题[６]
需掌握扎实专业背
景知识电力专业词汇正确融入文挖掘模型
中方面挖掘类文信息仅仅关
注单题单时间剖面否容易造成严重
数断层更需种总体视角进行事物间
综合关联性分析揭示素相关影响机制处
理样化数融合[４８Ｇ９]
鉴文断路器全寿命状态评价应
研究背景研究障缺陷文挖掘关键性问题探索文挖掘具体实施流程仅电网中
文文信息挖掘提供技术参考电力设备
实现全寿命状态评价提供范例
７０１
第４０卷
第６期
２０１６年３月２５日
Vol．４０No．６ Mar．２５２０１６
DOI１０．７５００AEPS２０１５０８１２００３
１
断路器状态评价研究现状存问题
国家电网公司
２００８
年颁布断路器评价导
[１０]
许研究基础发展系列状态评价
法专家系统法层次分析法模糊综合评判法模
糊聚类分析法雷达图法等述方法专家组参
评价前提具定信度适评价没
量化模型支撑模糊现象[１１]
然
台设备条缺陷送专家组进行评价述
方法操作性较差类状态评价法针实时
监测数进行设备障诊断分析神网络
支持量机波分析验模态分解法方
法通常高维监测数映射低维特征量利
分类器进行障识述方法处理结构化数
时具定优势适濒障紧急状态预
警事障原分析[１２]
然济成
技术发展等原数断路器没装配状态实时
监测装置述方法应受限
目前断路器导定期实施评价通常情况
评价周期年评价程包括
３
步①
根导
标准部件状态量进行扣分②
公式计算部件
分确定部件定性评价③
确定设备整体评价导
指出状态量获取包括停电试验带电检测
线监测获取结构化数认基导
状态评价已实现结构化数利
未长段时间工巡检带电检测
电力设备监测方式某模
糊性较强亚健康缺陷巡检员难出精确
量化参数文缺陷记录
稀障事件设备会发生亚健
康缺陷通常情况法带电消缺行消
缺情形允许设备带缺陷运行段时间[８]
期间需加强巡视踪状态评价通续
建模分析寻找优消缺检修时机
充分融合方式获源状态信息
时间序列获历史信息数颗
粒度异构信息含文信息挖掘断路器全寿
命状态评价研究中需解决①
夹杂数字特殊符
号中文文预处理量化程②
设备群中
相似性关联性学挖掘③
历史缺陷信息状
态评价信息全寿命状态评价中关系
实现融合④
包含具体部件缺陷信息设备健康状
态数流展示
文解决述问题实现中文文信息
挖掘挖掘结果基导状态评价结果融
合实现设备全寿命健康状态展示
２
包 含 文 挖 掘 信 息 全 寿 命 状 态 评 价
模型
２．１
障缺陷记录容分析
障记录通常事障分析停电检修
试验报告
SOE缺陷记录通常运行检修
员巡视记录带电检测记录[１０]
１)设备基信息包括设备型式电压等级厂
家出厂时间名称变电等部分信息通
常记录准确
２)障缺陷文通常包括障缺陷发现
发展时间障缺陷描述缺陷评判等级事件发
现发展时间通常准确记录障缺陷描述详
细程度案例异般记录完整缺陷评判等级
现场员针具体描述文参国标[１０]出
结果受观性影响异
３)检修消缺文通常包括检修消缺时间
效果技术原相关责等述容记录
完整性准确性差强意
见障缺陷文相信息量
丰富容事件发现发展时间序列数结构
相简单容易量化处理已少研究者采时
间序列理(TSM)进行研究[１３Ｇ１４]
文旨充分
挖掘文中蕴藏信息期获
TSM
更加丰
富结果障缺陷事件常单条短文描述
般包括发生部件(语)状态量 特征(谓语宾
语)缺陷程度精准量词模糊性形容
词副词(定语状语)描述缺失通常现
场运维员会根相关状态评价标准缺陷进行评
判出般重紧急
３
缺陷等级
２．２
健康状态指数
历史文挖掘信息基导[１０]状
态评价信息充分融合实现设备健康状态量化
表征文 定 义 标 准 化 健 康 状 态 指 数 H０≤
H ≤１０
１
分 代 表 设 备 障 完 全 健 康
H ＝{HtextHscore}中Htext
通障缺陷文
挖掘量化指标(０≤Htext≤１)３
缺陷等级
应具体 Htext
区间通改进
KNN
算法
搜索求取Hscore
通状态评价方法获部件
分值S 转化获
Hscore＝
S－Smin
Smax－Smin
(１)
式中Smax＝１００Smin＝０
[１０]
２．３
包含文挖掘信息全寿命状态评价模型
包含文挖掘全寿命状态评价框架图
１
示中文障缺陷文挖掘包括文预处理
８０１
２０１６４０(６)Ű信息通信技术应Ű
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文分类算法 Htext
表征基缺陷文
量化健康状态评价指数基信 息融合模
型基评价导健康状态指数 Hscore
进行融
合全寿命周期 H 数流
A *AA
GL
H
L5L A
HMM N)
EKNN
21
Htext Hscore
H K
k&
(
A
图１
包含文挖掘全寿命状态评价框架
Fig．１ Frameworkoflifecyclecondition
assessmentincludingtextminingprocess
３
障缺陷文挖掘模型
３．１
基 HMM 中文文预处理流程
中文英文
NLP
中文语句字字间
没空格形成然分界先文进行
分词形成具独立意义合理词语序列
中文
NLP
领域难点[６]
参考状态 评 价 标 准[１０]
常 缺 陷 词 语[１５] 专
家推荐未登录词等资料编纂断路器障
缺陷基词库中词词词性组成
(简称词库部分词库见附录
A
表
A１)未登
录词指某部件特征缩写词俗称数字
型合成词鉴断路器缺陷文短文句法结构较
明确文预处理环节仅保留分词词频统计停
词文量化
４
步骤
１)分词编撰断路器障缺陷基词
库基础采
HMM
技术文进行初始分词许研究者针开发台公布开源代码分
词系统文采
Viterbi
算法详见文献[５Ｇ６]
２)词频统计分词进行词频统计
排序词频序列
３)停词剔停词库中停词
实现数清理附录
A
表
A１
中词库关
词均视停词部分停词表见附录
A
表
A２
４)文 量化词应量空 间中
维基词频排序重复词序列构成完整量
空间WALL＝(wij)I×J中wij ＝０
１ wij ＝
１
时该条文包含该词量反
０I J
量维数
３．２
基区间搜索 KNN 文分类算法
文预处理完成文量化程实现
需现场员专家定缺陷等级意缺陷文
输入模型动获取 Htext
目根词库
短文特点k 邻(KNN)算法进行改进实现适应寻优分类
KNN
算法核心思想 果 样 特
征空间干相邻样中数属某
类该样属类具类
样特性[１６]
KNN
化 Htext
仅
缺陷等级化会涵盖类似设备缺陷
性特征更加精细化定量指标改进
KNN
算法包括步骤
１)计算测试集训练集相似度中测试
集类已量化缺陷文集合训练集
已根专家组验完成类缺陷文集合
称缺陷文库
２)计算测试集缺陷文应 Htext测
试文i 训练集中文相似度进行排序选出
相似k 条文然基相似缺陷特征计算
测试文应健康指数 Htext
３)计算 Htext
分类区间
KNN
相似度学
Htext
信息量数颗粒度均发生变化常规
KNN
算法分类区间设定文分类
准确度化目标提出 Htext
区间搜索算法
４)k 值寻优容量训练库分类准
确率高时k 值致传统
KNN
算法
中k 值观选定文提出灵敏度算法进行
k 值寻优出该训练样高分类率述步骤详细计算公式算法见附录
B
４
率型全寿命状态评价信息融合模型
图
２
采 H 刻画事件时间序列程图中H(i－１)＋
单位健康周期开始时健康状态指
数般采次状态评价值新投运检修完毕
值通常接
１Hi i事件发生(tagei)时
健康状态指数通常障缺陷文挖掘结
果 HtextH(i＋１)－
带缺陷运行直检修消缺前
健康状态指数率型劣化模型估计获设备 役 龄tagei 时 发 生 某 缺 陷 事 件文
KNN
分类基导状态评价健康指数
Hi带缺陷运行TDelay
时段tagei＋１
时刻采取
消缺检修措施措施前 Hi＋１
发生突变
９０１
邱
剑等
文信息挖掘技术断路器全寿命状态评价中应
Hi2 Hi
TTTETDelay
H
U
TDelay
tagei2 tagei1 tagei+1tagei
H(i1)+
H(i1)
H(i+1)
H(i+1)+
0
图２
采 H 定量刻画事件时间序列图
Fig．２ HＧspecifiedeventandtimesequenceprocess
缺陷事件定义单位健康周期(SHC)
概念设备投入开始(包括初始投运检修消
缺改造升级完投运状态评价正常投运)
TTTE
时段缺陷事件发生带缺陷运行 TDelay
时段
导致事件程度升级采取措施事件结束整
程(措 施 包 括 检 修消 缺更 换 退 役 等)图
２中第 i
SHC
序 列 集 合 ISHCi ＝ {(tagei－１
H(i－１)＋ )TTTE(tageiHi )TDelay(tagei＋１
H(i＋１)－)}全寿命周期程中存着干单位健康周
期该复杂序列涉设备状态劣化升级延迟消缺检修时间带缺陷运行设备部件役龄等素
需该复杂程进行建模根障缺陷事件设备性影响机
制建模程参考含协变量指数模型威布尔模
型率障率模型等理[１７]
中例障率
模型(PHM)著名统计学家
Cox
１９７２
年提出称
CoxＧPHM
模型该模型基假设
障事件体障风险产生率型影响采偏似然估计理估计障风险概率广泛
应生物医学领域年学者引入电
力系统研究中[１８]
提出假设①
历史缺
陷事件设备健康状态产生率型影响
Δ(H)
②
带缺陷运行期间TDelay该事件设备状态产生持
续率型劣化作
Δ(H)③
检修消缺成功假
设措施实施设备新tagei＋１
时 H(i＋１)＋ ＝１
基述假设提出递推关系率型状态
融合模型(PHFM)描述ISHCi状态评价集
{H(i－１)＋ Δ(Hi－１)HiΔ(Hi)H(i＋１)－}描述
H(i＋１)－ ＝Hiexp(δ(tagei＋１)(Hi－１))
Δ(Hi－１)＝
Hi－H(i－１)＋
tagei－tagei－１
Δ(Hi)＝
H(i＋１)－－Hi
tagei＋１－tagei
ì
î
í
ï
ïï
ï
ïï
(２)
式中Δ(Hi－１)
Δ(Hi)分缺陷事件发生前
２
阶段健康状态指数劣化率δ(tagei)役龄
示性函数带缺陷运行时δ＝０带缺陷运行时
δ＝tageiAA 设备预期服役年限文参考国标
令 A＝１００
年
５
算例分析
５．１
文预处理分类结果验证
文选取华东某区电网公司
４５４
台
历史缺陷断路器作研究象
２００７
年
１
月
１
日
２０１５
年
１
月
１
日期间累计发生缺陷
９５３
次
(电网生产理系统中导出缺陷文
９５３
条)中般重紧急缺陷条数
２７１４１４２６８
条参 考 电 力 公 司 年 制 定 检 修 计 划 惯 例选 取
２００７
年
１
月
１
日
２０１３
年
１２
月
３１
日
７４４
条文
作训练样２０１４
年
１
月
１
日
２０１５
年
１
月
１
日
２０９
条文作测试样测试样
图
１
框架进行文挖掘助基层次
HMM
中文开源词法分析系
统(ICTCLAS)[６]
导入编纂断路器障缺陷
基词库完成初始分词部分分词结果见附录
A表
A３余文预处理步骤通编写
MATLAB程序完成
２０９
条测试文原运维员评
价等级标签掉采改进
KNN
算法进行
文分类化优 Htext
分类区间
Htext＝
[０．５３０．６６]
紧急
(０．６６０．８２)
重
[０．８２０．８８]
般
ì
î
í
ïï
ïï (３)
具体 分 类 结 果 图
３
示 见 改 进
KNN
文分类算法够实现 H 动化计算
融合相似缺陷文加权指标 Htext
更
精细数值非
３
定性评判等级外分析
H 数值属区间运维员评价等级标签
分类准确度
图３
断路器历史缺陷文分类
Fig．３ Historicaldefecttextclassificationof
circuitbreaker
灵敏度分析图
４
示通k 灵敏度算法出 k ＝３
情 况 分 类 准 确 率 高
８８．５２％３
等级误分类矩阵表
１
示
０１１
２０１６４０(６)Ű信息通信技术应Ű
httpwww．aepsＧinfo．com
图４ k 灵敏度分析
Fig．４ ksensitivityanalysis
表１
测试集误分类矩阵
Table１ Misclassificationmatrixoftestingsets
原始等级
分入相应等级矩阵数
紧急 重 般
紧急
１４ １４ ０重
７ １４９ ２般
０ １ ２２
分析H 误分情况发生新缺陷
模式失效情形表
１
中训练样中紧
急案例较少新年测试样中新增例
未发生紧急缺陷存发缺陷事件
进导致紧急误分重情况
发生 类 似 缺 陷 障 模 型 够 实 现
９５％
高准确度分类
附录
A
表
A４
列举典型缺陷事件示
例文评价结果导评 价结果进行
中完整意义基导评价分S 需针
部件进行全方位分仅告知某缺陷文
情况出某部件扣分值表中
发现模型分类等级误模型
法实现文中特征数值进行精确识
计算精细化 H目前正尝试引入语义分析
深度学技术进行解决
外现场情况复杂变少数缺陷国标
导中法找扣分文相似度学算法
出 H状态评价提供定参考助
导进步完善
５．２
断路器全寿命状态评价展示
选取某台断路器系统记录役龄
１６
年
检修消缺记录电容器开关发生
４
次重
缺陷目前正带重缺陷运行中该断路器
文状态评价分值输入图
１
框架中该
断路器电容器开关历史健康状态指数流见图
５
图中绿点电网企业历年基导[１０]出
电容器开关状态分式(１)转化 Hscore
值蓝
点通缺陷文挖掘获 Htext代入融合模
型式(２)综合 H特红点目前
带缺陷运行状态
A
BC
H
H
5LH#5 H 1
A#5 5L
4
110
105
100
095
090
085
080
075
070
065
060
H
17 18 19 20 21 22 23
U
图５
面历史数流展示设备全寿命状态评价
Fig．５ Assetlifecycleconditionassessmentfor
historicaldatastreamdemonstration
实线述两部分融合展示该断路器
电容器开关 H 状态流具特点
１)改进
KNN
文分类算法够实现
文 H 学计算动融合基导
状态评价值实现动化展示
２)仅反映次评价结果反映发现缺
陷维修完毕时刻缺陷事件间 H 值
差异更重体现发现缺陷前亚健康状态
期间带缺陷运行期间 H 劣化趋势该台设
备役龄
１６．９６
年时发生缺陷推迟
０．０７４
年执行
消 缺 处 理 带 缺 陷 运 行 期 间 H 劣 化 率
Δ(H１)＝－０．２０５
３)清晰表达复发缺陷消缺成功情况役龄
１７．８２
年时该断路器发现缺陷(A 点)
巡检时发现缺陷未消缺成功(B 点)
AB 间 H 劣化速度快役龄
１８
年时
该缺陷消(C 点)时 H 值已劣化较
６
结语
文贡献方面
１)电网文信息处理模型进行探索
电网中相关文信息挖掘提供方法
２)实现障缺陷文 H 学映射改变运维员观评价障缺陷等级方式
挖掘程中实现台设备历史信息群体
类似信息相似性关联性学 H 结果更
精准符合电网企业精细化理发展求
３)通定义标准健康状态指数实现基文
挖掘信息状态评价结果融合通采率型
状态融合模型实现全寿命状态信息流展示
电网企业实现全寿命周期理提供基础研究程中存难点未充分解
１１１
邱
剑等
文信息挖掘技术断路器全寿命状态评价中应
决首先词库型然语言处理技术未登录词识
方面较弱[５Ｇ６]
需电力设备特性障机制
出发建立电力语义模型完成新缺陷识提高
分类准确率次文预处理程中发现缺陷
文规范化录入数质量提高文
词库助电网公司该工作提出进步规范
化求相信着电力语料库断丰富该模型
学力够继续提升届时引入更先
进机器学技术挖掘出更价值信息
附 录 见 刊 网 络 版 (
http
www．aepsＧinfo．
com
aeps
ch
index．aspx
)
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邱
剑(
１９９０
—)男博士研究生研究方智
电网数挖掘 障 率 预 测 状 态 检 修
EＧmail
jianqiu＠
zju．edu．cn王慧芳(
１９７４
—)女通信作者博士副教授研究
方 电 网 状 态 检 修继 电 保 护 控 制
EＧmail
huifangwang＠zju．edu．cn应高亮(
１９５７
—)男高级工程师研究方带电
检测应技术
(编辑
王梦岩)
(转第
１１８
页
continuedonpage１１８
)
２１１
２０１６４０(６)Ű信息通信技术应Ű
RadioFrequencyIdentificationSecurityandPrivacyIssues
２０１０１２(１０)２２Ｇ３４．
[１３]DOLEVDYAOA．OnthesecurityofpublicＧkeyprotocols
[J]．IEEETransonInformationTheory１９８３２(２９)１９８Ｇ
２０８．
[１４]TIANYCHENGLIJ．A new ultralightweight RFID
authentication protocol with permutation[J]．IEEE
CommunicationLetters２０１２１６(５)７０２Ｇ７０５．
唐良瑞(
１９６６
—)男教授博士生导师研究方
电力系统通信信息处理线传感器网络物联网技术
EＧmail
tangliangrui＠１６３．com李荣荣(
１９９０
—)女通信作者硕士研究生研究
方配电通信网业务模型安 全 性 分 析
EＧmail
l
_
r
_
r１９９０＠１２６．com翟
峰(
１９７９
—)男工程师研究方电计量
电信息安全
(编辑
杨松迎)
AnAccessControlProtocolforIntelligentElectricityConsumptionInformationAcquisitionTerminals
TANGLiangrui１ LIRongrong１ ZHAIFeng２
１敭StateKeyLaboratoryofAlternateElectricPowerSystem withRenewableEnergySources NorthChina
ElectricPowerUniversity Beijing１０２２０６ China ２敭ChinaElectricPowerResearchInstitute Beijing１００１９２ China
Abstract Inviewofimplementationdemandsoftheintelligentconsumptioninformationacquisitionsystem radiofrequency
identification RFID technologyisappliedtoensureacquisitionterminalsmanagement敭Tosolvethenumerousprivacyand
securityvulnerabilitiesintheprocessofterminalsauthenticationandinformationtransmissionin RFIDsystems anaccess
controlprotocolforintelligentelectricityconsumptioninformationacquisitionterminalsisproposed敭Thenovelprotocolis
dividedintotwostages theterminalidentityauthenticationandtheterminalinformationaccesscontrol敭Thehashfunction
theprivatekeyandtherandom keyareemployedtoensuretheprivacyandsecurityof messages敭Inordertosatisfythe
demandsofactualinformationcollectionandterminal maintenance thereader soperatingauthorityovertheacquisition
terminalistakenintoconsideration whichensuresthesecurityoftheterminalsensitiveinformation敭ThenonＧformalized
methodanalysisindicatesthenewprotocolcaneffectivelyresistasmanyas６kindsofattacksincludingtheblockingattack
spoofingattackandrecognizerillegalaccessattack anditensuressafeaccesstoacquisitionterminalsaswellaslegaloperation
ofterminalsinformation which willimprovesafetyprotectionleveloftheelectricityconsumptioninformationacquisition
system敭
This workissupportedby National High Technology Researchand DevelopmentProgram ofChina ８６３ Program
No敭２０１４AA０１A７０１ andBeijingNaturalScienceFoundation No敭４１４２０４９ 敭
Keywords intelligentelectricityconsumptioninformationacquisitionsystem radiofrequencyidentification RFID access
control safetyprotection
ऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽ
(接第
１１２
页
continuedfrompage１１２
)
TextMiningTechniqueandApplicationofLifecycleConditionAssessmentforCircuitBreaker
QIUJian１ WANGHuifang１ YINGGaoliang２ ZHANGBo２ ZOUGuoping３ HEBenteng１
１敭CollegeofElectricalEngineering ZhejiangUniversity Hangzhou３１００２７ China
２敭StateGridJinhuaPowerSupplyCompany Jinhua３２１０１７ China
３敭ElectricPowerResearchInstituteofStateGridZhejiangElectricPowerCompany Hangzhou３１００１４ China
Abstract Inpowergrids operatingand maintainingengineershaverecordedplentyoftextsorlogsduring maintainingand
inspectingactivities敭Thesetextualdatacontainabundantassethealthinformation敭Sofar however fewresearches ifany
havestudiedtextminingtechniquesinthepowergrid敭Wetakethecircuitbreaker CB asacaseinpointtoestablisha
frameworkoftextminingＧbasedlifecycleconditionassessment敭Firstly thekeyissuesoftextminingandlifecyclecondition
assessmentmodelsarelistedbasedonreviewingtheresearchofCBconditionassessment敭Then useismadeoftheframework
includingahiddenMarkovmodel HMM Ｇbasedtextpreprocessingandvectorizion selfＧintervalsearchingkＧnearestneighbor
KNN Ｇbasedtextclassification andaproportionalhealthＧindexfusion model PHFM 敭Finally wehavecollectedreal
textualdatafromacertainpowercompanytodemonstrateanexamplethatshowsthetextminingtechniquecouldlearnsimilar
defectsfromotherassetsbyitself andPHFMshowshistoricaldatastreamandlifecyclehealthindexmuchmorerigorously敭
ThisworkissupportedbyStateGridCorporationofChina敭
Keywords lifecycleconditionassessment maintenanceandinspection circuitbreaker textmining hidden Markov model
HMM kＧnearestneighbor KNN
８１１
２０１６４０(６)Ű信息通信技术应Ű
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文信息挖掘技术断路器全寿命状态评价中应
邱
剑１王慧芳１应高亮２张
波２邹国３奔腾１
(１．
浙江学电气工程学院浙江省杭州市
３１００２７２．
国网金华供电公司浙江省金华市
３２１０１７
３．
国网浙江省电力公司电力科学研究院浙江省杭州市
３１００１４)
摘电网企业记录量障缺陷中文文文蕴藏丰富设备健康信息迄
止鲜电力领域文信息挖掘技术研究断路器全寿命状态评价应研究背景探索
电网中文文挖掘方法首先根断路器状态评价研究现状提出构建文挖掘全寿命状
态评价模型关键问题然构建包含文挖掘信息全寿命状态评价模型通基隐马尔
夫法(
HMM
)文预处理量化区间搜索k 邻(
KNN
)算法文分类率型
状态信息融合模型完成断路器全寿命健康状态指数展示采某电网公司实际缺陷文
构建算例算例表明文挖掘技术实现相似缺陷相关性学率型信息融合模型更全
面真实展示健康状态评价历史流
关键词全 寿 命 状 态 评 价检 修 消 缺断 路 器文 挖 掘隐 马 尔 夫 法 (
HMM
)k 邻
(
KNN
)
收稿日期
２０１５Ｇ０８Ｇ１２
修回日期
２０１５Ｇ１１Ｇ２８
网日期
２０１５Ｇ１２Ｇ２８
国家电网公司科技项目
０
引言
«中国电力数白皮书»指出样性电力
数重特性包括结构化半结构化
非结构化数[１Ｇ２]
数信息化企业数
理验结构化数约占数总量
２０％
关系型数库处理余
８０％
半结构化
非结构化数难关系型数库表达[３]
电力系统中量非结构化数分布设计安装运行检修退役等整全寿命周期环节中包括文音频图等[４]
检修维护环
节例电网企业积累量检修试验记录巡检
消缺记录 障 缺 陷 描 述 报 告 事 件 序 记 录
(SOE)等日志报告夹杂数字字母
符号中文短文(简称文)形式出现蕴
藏着丰富设备历史运行状态信息检修效果信息
性信息等客观评价设备健康状态发展
程裨益然文具备歧义难切分模糊性噪声等特点述信息没充分挖
掘计算机语言学家专门开辟门交叉研
究领域———然语言处理(NLP)致力解决文
语言处理中关键性难题NLP
语音识互
联网搜索引擎电子医疗报告分析等处均获成
功应[５Ｇ６]
领域中NLP
通常采词
句长度精度词频等作特征指标适长文档
信息检索题分类完全搬工业
界短文挖掘电力领域国外已针电缆
障工单操作票研究[７]
缺乏设备亚健
康缺陷信息仅仅分析事障记录文处
试探性研究阶段迄止尚关电网中文文处理研究
公开发表方面专业领域中文文处理
NLP
中难问题研究者仅需解决中
文难切分模糊性问题[６]
需掌握扎实专业背
景知识电力专业词汇正确融入文挖掘模型
中方面挖掘类文信息仅仅关
注单题单时间剖面否容易造成严重
数断层更需种总体视角进行事物间
综合关联性分析揭示素相关影响机制处
理样化数融合[４８Ｇ９]
鉴文断路器全寿命状态评价应
研究背景研究障缺陷文挖掘关键性问题探索文挖掘具体实施流程仅电网中
文文信息挖掘提供技术参考电力设备
实现全寿命状态评价提供范例
７０１
第４０卷
第６期
２０１６年３月２５日
Vol．４０No．６ Mar．２５２０１６
DOI１０．７５００AEPS２０１５０８１２００３
１
断路器状态评价研究现状存问题
国家电网公司
２００８
年颁布断路器评价导
[１０]
许研究基础发展系列状态评价
法专家系统法层次分析法模糊综合评判法模
糊聚类分析法雷达图法等述方法专家组参
评价前提具定信度适评价没
量化模型支撑模糊现象[１１]
然
台设备条缺陷送专家组进行评价述
方法操作性较差类状态评价法针实时
监测数进行设备障诊断分析神网络
支持量机波分析验模态分解法方
法通常高维监测数映射低维特征量利
分类器进行障识述方法处理结构化数
时具定优势适濒障紧急状态预
警事障原分析[１２]
然济成
技术发展等原数断路器没装配状态实时
监测装置述方法应受限
目前断路器导定期实施评价通常情况
评价周期年评价程包括
３
步①
根导
标准部件状态量进行扣分②
公式计算部件
分确定部件定性评价③
确定设备整体评价导
指出状态量获取包括停电试验带电检测
线监测获取结构化数认基导
状态评价已实现结构化数利
未长段时间工巡检带电检测
电力设备监测方式某模
糊性较强亚健康缺陷巡检员难出精确
量化参数文缺陷记录
稀障事件设备会发生亚健
康缺陷通常情况法带电消缺行消
缺情形允许设备带缺陷运行段时间[８]
期间需加强巡视踪状态评价通续
建模分析寻找优消缺检修时机
充分融合方式获源状态信息
时间序列获历史信息数颗
粒度异构信息含文信息挖掘断路器全寿
命状态评价研究中需解决①
夹杂数字特殊符
号中文文预处理量化程②
设备群中
相似性关联性学挖掘③
历史缺陷信息状
态评价信息全寿命状态评价中关系
实现融合④
包含具体部件缺陷信息设备健康状
态数流展示
文解决述问题实现中文文信息
挖掘挖掘结果基导状态评价结果融
合实现设备全寿命健康状态展示
２
包 含 文 挖 掘 信 息 全 寿 命 状 态 评 价
模型
２．１
障缺陷记录容分析
障记录通常事障分析停电检修
试验报告
SOE缺陷记录通常运行检修
员巡视记录带电检测记录[１０]
１)设备基信息包括设备型式电压等级厂
家出厂时间名称变电等部分信息通
常记录准确
２)障缺陷文通常包括障缺陷发现
发展时间障缺陷描述缺陷评判等级事件发
现发展时间通常准确记录障缺陷描述详
细程度案例异般记录完整缺陷评判等级
现场员针具体描述文参国标[１０]出
结果受观性影响异
３)检修消缺文通常包括检修消缺时间
效果技术原相关责等述容记录
完整性准确性差强意
见障缺陷文相信息量
丰富容事件发现发展时间序列数结构
相简单容易量化处理已少研究者采时
间序列理(TSM)进行研究[１３Ｇ１４]
文旨充分
挖掘文中蕴藏信息期获
TSM
更加丰
富结果障缺陷事件常单条短文描述
般包括发生部件(语)状态量 特征(谓语宾
语)缺陷程度精准量词模糊性形容
词副词(定语状语)描述缺失通常现
场运维员会根相关状态评价标准缺陷进行评
判出般重紧急
３
缺陷等级
２．２
健康状态指数
历史文挖掘信息基导[１０]状
态评价信息充分融合实现设备健康状态量化
表征文 定 义 标 准 化 健 康 状 态 指 数 H０≤
H ≤１０
１
分 代 表 设 备 障 完 全 健 康
H ＝{HtextHscore}中Htext
通障缺陷文
挖掘量化指标(０≤Htext≤１)３
缺陷等级
应具体 Htext
区间通改进
KNN
算法
搜索求取Hscore
通状态评价方法获部件
分值S 转化获
Hscore＝
S－Smin
Smax－Smin
(１)
式中Smax＝１００Smin＝０
[１０]
２．３
包含文挖掘信息全寿命状态评价模型
包含文挖掘全寿命状态评价框架图
１
示中文障缺陷文挖掘包括文预处理
８０１
２０１６４０(６)Ű信息通信技术应Ű
httpwww．aepsＧinfo．com
文分类算法 Htext
表征基缺陷文
量化健康状态评价指数基信 息融合模
型基评价导健康状态指数 Hscore
进行融
合全寿命周期 H 数流
A *AA
GL
H
L5L A
HMM N)
EKNN
21
Htext Hscore
H K
k&
(
A
图１
包含文挖掘全寿命状态评价框架
Fig．１ Frameworkoflifecyclecondition
assessmentincludingtextminingprocess
３
障缺陷文挖掘模型
３．１
基 HMM 中文文预处理流程
中文英文
NLP
中文语句字字间
没空格形成然分界先文进行
分词形成具独立意义合理词语序列
中文
NLP
领域难点[６]
参考状态 评 价 标 准[１０]
常 缺 陷 词 语[１５] 专
家推荐未登录词等资料编纂断路器障
缺陷基词库中词词词性组成
(简称词库部分词库见附录
A
表
A１)未登
录词指某部件特征缩写词俗称数字
型合成词鉴断路器缺陷文短文句法结构较
明确文预处理环节仅保留分词词频统计停
词文量化
４
步骤
１)分词编撰断路器障缺陷基词
库基础采
HMM
技术文进行初始分词许研究者针开发台公布开源代码分
词系统文采
Viterbi
算法详见文献[５Ｇ６]
２)词频统计分词进行词频统计
排序词频序列
３)停词剔停词库中停词
实现数清理附录
A
表
A１
中词库关
词均视停词部分停词表见附录
A
表
A２
４)文 量化词应量空 间中
维基词频排序重复词序列构成完整量
空间WALL＝(wij)I×J中wij ＝０
１ wij ＝
１
时该条文包含该词量反
０I J
量维数
３．２
基区间搜索 KNN 文分类算法
文预处理完成文量化程实现
需现场员专家定缺陷等级意缺陷文
输入模型动获取 Htext
目根词库
短文特点k 邻(KNN)算法进行改进实现适应寻优分类
KNN
算法核心思想 果 样 特
征空间干相邻样中数属某
类该样属类具类
样特性[１６]
KNN
化 Htext
仅
缺陷等级化会涵盖类似设备缺陷
性特征更加精细化定量指标改进
KNN
算法包括步骤
１)计算测试集训练集相似度中测试
集类已量化缺陷文集合训练集
已根专家组验完成类缺陷文集合
称缺陷文库
２)计算测试集缺陷文应 Htext测
试文i 训练集中文相似度进行排序选出
相似k 条文然基相似缺陷特征计算
测试文应健康指数 Htext
３)计算 Htext
分类区间
KNN
相似度学
Htext
信息量数颗粒度均发生变化常规
KNN
算法分类区间设定文分类
准确度化目标提出 Htext
区间搜索算法
４)k 值寻优容量训练库分类准
确率高时k 值致传统
KNN
算法
中k 值观选定文提出灵敏度算法进行
k 值寻优出该训练样高分类率述步骤详细计算公式算法见附录
B
４
率型全寿命状态评价信息融合模型
图
２
采 H 刻画事件时间序列程图中H(i－１)＋
单位健康周期开始时健康状态指
数般采次状态评价值新投运检修完毕
值通常接
１Hi i事件发生(tagei)时
健康状态指数通常障缺陷文挖掘结
果 HtextH(i＋１)－
带缺陷运行直检修消缺前
健康状态指数率型劣化模型估计获设备 役 龄tagei 时 发 生 某 缺 陷 事 件文
KNN
分类基导状态评价健康指数
Hi带缺陷运行TDelay
时段tagei＋１
时刻采取
消缺检修措施措施前 Hi＋１
发生突变
９０１
邱
剑等
文信息挖掘技术断路器全寿命状态评价中应
Hi2 Hi
TTTETDelay
H
U
TDelay
tagei2 tagei1 tagei+1tagei
H(i1)+
H(i1)
H(i+1)
H(i+1)+
0
图２
采 H 定量刻画事件时间序列图
Fig．２ HＧspecifiedeventandtimesequenceprocess
缺陷事件定义单位健康周期(SHC)
概念设备投入开始(包括初始投运检修消
缺改造升级完投运状态评价正常投运)
TTTE
时段缺陷事件发生带缺陷运行 TDelay
时段
导致事件程度升级采取措施事件结束整
程(措 施 包 括 检 修消 缺更 换 退 役 等)图
２中第 i
SHC
序 列 集 合 ISHCi ＝ {(tagei－１
H(i－１)＋ )TTTE(tageiHi )TDelay(tagei＋１
H(i＋１)－)}全寿命周期程中存着干单位健康周
期该复杂序列涉设备状态劣化升级延迟消缺检修时间带缺陷运行设备部件役龄等素
需该复杂程进行建模根障缺陷事件设备性影响机
制建模程参考含协变量指数模型威布尔模
型率障率模型等理[１７]
中例障率
模型(PHM)著名统计学家
Cox
１９７２
年提出称
CoxＧPHM
模型该模型基假设
障事件体障风险产生率型影响采偏似然估计理估计障风险概率广泛
应生物医学领域年学者引入电
力系统研究中[１８]
提出假设①
历史缺
陷事件设备健康状态产生率型影响
Δ(H)
②
带缺陷运行期间TDelay该事件设备状态产生持
续率型劣化作
Δ(H)③
检修消缺成功假
设措施实施设备新tagei＋１
时 H(i＋１)＋ ＝１
基述假设提出递推关系率型状态
融合模型(PHFM)描述ISHCi状态评价集
{H(i－１)＋ Δ(Hi－１)HiΔ(Hi)H(i＋１)－}描述
H(i＋１)－ ＝Hiexp(δ(tagei＋１)(Hi－１))
Δ(Hi－１)＝
Hi－H(i－１)＋
tagei－tagei－１
Δ(Hi)＝
H(i＋１)－－Hi
tagei＋１－tagei
ì
î
í
ï
ïï
ï
ïï
(２)
式中Δ(Hi－１)
Δ(Hi)分缺陷事件发生前
２
阶段健康状态指数劣化率δ(tagei)役龄
示性函数带缺陷运行时δ＝０带缺陷运行时
δ＝tageiAA 设备预期服役年限文参考国标
令 A＝１００
年
５
算例分析
５．１
文预处理分类结果验证
文选取华东某区电网公司
４５４
台
历史缺陷断路器作研究象
２００７
年
１
月
１
日
２０１５
年
１
月
１
日期间累计发生缺陷
９５３
次
(电网生产理系统中导出缺陷文
９５３
条)中般重紧急缺陷条数
２７１４１４２６８
条参 考 电 力 公 司 年 制 定 检 修 计 划 惯 例选 取
２００７
年
１
月
１
日
２０１３
年
１２
月
３１
日
７４４
条文
作训练样２０１４
年
１
月
１
日
２０１５
年
１
月
１
日
２０９
条文作测试样测试样
图
１
框架进行文挖掘助基层次
HMM
中文开源词法分析系
统(ICTCLAS)[６]
导入编纂断路器障缺陷
基词库完成初始分词部分分词结果见附录
A表
A３余文预处理步骤通编写
MATLAB程序完成
２０９
条测试文原运维员评
价等级标签掉采改进
KNN
算法进行
文分类化优 Htext
分类区间
Htext＝
[０．５３０．６６]
紧急
(０．６６０．８２)
重
[０．８２０．８８]
般
ì
î
í
ïï
ïï (３)
具体 分 类 结 果 图
３
示 见 改 进
KNN
文分类算法够实现 H 动化计算
融合相似缺陷文加权指标 Htext
更
精细数值非
３
定性评判等级外分析
H 数值属区间运维员评价等级标签
分类准确度
图３
断路器历史缺陷文分类
Fig．３ Historicaldefecttextclassificationof
circuitbreaker
灵敏度分析图
４
示通k 灵敏度算法出 k ＝３
情 况 分 类 准 确 率 高
８８．５２％３
等级误分类矩阵表
１
示
０１１
２０１６４０(６)Ű信息通信技术应Ű
httpwww．aepsＧinfo．com
图４ k 灵敏度分析
Fig．４ ksensitivityanalysis
表１
测试集误分类矩阵
Table１ Misclassificationmatrixoftestingsets
原始等级
分入相应等级矩阵数
紧急 重 般
紧急
１４ １４ ０重
７ １４９ ２般
０ １ ２２
分析H 误分情况发生新缺陷
模式失效情形表
１
中训练样中紧
急案例较少新年测试样中新增例
未发生紧急缺陷存发缺陷事件
进导致紧急误分重情况
发生 类 似 缺 陷 障 模 型 够 实 现
９５％
高准确度分类
附录
A
表
A４
列举典型缺陷事件示
例文评价结果导评 价结果进行
中完整意义基导评价分S 需针
部件进行全方位分仅告知某缺陷文
情况出某部件扣分值表中
发现模型分类等级误模型
法实现文中特征数值进行精确识
计算精细化 H目前正尝试引入语义分析
深度学技术进行解决
外现场情况复杂变少数缺陷国标
导中法找扣分文相似度学算法
出 H状态评价提供定参考助
导进步完善
５．２
断路器全寿命状态评价展示
选取某台断路器系统记录役龄
１６
年
检修消缺记录电容器开关发生
４
次重
缺陷目前正带重缺陷运行中该断路器
文状态评价分值输入图
１
框架中该
断路器电容器开关历史健康状态指数流见图
５
图中绿点电网企业历年基导[１０]出
电容器开关状态分式(１)转化 Hscore
值蓝
点通缺陷文挖掘获 Htext代入融合模
型式(２)综合 H特红点目前
带缺陷运行状态
A
BC
H
H
5LH#5 H 1
A#5 5L
4
110
105
100
095
090
085
080
075
070
065
060
H
17 18 19 20 21 22 23
U
图５
面历史数流展示设备全寿命状态评价
Fig．５ Assetlifecycleconditionassessmentfor
historicaldatastreamdemonstration
实线述两部分融合展示该断路器
电容器开关 H 状态流具特点
１)改进
KNN
文分类算法够实现
文 H 学计算动融合基导
状态评价值实现动化展示
２)仅反映次评价结果反映发现缺
陷维修完毕时刻缺陷事件间 H 值
差异更重体现发现缺陷前亚健康状态
期间带缺陷运行期间 H 劣化趋势该台设
备役龄
１６．９６
年时发生缺陷推迟
０．０７４
年执行
消 缺 处 理 带 缺 陷 运 行 期 间 H 劣 化 率
Δ(H１)＝－０．２０５
３)清晰表达复发缺陷消缺成功情况役龄
１７．８２
年时该断路器发现缺陷(A 点)
巡检时发现缺陷未消缺成功(B 点)
AB 间 H 劣化速度快役龄
１８
年时
该缺陷消(C 点)时 H 值已劣化较
６
结语
文贡献方面
１)电网文信息处理模型进行探索
电网中相关文信息挖掘提供方法
２)实现障缺陷文 H 学映射改变运维员观评价障缺陷等级方式
挖掘程中实现台设备历史信息群体
类似信息相似性关联性学 H 结果更
精准符合电网企业精细化理发展求
３)通定义标准健康状态指数实现基文
挖掘信息状态评价结果融合通采率型
状态融合模型实现全寿命状态信息流展示
电网企业实现全寿命周期理提供基础研究程中存难点未充分解
１１１
邱
剑等
文信息挖掘技术断路器全寿命状态评价中应
决首先词库型然语言处理技术未登录词识
方面较弱[５Ｇ６]
需电力设备特性障机制
出发建立电力语义模型完成新缺陷识提高
分类准确率次文预处理程中发现缺陷
文规范化录入数质量提高文
词库助电网公司该工作提出进步规范
化求相信着电力语料库断丰富该模型
学力够继续提升届时引入更先
进机器学技术挖掘出更价值信息
附 录 见 刊 网 络 版 (
http
www．aepsＧinfo．
com
aeps
ch
index．aspx
)
参 考 文 献
[１]中国电机工程学会信息化专委会
．
中国电力数发展白皮书
[M]．
北京中国电力出版社２０１３．
[２]曲阳陈帅杨帆
．
等
．
基云计算技术电力数预处理属
性约简方 法 [J]．
电 力 系 统 动 化２０１４３８(８)６７Ｇ７１．DOI
１０．７５００AEPS２０１３０６０１００１．
QUZhaoyangCHENShuaiYANGFanetal．Anattribute
reducingmethodforelectricpowerbigdatapreprocessingbased
oncloud computing technology[J]．Automation of Electric
Power Systems ２０１４ ３８(８) ６７Ｇ７１．DOI １０．７５００
AEPS２０１３０６０１００１．
[３]罗学礼徐树振王 森等
．
电 力 企 业 非 结 构 化 数 检 索 研 究
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计算机数学工程２０１４４２(４)７２９Ｇ７３３．
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杨松迎)
AnAccessControlProtocolforIntelligentElectricityConsumptionInformationAcquisitionTerminals
TANGLiangrui１ LIRongrong１ ZHAIFeng２
１敭StateKeyLaboratoryofAlternateElectricPowerSystem withRenewableEnergySources NorthChina
ElectricPowerUniversity Beijing１０２２０６ China ２敭ChinaElectricPowerResearchInstitute Beijing１００１９２ China
Abstract Inviewofimplementationdemandsoftheintelligentconsumptioninformationacquisitionsystem radiofrequency
identification RFID technologyisappliedtoensureacquisitionterminalsmanagement敭Tosolvethenumerousprivacyand
securityvulnerabilitiesintheprocessofterminalsauthenticationandinformationtransmissionin RFIDsystems anaccess
controlprotocolforintelligentelectricityconsumptioninformationacquisitionterminalsisproposed敭Thenovelprotocolis
dividedintotwostages theterminalidentityauthenticationandtheterminalinformationaccesscontrol敭Thehashfunction
theprivatekeyandtherandom keyareemployedtoensuretheprivacyandsecurityof messages敭Inordertosatisfythe
demandsofactualinformationcollectionandterminal maintenance thereader soperatingauthorityovertheacquisition
terminalistakenintoconsideration whichensuresthesecurityoftheterminalsensitiveinformation敭ThenonＧformalized
methodanalysisindicatesthenewprotocolcaneffectivelyresistasmanyas６kindsofattacksincludingtheblockingattack
spoofingattackandrecognizerillegalaccessattack anditensuressafeaccesstoacquisitionterminalsaswellaslegaloperation
ofterminalsinformation which willimprovesafetyprotectionleveloftheelectricityconsumptioninformationacquisition
system敭
This workissupportedby National High Technology Researchand DevelopmentProgram ofChina ８６３ Program
No敭２０１４AA０１A７０１ andBeijingNaturalScienceFoundation No敭４１４２０４９ 敭
Keywords intelligentelectricityconsumptioninformationacquisitionsystem radiofrequencyidentification RFID access
control safetyprotection
ऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽऽ
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TextMiningTechniqueandApplicationofLifecycleConditionAssessmentforCircuitBreaker
QIUJian１ WANGHuifang１ YINGGaoliang２ ZHANGBo２ ZOUGuoping３ HEBenteng１
１敭CollegeofElectricalEngineering ZhejiangUniversity Hangzhou３１００２７ China
２敭StateGridJinhuaPowerSupplyCompany Jinhua３２１０１７ China
３敭ElectricPowerResearchInstituteofStateGridZhejiangElectricPowerCompany Hangzhou３１００１４ China
Abstract Inpowergrids operatingand maintainingengineershaverecordedplentyoftextsorlogsduring maintainingand
inspectingactivities敭Thesetextualdatacontainabundantassethealthinformation敭Sofar however fewresearches ifany
havestudiedtextminingtechniquesinthepowergrid敭Wetakethecircuitbreaker CB asacaseinpointtoestablisha
frameworkoftextminingＧbasedlifecycleconditionassessment敭Firstly thekeyissuesoftextminingandlifecyclecondition
assessmentmodelsarelistedbasedonreviewingtheresearchofCBconditionassessment敭Then useismadeoftheframework
includingahiddenMarkovmodel HMM Ｇbasedtextpreprocessingandvectorizion selfＧintervalsearchingkＧnearestneighbor
KNN Ｇbasedtextclassification andaproportionalhealthＧindexfusion model PHFM 敭Finally wehavecollectedreal
textualdatafromacertainpowercompanytodemonstrateanexamplethatshowsthetextminingtechniquecouldlearnsimilar
defectsfromotherassetsbyitself andPHFMshowshistoricaldatastreamandlifecyclehealthindexmuchmorerigorously敭
ThisworkissupportedbyStateGridCorporationofChina敭
Keywords lifecycleconditionassessment maintenanceandinspection circuitbreaker textmining hidden Markov model
HMM kＧnearestneighbor KNN
８１１
２０１６４０(６)Ű信息通信技术应Ű
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