Page 37 - 2025年第56卷第2期

图 ７ ＢＰＳＯ － ＨＣ、ＷＯＡ － ＨＣ和 ＩＷＯＡ － ＨＣ的迭代过程

表 ４ ＢＰＳＯ － ＨＣ、ＷＯＡ － ＨＣ和 ＩＷＯＡ － ＨＣ挖掘出的有效特征参量
算法 有效特征参量 子集维度

Ｔ ６ 、Ｔ １２ 、Ｚ １，２ 、Ｚ １，１２ 、Ｔ １３ 、Ｔ １４ 、Ｔ １６ 、Ｔ ８ 、Ｄ １４ 、Ｚ １，１５ 、Ｚ ２，２ 、Ｄ ６ 、Ｔ １０ 、Ｔ ７ 、Ｄ １５ 、Ｚ ２，８ 、Ｚ １，４ 、
ＢＰＳＯ － ＨＣ Ｚ ２，１０ 、Ｚ １，１１ 、Ｔ １１ 、Ｚ １，８ 、Ｚ １，１４ 、Ｚ １，３ 、Ｚ １，７ 、Ｚ １，９ 、Ｚ ２，４ 、Ｚ ２，７ 、Ｚ ５，９ 、Ｚ ４，８ 、Ｚ ３，４ 、 ３５
Ｚ ３，１２ 、Ｚ ３，１１ 、Ｚ ４，１０ 、Ｚ ５，１４ 和 Ｚ ６，１０
Ｔ １１ 、Ｔ １２ 、Ｔ １０ 、Ｔ １４ 、Ｚ １，８ 、Ｚ ３，１１ 、Ｚ ５，９ 、Ｔ １３ 、Ｚ ３，２ 、Ｚ １，１２ 、Ｔ ７ 、Ｚ １，１１ 、Ｔ １６ 、Ｄ １５ 、Ｄ １４ 、Ｚ １，７ 、Ｚ １，２ 、
ＷＯＡ － ＨＣ ３２
Ｚ １，１０ 、Ｚ ２，３ 、Ｚ １，１４ 、Ｚ ２，４ 、Ｚ ２，１２ 、Ｚ ５，２ 、Ｚ ３，６ 、Ｚ ５，１０ 、Ｚ １，３ 、Ｚ ２，７ 、Ｄ ６ 、Ｚ ３，９ 、Ｚ ３，１３ 、Ｚ ４，２ 和 Ｚ ４，４
Ｔ ６ 、Ｔ １０ 、Ｚ １，１１ 、Ｚ １，８ 、Ｔ ７ 、Ｔ １２ 、Ｔ １６ 、Ｔ ８ 、Ｄ １４ 、Ｄ １５ 、Ｚ １，２ 、Ｚ １，４ 、Ｚ ２，９ 、Ｔ １１ 、Ｔ １４ 、Ｚ １，１２ 、
ＩＷＯＡ － ＨＣ ２７
Ｚ １，１４ 、Ｚ １，３ 、Ｚ １，７ 、Ｚ ３，１２ 、Ｚ １，１５ 、Ｚ １，１０ 、Ｄ ６ 、Ｚ ２，２ 、Ｚ ２，４ 、Ｚ ２，１３ 和 Ｔ ９

下面依据模式识别检验 ３组有效特征参量的性能。将剩余的振动信号作为测试样本，以 Ｆｉｓｈｅｒ、
ＢＰＳＯ － ＨＣ、ＷＯＡ － ＨＣ和 ＩＷＯＡ － ＨＣ挖掘出的有效特征参量为输入集，采用随机森林算法 ［２７ － ２８］ 对三类
振动信号进行模式识别，本文不再详述随机森林算法的原理和步骤。模式识别结果如图 ８和表 ５所
示，可得到如下结论：（ １）利用 Ｆｉｓｈｅｒ、ＢＰＳＯ － ＨＣ、ＷＯＡ － ＨＣ和 ＩＷＯＡ － ＨＣ有效特征参量进行振动模
式识别的准确率 Ａｃｃ分别为 ７１．１１％、８６．６７％、８９．４４％和 ９７．２２％，ＩＷＯＡ － ＨＣ有效特征参量的模式识
别性能最优；（ ２）Ｆ１值是 Ｒｅｃ和 Ｐｒｅ的调和平均值，Ｐｒｅ的值越高，假阳性率越低，而 Ｒｅｃ值越高，假
阴性率则越低，故 Ｆ１值越大，分类性能越好。在应用 ＩＷＯＡ － ＨＣ有效特征参量辨识断丝 － １、断丝 － ２
和敲击信号时，Ｆ１值分别为 ９５．９３％、９６．６１％和 ９９．１６％，可以看出，随机森林算法对敲击信号的分类
能力优于断丝－ １和断丝－ ２信号，造成此现象的原因在于两类断丝信号的声音特征极其相似，易出现
误判，为提升准确率，尚需构建适用于区分 ＰＣＣＰ断丝信号的分类算法。

注：在横、纵坐标中，１代表断丝－ １信号，２代表断丝－ ２信号，３代表敲击信号。
图 ８ 模式识别的混淆矩阵
在本次试验中，通过齿轮切割机割断预应力钢丝，模拟氢脆作用引起的预应力钢丝断裂，除氢脆
作用外，环境腐蚀亦可导致钢丝断裂，未来需设计试验模拟环境腐蚀作用，对 ＩＷＯＡ － ＨＣ的外延性进
行验证。另外，在 ＰＣＣＰ输水过程中，管道泄漏、水锤、排气阀故障泄漏等振动信号亦可引起分布式
光纤振动，这些振动信号不易通过试验获取，需通过原位监测，采集实际运行状态下的各型振动信
号，进一步优化 ＩＷＯＡ － ＨＣ。本研究可为在役 ＰＣＣＰ工程的断丝监测及灾害预警提供技术支持，并为

— １ ７ ７ —