شماره ركورد
34605
پديد آورنده
رعد اليساري
عنوان
مدلهاي تركيبي يادگيري ماشين براي تشخيص خطا و پيشبيني وضعيت در شبكههاي ريلي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
نرم افزار
سال تحصيل
1404
تاريخ دفاع
1404/11/19
استاد راهنما
حسن نادري
استاد مشاور
/
دانشكده
مهندسي كامبيوتر
چكيده
چكيده
حملونقل مدرن به سيستمهاي ريلي وابسته است؛ ازاينرو، دستيابي به سطوح بالايي از ايمني و قابليت اطمينان امري ضروري محسوب ميشود. با افزايش پيچيدگي عملياتي ناوگان ريلي مدرن، روشهاي سنتي نگهداري واكنشي و پيشگيرانه ديگر توانايي پاسخگويي مؤثر به اين پيچيدگيها را ندارند و در نتيجه منجر به اختلالات پرهزينه در سرويسدهي و افزايش ريسكهاي ايمني ميشوند. اين پاياننامه با بهرهگيري از دادههاي ناهمزمان و گسستهي لاگهاي تشخيصي استخراجشده از سيستمهاي ريلي و متروي متداول، يك مدل يادگيري ماشين تركيبي و نوآورانه را پيشنهاد ميكند كه بهطور خاص براي تشخيص خطا و پيشبيني وضعيت طراحي شده است.
اين پژوهش به محدوديتهاي روشهاي كلاسيك يادگيري ماشين كه اغلب فاقد درك زماني هستند، و همچنين سامانههاي يادگيري عميق كه معمولاً بهصورت «جعبه سياه» عمل كرده و از تفسيرپذيري كافي برخوردار نيستند، ميپردازد. روش پيشنهادي از يك معماري تركيبي دومرحلهاي استفاده ميكند؛ بهگونهاي كه شبكهي حافظهي بلند–كوتاهمدت (LSTM) براي استخراج خودكار ويژگيهاي زماني و طبقهبند جنگل تصادفي (RF) براي انجام طبقهبندي نهايي قدرتمند بهكار گرفته ميشوند. بهمنظور تضمين شفافيت عملياتي و ايجاد اعتماد، چارچوب SHAP (SHapley Additive exPlanations) در مدل ادغام شده است. اين چارچوب توضيحات روشن و قابلتفسير در سطح رويداد براي پيشبينيهاي مدل ارائه ميدهد و بدينترتيب مهندسان نگهداري قادر خواهند بود علل ريشهاي خرابيها را بهدرستي شناسايي كنند.
چارچوب پيشنهادي با استفاده از مجموعهدادهي در دسترس عموم MetroPT-3 كه شامل لاگهاي تشخيصي واحد توليد هواي قطارهاي متروي در حال بهرهبرداري (APU) است، مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج تجربي نشان ميدهد كه مدل تركيبي، پس از تنظيم آستانهي تصميمگيري برابر با 0.15 و بهكارگيري روشهاي وزندهي به كلاسها، به مقدار قابلتوجهي از Recall معادل 37.04٪ و Precision در حدود 87٪ دست يافته است. اين عملكرد ضمن حفظ نرخ پايين هشدارهاي كاذب، توانايي شناسايي نشانههاي خرابي را نيز دارا بوده و در نتيجه بهبود چشمگيري نسبت به مدلهاي پايهي متداول نشان ميدهد. اعتبارسنجي كيفي مبتني بر تحليل SHAP تأييد كرد كه پيشبينيهاي مدل با مفاهيم شناختهشدهي مهندسي همخواني داشته و فشار و دماي بالا را بهعنوان مهمترين سيگنالهاي علل ريشهاي خرابي مشخص ميكند. اين پژوهش رويكردي شفاف، دقيق و كاربردي براي گذار از نگهداري واكنشي به نگهداري پيشفعال در سيستمهاي ريلي ارائه ميدهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/26
عنوان به انگليسي
Hybrid Machine Learning Models for Fault Detection and Prognostics in Railway Networks
تاريخ بهره برداري
2/9/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
رعد اليساري
چكيده به لاتين
Abstract
Modern transport depends on railway systems, hence great standards of safety and dependability are needed. Increasingly, conventional reactive and preventative maintenance techniques are insufficient to solve the operational complexity of modern rolling stock, which results in expensive service disruptions and safety risks. Using asynchronous, discrete diagnostic log data from conventional railway and metro systems, this thesis suggests an original, hybrid machine learning model customized for fault detection and prognostics.
The study confronts the shortcomings of classical machine learning often lacking temporal awareness and deep learning systems which often operate as "black boxes" lacking interpretability. The suggested method employs a two-stage hybrid design: for automated temporal feature extraction a Long Short-Term Memory (LSTM) network and for strong ultimate classification a Random Forest (RF) classifier are used. The SHAP (SHapley Additive exPlanations) approach is integrated to guarantee operational openness and trust; it gives clear, event-level justifications for model predictions; hence, maintenance engineers may properly identify root causes.
The proposed architecture was evaluated using the openly accessible MetroPT-3 dataset, which contains diagnostic logs related to operational metro train Air Production Units (APU). According to the experimental results, the hybrid model, which fine-tuned the decision threshold at 0.15 and class weighting methods, attained a notable recall of 37.04%, with precision levels of approximately 87%. Such advancements offer a low false alarm rate while still detecting failure signs; hence, they represent a considerable improvement over traditional baseline models. By using SHAP evaluation mechanisms, qualitative validation of the proposed architecture confirmed the accordance of the predictions made by the proposed model with well-known engineering principles, as well as the fact that high pressures and high temperatures represent a major cause of failures. The current study presents a simple, precise, and applicable solution for migrating from reactive to proactive railway maintenance.
كليدواژه هاي فارسي
نگهداري و تعميرات پيشبينانه , شبكههاي راهآهن , يادگيري ماشين تركيبي
كليدواژه هاي لاتين
Predictive Maintenance , Railway Networks , Hybrid Machine Learning
Author
RAAD YASEEN AL-YASARI
SuperVisor
Hassan Naderi