面向城市照明系统的智能故障诊断与预测方法研究

摘要

伴随国家经济的持续增长和城市建设的不断推进，城市照明系统的规模和复杂度逐年上升。与之对应的，系统提供的服务质量直接影响着越来越多的行人和车辆安全。保持城市照明系统良好的服务一方面需要及时对系统故障做出诊断，另一方面还需要预判未来可能发生的故障从而安排合理的维护和检修策略。传统的城市照明系统故障诊断方法主要针对设备电气特征，需要专业人士参与，而在系统维护和检修方面缺乏对故障的准确预测，更多地依赖盲目的随机巡检过程。智能城市照明监控系统的出现虽然能一定程度上通过监控运行数据诊断现象型的故障，但缺乏对故障和运行数据之间关联性的分析，也没有提供故障预测的能力。
　　本研究主要内容包括：⑴分析了城市照明系统中路灯节点故障诊断所面临的大范围部署问题，并针对快速响应和少人工参与的需求使用极限学习机对该问题进行了抽象建模。通过分析不同结构的极限学习机的近似逼近能力，结合增量学习过程设计了具备自适应参数搜索过程的路灯节点故障诊断模型。⑵分析了城市照明系统中通过区域配电系统运行数据和外部数据构建故障预测模型的需求，并对预测模型进行了数学建模。通过结合极限学习机、自回归模型和带衰减的滑动窗口这三类方法，实现了能够利用实时产生的数据进行在线学习过程的故障预测模型。⑶使用宜宾市城市照明系统运行数据对路灯故障诊断模型和区域配电系统预测模型进行了验证，并通过引入外部数据说明了模型对输入属性的扩展性。此外，基于所提模型设计并实现了城市照明智能故障诊断与预测系统。实验验证和系统实现的结果表明所提的两类模型分别在路灯故障诊断和区域配电系统故障预测方面具有较高的分类和预测准确率，实现了研究内容。

目录

声明

第一章 绪 论

1. 1 研究背景与研究意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3 本文研究目标与研究内容

1. 4 论文的结构安排

第二章 城市照明系统概述及神经网络故障诊断与预测方法

2. 1 城市照明系统概述及故障成因

2. 2 基于人工神经网络故障诊断与预测方法

2. 3 本章小结

第三章 路灯节点故障诊断模型研究

3. 1 极限学习机概述

3. 2 路灯节点故障诊断问题分析

3. 3 具备自适应参数搜索的路灯故障诊断模型的建立

3. 4 模型验证和结果分析

3. 5 本章小结

第四章 路灯配电系统故障预测模型研究

4. 1 时间序列模型概述

4. 2 路灯配电系统故障预测问题分析

4. 3 带衰减滑动时间窗口改进的路灯配电系统预测模型的建立

4. 4 模型验证与结果分析

4. 5 本章小结

第五章 城市照明智能故障诊断与预测原型系统的设计与实现

5. 1 原型系统功能划分

5. 2 原型系统整体开发设计及实现

5. 3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6. 1 全文总结

6. 2 后续工作展望

致谢

参考文献