I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 ,   p p .   187 ~ 205   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 1 . pp 1 8 7 - 2 0 5           187       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   M a chine learning - ba sed pred ictive  ma intenance  framewo rk f o r   seis mo meters:  is  i po ss ible?       Arif ra hm a n Yus t ik a   P utr a 1 ,   T it ik   L esta ri 2 ,   Adhi   H a rm o ko   Sa pu t ro 1   1 D e p a r t me n t   o f   P h y si c s,  F a c u l t y   o f   M a t h e m a t i c a n d   N a t u r a l   S c i e n c e s ,   U n i v e r si t a s   I n d o n e si a ,   D e p o k ,   I n d o n e si a   2 D e p a r t me n t   o f   I n st r u m e n t a t i o n   a n d   C a l i b r a t i o n ,   I n d o n e s i a n   M e t e o r o l o g i c a l ,   C l i ma t o l o g i c a l ,   a n d   G e o p h y si c a l   A g e n c y ,     Jak a r t a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   2 4 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Oct  6 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   No v   2 3 ,   2 0 2 5       S e ism o m e ters   a re   c ru c ial  in   e a rth q u a k e   a n d   tsu n a m e a rly   wa rn in g   sy ste m s,  sin c e   th e y   re c o rd   g ro u n d   v ib ra ti o n d u e   to   sig n ifi c a n t   se ism ic  e v e n ts.   Th e   h e a lt h   c o n d it io n   o a   se ism o m e ter  is  stro n g ly   re late d   to   t h e   m e a su re m e n o f   se ism ic  d a ta  q u a li t y ,   m a k in g   s e ism o m e ter  h e a lt h   c o n d i ti o n   m a in ten a n c e   c rit ica l.   P re d ictiv e   m a in ten a n c e   is  th e   m o st  a d v a n c e d   c o n tr o o r   m e a su re m e n sy ste m   m a in ten a n c e   m e th o d ,   sin c e   it   i n fo rm a b o u t   th e   fa u lt s   th a h a v e   o c c u rre d   in   th e   sy ste m   a n d   th e   re m a in i n g   l ifetime   o th e   sy ste m .   Ho we v e r,   n o   re se a rc h   h a p r o p o se d   a   se ism o m e ter  p re d ictiv e   m a in ten a n c e   fra m e wo rk .   Th u s,  th is  a rti c le   re v iew g e n e ra p re d ictiv e   m a in ten a n c e   m e th o d a n d   se ism ic  d a ta  q u a li ty   a n a ly sis  m e th o d to   fi n d   th e   fe a sib il it y   o f   d e v e lo p in g   a   p re d ictiv e   m a in ten a n c e   fra m e wo rk   f o se ism o m e ters   in   se ism ic  sta ti o n s.  Ba se d   o n   th e   re v iew ,   it   i fo u n d   th a su c h   a   fra m e wo rk   c a n   b e   b u i lt   u n d e r   p a rt icu lar  c h a ll e n g e s   a n d   re q u irem e n ts.  F in a ll y ,   m a c h in e   l e a rn in g   is   th e   b e st   a p p r o a c h   t o   b u il d   t h e   c las sifica ti o n   a n d   re g re ss io n   m o d e ls  in   t h e   p re d ictiv e   m a in ten a n c e   fra m e wo r k   d u e   t o   it ro b u stn e ss   a n d   h ig h   p re d ictio n   a c c u ra c y .   K ey w o r d s :   Fau lt d iag n o s is   Fau lt p r o g n o s is   Ma ch in lear n in g   Pre d ictiv m ain ten an ce   Seis m ic  d ata  q u ality   Seis m o m eter   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ad h i H ar m o k o   Sap u tr o     Dep ar tm en t o f   Ph y s ics,  Facu lty   o f   Ma th e m atics a n d   Natu r al  Scien ce s ,   Un iv er s ity   o f   I n d o n esia   Dep o k ,   W est J av a,   I n d o n esia   E m ail: a d h i@ s ci. u i.a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N   Seis m o m eter s   s er v as  th p r im ar y   m ea s u r em en in s tr u m en o f   g l o b al  ea r th q u ak m o n ito r in g   s y s tem s ,   r ec o r d in g   g r o u n d   v ib r atio n s   th at  en ab le  ea r ly   war n in g   s y s tem s   an d   s cie n tific   an aly s is   f o r   ea r th q u ak es,  ts u n am is ,   o r   o t h er   m ajo r   s eismic   ev en ts   [ 1 ] [ 3 ] .   T h f o r ce - f ee d b ac k   s eismo m eter ,   f ea tu r in g   s u s p en d ed   r ef er e n ce   m ass   an d   s o p h is ticated   f ee d b ac k   m ec h a n is m ,   r ep r esen ts   m o d er n   s eismic   n etwo r k s '   m o s t   wid ely   d ep lo y ed   s en s o r   tech n o lo g y   [ 4 ] .   Ho wev er ,   th r elia b ilit y   o f   s eismic   d ata  f u n d am en tally   d ep en d s   o n   th h ea lth   co n d itio n   o f   th ese  s en s itiv in s tr u m en ts ,   as  f au lty   s en s o r s   ca n   g en er ate  s p u r io u s   s ig n als,  lead in g   to   f alse e ar th q u ak d etec tio n s   o r   m is s ed   cr itical  ev en ts   [ 5 ] .   C u r r en s eismo m eter   m ain ten an ce   p r ac tices  in   I n d o n esia  e x em p lify   th lim itatio n s   o f   tr ad itio n al   ap p r o ac h es.  T h I n d o n esian   Me teo r o lo g ical,   C lim ato lo g ical,   an d   Geo p h y s ical  Ag en c y   ( B MK G) ,   wh ich   m an ag es  h u n d r ed s   o f   s eismic   o b s er v atio n   s tatio n s   in   th I n d o n esian - T s u n am E ar ly   W a r n in g   Sy s tem   ( I n a - T E W S)  s ti ll  em p lo y s   s eismo m eter   m ain ten an ce   p r o ce d u r e s   th at  r ely   p r ed o m in a n tly   o n   r ea ctiv o r   s ch ed u led   ap p r o ac h es,  wh er r ep air s   o c cu r   af ter   eq u ip m en f ailu r o r   at  p r e d eter m in ed   in ter v als  r eg ar d less   o f   ac tu a l   d ev ice  co n d itio n   [ 6 ] .   Pre v io u s   s tu d ies  in   in d u s tr ial  m ain ten a n ce   co n clu d ed   th at  b o th   r ea ctiv an d   p r ev e n tiv e   r ep air   s tr ateg ies  r esu lt  in   u n n ec ess ar y   d o wn tim e,   in cr ea s ed   o p er atio n al  co s ts ,   an d   p o ten tial  d ata  q u ality   d eg r ad atio n   d u r in g   u n d etec te d   f au lt   p er i o d s   [ 7 ] [ 8 ] .   W h ile  th ese  lim itatio n s   h av e   e n co u r a g ed   s eismic   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   1 8 7 - 205   188   n etwo r k   tech n ician s   to   d ev elo p   ad d itio n al  m ain ten an ce   p r o ce d u r es  f o r   ass ess in g   s eismo m eter   h ea lth   co n d itio n s ,   in clu d in g   s en s itiv ity   s h if m ea s u r em en u s in g   s en s o r   ca lib r atio n   an d   p er f o r m an ce   d eg r ad atio n   d etec tio n   u s in g   s eismic   tim e - s er ies  o r   f r eq u en c y - d o m ain   d at co m p ar is o n s ,   th ese  ap p r o ac h es  r em ain   f ar   f r o m   id ea l a s   th ey   lack   in   a u to m atio n   an d   t h p r e d ictiv ca p ab ilit i es o f   m o d e r n   m ain te n an ce   p a r ad ig m s   [ 9 ] [ 1 0 ] .   Pre d ictiv m ain ten a n ce   h as  e m er g ed   as  th e   m o s ad v an ce d   m ain ten a n ce   p ar ad i g m   ac r o s s   v ar io u s   in d u s tr ial  s ec to r s ,   lev er ag in g   r ea l - tim co n d itio n   m o n ito r i n g   an d   m ac h in lear n i n g   alg o r ith m s   to   f o r ec ast   eq u ip m en f ailu r es  b ef o r th e y   o cc u r   [ 1 1 ] [ 1 2 ] .   Mo d e r n   p r ed ictiv m ain ten an ce   f r am ew o r k s   in teg r ate  f au lt   d iag n o s is   ca p ab ilit ies,  wh ich   en co m p ass   d etec tio n ,   is o latio n ,   an d   id en tific atio n ,   alo n g   with   p r o g n o s tic  m o d els  th at  esti m ate  r em ain in g   u s ef u l   life   ( R UL )   [ 1 3 ] [ 1 4 ] .   Ma ch i n lear n in g   tec h n iq u es,  p ar ticu lar ly   class if icatio n   an d   r eg r ess io n   m o d els,  h av d em o n s tr ated   s u p e r io r   p e r f o r m an ce   t o   tr ad itio n al  s tatis tical  ap p r o ac h es,   ac h iev in g   lo wer   d o wn tim a n d   s ig n if ican tly   h ig h er   p r e d ictio n   ac cu r ac ies  in   v ar io u s   ap p licatio n s   [ 1 5 ] Ho wev er ,   d esp ite  th p r o v en   ef f ec tiv en ess   o f   p r ed ictiv m ain ten an ce   in   in d u s tr ial  au to m atio n   an d   c o n tr o l   s y s tem s ,   n o   co m p r eh en s iv e   f r am ewo r k   h as  b ee n   d ev elo p ed   s p ec if ically   f o r   s eismo m eter   h ea lth   m o n ito r in g   i n   s eismic   n etwo r k s .   Desp ite  th m is s io n - cr itical  n atu r o f   co n tin u o u s   s eis m ic  m o n ito r in g   f o r   s eismo lo g ical  ea r ly   war n in g   s y s tem s ,   th ap p li ca tio n   o f   m o d er n   p r ed ictiv e   m ain ten an ce   m eth o d o lo g ies  to   s eismo lo g ical  in s tr u m en tatio n   r em ain s   lar g ely   u n e x p lo r e d .   W h ile  ex ten s iv r esear ch   h as  ad d r ess ed   s eismic   d ata  q u ality   an aly s is   m eth o d s ,   th ese  ap p r o ac h es  r e m ain   d is co n n ec t ed   m ain ly   f r o m   s y s tem atic  eq u ip m e n h ea lth   ass es s m en an d   f ailu r p r ed ictio n   ca p ab ilit ies.  T h is   s tu d y   ex p lo r es  th is   in ter s ec tio n   b y   p r o v id in g   a   co m p r eh e n s iv r ev iew  o f   r el ev an m eth o d o lo g ies  to   in v e s tig ate  th f ea s ib ilit y   o f   d ev elo p in g   m ac h in e   lear n in g - b ased   p r ed ictiv m ain ten an ce   f r a m ewo r k   d esig n ed   ex p licitly   f o r   s eismo m eter s   in   s eismic   m o n ito r in g   n etwo r k s ,   th er e b y   b r id g in g   th d o m ain s   o f   a d v a n ce d   m ain te n an ce   e n g in ee r i n g   an d   s eismo lo g ical   in s tr u m en tatio n .   Fo u r   f u n d am e n tal  r esear ch   q u esti o n s   co llectiv ely   b r id g e   th g a p   b etwe en   ad v a n ce d   p r ed ictiv e   m ain ten an ce   m eth o d o lo g ies  an d   s eismo lo g ical  i n s tr u m en tatio n .   First,  we  in v esti g ate  wh at  estab lis h ed   m eth o d s   ex is f o r   p r ed ictiv m ain ten an ce   ac r o s s   in d u s tr ial  ap p licatio n s   an d   h o th ese  ap p r o ac h es  ca n   b e   ad ap ted   f o r   s en s o r - b ased   m o n ito r in g   s y s tem s .   Seco n d ,   we  e x am in th c r iter ia  m o s ap p r o p r iate  f o r   s eismic   d ata  q u ality   ass ess m en th at  ca n   s er v as  r eliab le  h ea lth   in d i ca to r s   f o r   m ac h in e   lear n i n g - b ased   f au lt  d ia g n o s is   alg o r ith m s .   T h ir d ,   we  s y n t h e s ize  f in d in g s   f r o m   b o th   i n d u s tr ial  h ea lth   m o n ito r i n g   a n d   s eismic   d ata  q u ality   cr iter ia  d o m ain s   to   ex p lo r wh at  co n s titu tes  f ea s ib le  m ac h in lear n in g - b ased   p r e d ictiv m ain ten an ce   f r am ewo r k   f o r   s eismo m eter s   in   s eismic   m o n ito r in g   s tatio n s .   Fin ally ,   we  ass ess   wh at  p r ac t ical  r eq u ir em en ts ,   im p lem en tatio n   ch allen g es,  an d   o p e r atio n al  co n s tr ain ts   m u s b ad d r ess ed   to   d ep l o y   s u ch   f r am ew o r k   i n   r ea l - wo r ld   s eismo lo g ical  n et wo r k s   s u cc ess f u lly .   T h ese  r e s ea r ch   q u esti o n s   p r o v id th e   f o u n d atio n   f o r   o u r   s y s tem atic  li ter atu r an aly s is   an d   g u id th d ev elo p m en o f   o u r   p r o p o s ed   p r ed i ctiv m ain ten an ce   ar ch itectu r e.   T o   ad d r ess   th ese  r esear ch   q u esti o n s   s y s tem atica lly   an d   p r o v id co m p r e h en s iv g u i d an ce   f o r   s eismo m eter   p r ed ictiv m ain ten an ce   d ev el o p m en t,  t h is   r ev iew  is   s tr u ctu r ed   to   f ac ilit ate  th eo r etica u n d er s tan d i n g   a n d   p r ac tical  im p lem en tatio n   c o n s id er atio n s   ac r o s s   d iv er s s eismic   o b s er v atio n   n etwo r k s .   Sectio n   1   estab lis h es  th r esear ch   b ac k g r o u n d   b y   ex am in in g   th c r itical  r o le  o f   s eismo m eter   r eliab ilit y ,   id en tify in g   cu r r en m ain te n an ce   lim itatio n s ,   an d   p o s itio n in g   p r ed ictiv e   m ain ten an c as  an   ess en tial  to o in   th e   s eismic   s en s o r   m ain ten an ce   s y s tem .   Sectio n   2   p r o v id es  th e   th eo r etica f o u n d atio n   b y   r e v iewin g   f u n d a m en tal  co n ce p ts   o f   s eismic   d ata  a n aly s is ,   s eismo m eter   f au lt  s ch em es,  an d   g en e r al  p r e d ictiv m ain ten an ce   ar ch itectu r e.   Sectio n   3   p r es en ts   th r e v iew  m eth o d s   f o r   co m p r eh e n s iv liter atu r e   c o v er ag e,   in clu d in g   d atab ase  s elec tio n   cr iter ia,   s ea r ch   s tr ateg ies,  an d   an aly tica f r am ewo r k s   u s ed   to   s y n th e s ize  f in d in g s   f r o m   d iv er s en g in ee r i n g   an d   s eismo lo g ical  d o m ain s .   Sectio n   4   d eliv er s   co m p r eh en s iv r esu lts   an d   cr itical   d is cu s s io n   b y   an aly zin g   f au lt  d etec tio n ,   is o latio n ,   an d   id en t if icatio n   m eth o d s ,   ass ess in g   s eismic   d ata  q u ality   cr iter ia  as  h ea lth   in d icato r s ,   an d   s y n th esizin g   th ese  f in d i n g s   in to   u n if ied   p r ed ictiv m ain ten an ce   f r am ewo r k   ar ch itectu r e.   Fin ally ,   s ec tio n   5   c o n clu d es  with   im p licatio n s   f o r   f u tu r e   r esear ch   d i r ec tio n s ,   p r ac tical  im p lem en tatio n   s tr ateg ies,  an d   p o ten tial c h allen g es.       2.   B ACK G RO UND  AN T H E O RE T I CA L   F O UNDA T I O N   2 . 1 .     Seis m ic  s ig na l a na ly s is   E f f ec tiv s eismo m eter   h ea lth   m o n ito r in g   r eq u i r es  co m p r e h en s iv u n d e r s tan d in g   o f   s eismic   s ig n al   ch ar ac ter is tics   th at  r ef lect  in s t r u m en c o n d itio n   [ 1 6 ] .   T h u s ,   s eismic   s ig n al  an aly s is   f o r m s   th f o u n d atio n   f o r   ex tr ac tin g   m ea n in g f u h ea lth   in d icato r s   f r o m   s eismo m eter   m ea s u r em en ts ,   as  in s tr u m en co n d itio n   d ir ec tly   in f lu en ce s   th e   ch ar ac te r is tics   o f   r ec o r d e d   g r o u n d   m o tio n   d ata  [ 1 7 ] .   M o d er n   s eismo lo g ic al  p r ac tice  em p lo y s   two   co m p lem en tar y   an aly ti ca d o m ain s   to   ch ar ac te r ize  s eismic   s ig n als  an d   ass ess   d ata  q u ality   co m p r eh e n s iv ely .   Un d er s tan d in g   th ese  an aly tical  ap p r o ac h es  is   e s s en tial  f o r   d ev elo p in g   p r ac tical  p r ed ictiv Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Ma ch in lea r n in g - b a s ed   p r ed ictive  ma in ten a n ce   fr a mewo r fo r   …  ( A r ifr a h ma n   Yu s tika   P u tr a )   189   m ain ten an ce   al g o r ith m s ,   d is tin g u is h in g   b etwe en   g en u in s eismic   p h en o m e n a n d   in s tr u m en t - r elate d   an o m alies.   T im e - d o m ain   a n aly s is   p r o v id es  es s en tial  d iag n o s tic  ca p ab ilit ies  f o r   d etec tin g   tem p o r al  an o m alies  in   s eismo m eter   p er f o r m a n ce .   I f o cu s es  o n   th tem p o r al  ch a r ac ter is tics   o f   s ei s m ic  wav ef o r m s   an d   ex am in es  th p h y s ical  p ar am eter s   o f   ea r t h   m o tio n ,   in clu d in g   d is p lace m en t,  v elo city ,   an d   ac ce ler a tio n   am p litu d es  as  f u n ctio n s   o f   tim e   [ 1 8 ] [ 1 9 ] .   T h is   an aly tical  ap p r o ac h   en a b les  ex tr ac tin g   cr itical  tem p o r al  f ea tu r es  s u c h   a s   s ig n al  o f f s ets,  p ea k   am p litu d e s ,   an d   wav ef o r m   p atter n s ,   m a k in g   it   id ea l   to   d etec s ig n als  f r o m   ea r th q u ak es  o r   o th er   m ajo r   s eismic   ev en ts .     T h s ec o n d   an aly tical  ty p is   th f r e q u en c y - d o m ain   an aly s is ,   wh ich   tr an s f o r m s   tem p o r al  s eismic   d ata  in to   s p ec tr al  r ep r esen tati o n s ,   m o s co m m o n ly   ex p r ess ed   as  p o wer   s p ec tr al  d e n s ity   ( P SD)   [ 2 0 ] [ 2 1 ] .   T h s p ec tr al  an aly s is   o f   s ei s m ic  d ata  ca n   b u s ed   to   ch ar ac ter i ze   s ig n als  b ased   o n   th eir   p o wer   lev els  an d   also   co m p ar e   th em   with   th e   well - k n o wn   a m b ien s p ec tr al   n o is m o d els  ( e. g . ,   n ew  lo w   n o is m o d el  a n d   n ew  h i g h   n o is m o d el)   [ 2 2 ] [ 2 3 ] .   I n   o r d er   to   o b tain   s eismic   s ig n al  P SD  r ep r esen tatio n ,   a   Fo u r ier   T r an s f o r m   m u s b ap p lied   to   th e   au to co r r elatio n   s eq u en ce   o f   th tim e - s er ies s ig n al  [ 2 4 ] [ 2 5 ] .     2 . 2 .     P o s s ibl s ei s m o m et er   f a ult  s chem es   Pre d ictiv m ain ten an ce   s y s tem s   r eq u ir co m p r eh e n s iv u n d er s tan d i n g   o f   p o te n tial  f ailu r m o d es  to   ef f ec tiv ely   d iag n o s s y s tem   f au lts   an d   p r e d ict  r em ain in g   u s ef u life   b ased   o n   f a u lt  ty p an d   s ev er ity   [ 2 6 ] T h er ef o r e,   s y s tem atic  class if icatio n   o f   p o s s ib le  f au lt  s ch em es  is   cr u cial  b ef o r d esig n in g   p r e d ictiv m ain ten an ce   ar c h itectu r f o r   s eismo m eter s   in   s eismic   m o n ito r in g   n etwo r k s .   T ab le  1   s h o ws  1 6   p o s s ib le  g r o u n d   s eismo m eter   f a u lt  s ce n ar io s   th at  ca n   b in d icate d   b y   th s eismic   s ig n al  p atter n s   [ 1 0 ] .   T h ese  f au lt   ca teg o r ies  en c o m p ass   b r o a d   s p ec tr u m   o f   f ailu r m ec h an is m s   b ased   o n   th eir   u n d e r ly in g   r o o ca u s es,  r an g in g   f r o m   co m p lete  s en s o r   f ailu r e   s ce n ar io s   s u ch   as  "d ea d   s e n s o r s with   n o   r esp o n s to   g r o u n d   m o tio n s ,   to   co m p lex   in te r n al  m ec h a n ical  i s s u es  in clu d in g   f o r ce - f ee d b ac k   m ec h an is m   f ailu r es  lead in g   to   "m ass - lo ck an d   "f r ee   o s cillatio n co n d itio n s ,   a s   well  as e lectr ical  cir cu itry   d ef ec ts   th at  m an if est as " ea r ly   f a ilu r s ig n s ".       T ab le  1 .   Seis m o m eter   f a u lt sch em es a n d   in d icato r s   F a u l t   s c h e me   C a u se   I n d i c a t o r   D e a d   se n s o r   -   N o   r e s p o n s e   t o   g r o u n d   m o t i o n s   -   D e c r e a s i n g   se n si t i v i t y   -   P S D   <   N LN M   -   S e i sm o g r a c o u n t >   0   H a l f   a   d o u b l e - e n d e d   o u t p u t   D a mag e d   d i f f e r e n t i a l   o u t p u t   s y st e c o n d u c t o r   -   P S D   d r o p   6   d B   -   H a l v e d   se i sm o g r a m a mp l i t u d e   U n i n t e n d e d   p u l s e   r e c o r d s   S e i sm o me t e r   t r a n si e n t   p u l ses   H i g h - a m p l i t u d e   l o n g - p e r i o d   s e i s mo g r a m w a v e f o r ms   S h o r t - p e r i o d   m o d e   l o c k   S i mu l t a n e o u u se   o f   c o n t r o l   l i n e s   P S D   <   N LN M   ( p e r i o d   >   1 s)   Ea r l y   f a i l u r e   s i g n   S e n s o r   m o i s t u r e   a n d   c o r r o s i o n   H i g h - a m p l i t u d e ,   u n st a b l e   se i smo g r a m   si g n a l s   U V W   mo d e   l o c k   -   M i x e r   f a u l t s   -   B a d   c o n f i g u r a t i o n   l o g i c   R e l a t i v e l y   l o w   v e r t i c a l   P S D   c o m p o n e n t   Te l e me t r y   d r o p o u t s   Ti me - s e r i e s   me a n   a n d   t r e n d   r e m o v a l   S t r a i g h t   P S D   l i n e s   F r e e   o sci l l a t i o n   F o r c e - f e e d b a c k   me c h a n i sm f a i l u r e   -   S e i sm o g r a o sc i l l a t o r y   p u l ses   -   P S D   >   N H N M   ( w i t h   p e r i o d i c   n o i se)   A n a l o g   t e l e me t r y   o v e r l o a d   o r   sh o r t - p e r i o d   mass  l o c k   -   Te l e me t r y   i ss u e s   -   S e n s o r   m a ss l o c k e d   t o   o n e   s i d e   -   P S D   <   N LN M   -   P S D   si mi l a r   t o   d i g i t i z e r   n o i ses   c o n v o l v e d   w i t h   sh o r t - p e r i o d   r e sp o n se   D e g r a d e d   r e s p o n se   C o r r o si o n   i n   f e e d b a c k   b o x e s   H i g h - a m p l i t u d e   s e i sm o g r a m s i g n a l s   P o o r l y   c h a r a c t e r i z e d   r e s p o n se   M o d i f i e d   f e e d b a c k   e l e c t r o n i c s   U n ma t c h e d   se i sm o me t e r   r e sp o n se   V a c u u l o ss   P r e ssu r e   v e ssel   l e a k a g e   -   S e i sm o g r a d i s t u r b a n c e s   -   El e v a t e d   v e r t i c a l   n o i se  l e v e l   a f t e r   d i st u r b a n c e   S p u r i o u h i g h - f r e q u e n c y   s i g n a l s   P r o b l e ma t i c   g a i n   r a n g i n g   S e i sm o g r a m s p i k e s   C l i p p e d   s i g n a l s   -   P r o b l e m a t i c   g a i n   r a n g i n g   -   G a i n   r a n g i n g   d e c o d i n g   f a u l t s   F l a t   se i smo g r a m   a m p l i t u d e s   C a l i b r a t i o n   d u r i n g   a n   e a r t h q u a k e   D i sr u p t i o n d u e   t o   c a l i b r a t i o n   p u l ses   U n ma t c h e d   e a r t h q u a k e   se i sm o g r a m   Ti mi n g   e r r o r   Ti mi n g   c o m p o n e n t   f a u l t s   S i g n i f i c a n t   t i me   d i f f e r e n c e s       Sy s tem atic  f au lt  p atter n   an a ly s is   d em o n s tr ates  th at  s eismo m eter   m alf u n ctio n s   p r o d u ce   d is tin ct   d iag n o s tic  s ig n atu r es  ac r o s s   m u ltip le  s ig n al  d o m ain s .   T a b le  1   r ev ea ls   th at  s eismo m eter   m alf u n ctio n s   ca n   b e   r eliab ly   id en tifie d   th r o u g h   s y s tem atic  ex am in atio n   o f   b o th   tim d o m ain   a n d   f r eq u en cy   d o m ain   s ig n al   ch ar ac ter is tics ,   with   m an y   f au lt  ty p es  p r o d u cin g   u n iq u c o m b in atio n s   o f   tem p o r al  an d   s p ec tr al  an o m alies.  T im d o m ain   in d icato r s   in clu d ab r u p am p litu d c h an g es,  wav ef o r m   d is to r tio n s ,   tim in g   i n co n s is ten cies,  an d   s p u r io u s   tr an s ien s ig n als.  Fre q u en cy   d o m ain   i n d icato r s   en c o m p ass   s y s tem atic  s h if ts   in   n o is p o wer   lev els,   ap p ea r an ce   o f   p er io d ic  n o is e   co m p o n e n ts ,   an d   d ev iatio n s   f r o m   estab lis h ed   n o is m o d el  p r ed ictio n s .   T h e   m u lti - m o d al  n at u r o f   t h ese  d iag n o s tic  in d icato r s   n ec ess itates  ex tr ac tin g   co m p r e h en s iv f ea tu r s ets  th at  ca p tu r b o th   tem p o r al  a n d   s p ec tr al  ch a r ac ter is tics ,   p r o v i d in g   t h r ich   i n p u t   d ata   r eq u ir ed   f o r   ef f ec tiv e   m ac h in lear n in g - b ased   f au lt  class if icatio n   alg o r ith m s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   1 8 7 - 205   190   2 . 3 .     G ener a l da t a - driv en  pr edict iv m a inte na nce  a rc hite ct ure   T h is   s ec tio n   th o r o u g h ly   ex p l ain s   th g en er al  ar ch itectu r e   o f   d ata - d r i v en   p r e d ictiv m ain ten an ce   f r am ewo r k s   estab lis h ed   f o r   i n d u s tr ial  s y s tem s   an d   elec tr o n ic  in s tr u m en ts   in   p r ev io u s   s tu d ies.  Gen er ally ,   p r ed ictiv m ain ten an ce   co n s is ts   o f   f o u r   f u n d am en tal  s tag es: d ata  ac q u is itio n ,   d ata  p r o ce s s in g ,   f a u lt  d iag n o s is ,   an d   f au lt  p r o g n o s is ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 1   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] .   Fir s t,  th d ata  ac q u is itio n   p r o ce s s   o b tain s   co n d itio n   m o n ito r in g   d ata   f r o m   s en s o r s   an d   s y s tem s ,   h is to r ical  m ai n ten an ce   r ec o r d s ,   an d   ev en t   lo g s .   T h en ,   th a cq u ir e d   d ata  u n d er g o es  clea n in g   a n d   an aly s is   d u r in g   th p r o ce s s in g   s tag e.   Data   clea n i n g   r e m o v es  er r o r s ,   n o is ar tifa cts,  an d   ir r elev an t   d ata  s eg m en ts ,   wh ile  d ata  a n aly s is   ex tr ac ts   m ea n in g f u h ea lth   f ea tu r es  f r o m   th e   co n d itio n   m o n ito r i n g   d ata  an d   id en tifie s   p o s s ib le  s y s tem   f au lt m o d es f r o m   h is to r ical  ev en r ec o r d s .           Fig u r 1 .   Gen e r al  d ata - d r iv en   p r ed ictiv m ain te n an ce   ar c h itectu r e       Nex t,  th ex tr ac ted   f ea tu r es  a r f ed   in to   th f a u lt  d iag n o s is   m o d el,   wh ich   g en e r ates  co m p r eh en s iv ass es s m en ts   in clu d in g   th cu r r en h ea lth   s tate,   s p ec if ic  f au lt  ty p e,   an d   s ev er ity   g r ad o f   th f au lty   in s tr u m en ts .   C o m b in ed   with   th o r ig in al  e x tr ac ted   f ea tu r es  f r o m   th c o n d itio n   m o n ito r in g   d ata,   th ese  d iag n o s tic  o u tp u ts   ar e   th en   an aly ze d   b y   th f au lt  p r o g n o s is   m o d el   to   esti m ate  t h s y s tem   is   R UL Ma in ten an ce   tech n ician s   ca n   u s th in teg r ated   r esu lts   f r o m   f au lt d iag n o s is   an d   p r o g n o s is   to   d ev elo p   ac cu r ate   an d   p r ec is m ain ten an ce   s tr ateg ies  f o r   p r o b lem atic  in s tr u m en ts ,   o p tim izin g   tim in g   an d   r eso u r ce   allo ca tio n   [ 2 9 ] .   Fu r th er m o r e,   m o r ad v an ce d   p r ed ictiv m ain te n an ce   s y s tem s   in co r p o r ate  au to m ated   m ain ten an ce   s tr ateg y   d ec is io n - m ak i n g   s tag es  th at  g en er ate  s p ec if ic  r ec o m m en d atio n s   b ased   o n   t h d iag n o s is   an d   p r o g n o s is   r esu lts   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] .   T h s p ec if ic  f a u lt  d ia g n o s is   an d   p r o g n o s is   m eth o d s   p r o p o s ed   in   p r e v io u s   s tu d ies   will b r ev iewe d   in   d etail  in   s ec tio n   4 .       3.   M E T H O DS   3 . 1 .     Rev iew  pro t o co l   T h r ev iew  p r o t o co was  d esi g n ed   t o   ad d r ess   th in ter d is cip lin ar y   n atu r o f   p r ed ictiv e   m ain ten an ce   an d   s eismo lo g ical  in s tr u m en tatio n ,   r eq u ir i n g   in teg r atio n   o f   k n o wled g f r o m   m ac h i n lear n in g   ( ML )   en g in ee r in g ,   s en s o r   m ea s u r e m en ts ,   an d   g e o p h y s ics  d o m a in s .   T h er ef o r e,   th is   s tu d y   e m p lo y s   a   s y s tem atic   liter atu r r ev iew  m eth o d o l o g y   th at  en s u r es  c o m p r e h en s iv co v er a g o f   th ese  to p ics  wh ile  m ain tain in g   r ep r o d u cib ilit y   a n d   m in im izin g   s elec tio n   b ias.  T o   ac h iev e   th is   g o al,   th e   s ea r ch   s tr ateg y   e n c o m p ass ed   r esear ch   ar ticles  f r o m   r ep u tab le  d ata b ases ,   in clu d in g   Go o g le  Sc h o lar ,   Sco p u s ,   I E E E   XPLO R E ,   Scien ce Dir ec t,   Sp r in g er ,   MD PI,   I AE S,  an d   s p ec ialized   r ep o s ito r ies  f r o m   t h Seis m o lo g ical  So ciety   o f   Am er ica.   T h s ea r c h   was  lim ited   to   p u b licatio n s   f r o m   2 0 0 5   to   2 0 2 5 ,   em p h asizin g   th e   m o s r ec en f iv y ea r s   to   ca p tu r e   cu r r en ad v an ce s   in   m a ch in lear n in g   alg o r ith m s   an d   p r ed ictiv m a in ten an ce   f r a m ewo r k s .   Fig u r e   2   d em o n s tr ates  an   ex am p le  o f   r ef e r en ce   k e y wo r d   an d   d ate  f ilter in g   s tr ateg y   in   th I n ter n atio n al  J o u r n a o f   E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g i n ee r in g   ( I J E C E )   ar ch iv with in   th I AE d atab ase,   lim itin g   r esu lts   to   p u b licatio n s   f r o m   J an u ar y   2 0 2 1   t o   Au g u s t 2 0 2 5 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Ma ch in lea r n in g - b a s ed   p r ed ictive  ma in ten a n ce   fr a mewo r fo r   …  ( A r ifr a h ma n   Yu s tika   P u tr a )   191       Fig u r 2 .   Sear ch   p ar am ete r s   s etu p   f o r   f au lt d etec tio n   liter atu r ( 2 0 2 1 - 2 0 2 5 ) ,   tak e n   f r o m   [ 3 2 ]       T h s ea r ch   em p lo y ed   ap p r o p r iate  k ey wo r d   co m b in atio n s   to   ca p tu r r elev a n s tu d ies  ac r o s s   m u ltip le  d o m ain s .   Prim ar y   s ea r ch   ter m s   in clu d ed   co m b in atio n s   o f “seis m o m eter   f au lts , ”  “sen s o r   f au lts , ”  “p r ed ictiv e   m ain ten an ce , ”  “f a u lt  d etec tio n , ”  “f au lt  is o latio n , ”  “f a u lt  id en tific atio n , ”  “RUL  esti m atio n , ”  “seis m ic  d ata  q u ality , ”  “m ac h in lea r n in g   class if icatio n , ”  an d   “m ac h in lear n in g   r e g r ess io n . ”  A d d itio n al  s ea r ch es  in co r p o r ated   s p ec if ic  alg o r ith m   n am es  ( SVM,   ANN,   R an d o m   Fo r est,  an d   L STM )   a n d   a p p licatio n   d o m ain s   ( h ea lth   m o n ito r i n g ,   s y s tem   d i ag n o s is ) .   E ac h   d ata b ase  was  s ea r ch ed   u s in g   its   n ativ e   s ea r ch   in ter f ac e,   with   k ey wo r d s   ad a p ted   to   o p tim ize  r esu lts   f o r   ea ch   p latf o r m s   s ea r ch   alg o r ith m .       3 . 2 .     L it er a t ure  a na ly s is   a nd   s y nthesi s   f ra m ewo r k     co m p r e h en s iv liter atu r e   an aly s is   f r am ewo r k   was  d ev elo p ed   to   s y s tem atica lly   ca p t u r e,   e v alu ate,   an d   s y n th esize  r elev an in f o r m atio n   f r o m   s elec ted   s tu d ies  ac r o s s   p r ed ictiv m ain ten a n ce ,   m ac h in lear n in g ,   an d   s eismic   d ata  q u ality   ass ess m en d o m ain s .   Fig u r 3   p r esen ts   th f o u r   ca teg o r ies  o f   cr iter ia  u s ed   f o r   liter atu r an aly s is   in   th is   s tu d y .           Fig u r 3 .   L iter atu r an aly s is   f r am ewo r k       T h f ir s ca teg o r y   is   th s o u r ce   m etad ata,   wh ich   c o m p r is es  p u b licatio n   y ea r   ( as  ex p lain ed   p r ev io u s ly ) ,   th jo u r n al  d at ab ase  th at  p u b lis h ed   th s t u d ies  ( r ep u tab le  s o u r ce s   ar m an d ato r y ) ,   an d   g eo g r a p h ic  o r i g in ,   wh ich   is   n o d ir ec tly   r elev a n p r o v id ed   t h s tu d y   is   wr itten   in   E n g lis h .   T h s ec o n d   asp ec t ,   co v er s   tech n ical  s p ec if icatio n s   o f   th s tu d ies,  i n clu d in g   th e   s cien tific   m eth o d o lo g y   ( e. g . ,   s tatis tics ,   m ac h in lear n in g ) ,   s p ec if ic  alg o r ith m s   ( e. g . ,   lin ea r   r eg r ess io n ,   s u p p o r v ec to r   m ac h in e) ,   d ataset  ch ar ac ter is tics   ( e. g .   s im u latio n   r esu lts ,   ex p er im en d ata) ,   an d   m o d el  p er f o r m a n ce   m etr ics  ( e. g . ,   ac cu r ac y ,   er r o r ,   lo s s ) .   T h th ir d   cr iter io n   ex am i n es  im p lem en tatio n   d etails,  in clu d i n g   co m p u tatio n al  r eq u ir em en ts   ( e. g . ,   h a r d war e   s p ec if icatio n s ,   s o f twar p ac k a g es),   co m p u tatio n al  tim f o r   t r ain in g   an d   in f e r en ce   ( r ar ely   r ep o r ted   in   s tu d ies),   an d   f ea s ib ilit y   f o r   r ea l - tim i m p lem en tatio n .   Stu d ies  r eq u i r in g   ex ce s s iv co m p u tatio n al   r eso u r ce s   o r   b ein g   to o   d e m an d in g   a r ex cl u d ed .   Fin ally ,   th e   f o u r th   ca teg o r y   ad d r ess es  p r ac tical  co n s id er atio n s ,   in clu d in g   m eth o d   co m p lex ity   ( e . g . ,   m o d el  ar ch itectu r e ,   h y p er p a r am eter s ) ,   v alid atio n   s tr ateg ies  ( m eth o d o lo g ical   ju s tific atio n ) ,   r ep r o d u cib ilit y   ( im p lem en tatio n   f ea s ib ilit y ) ,   an d   s tu d y   lim itatio n s   ( e. g . ,   wea k n ess es  an d   r esear ch   g ap s ) .     Usi n g   th is   co m p r eh en s iv e   an aly tical  f r am ewo r k ,   ea c h   s ele cted   s tu d y   u n d er wen r ig o r o u s   q u ality   ass es s m en b ased   o n   m eth o d o lo g ical  r ig o r ,   em p i r ical  v alid atio n   q u ality ,   an d   p r ac ti ca ap p licab ilit y   to   s eismo m eter   h ea lth   m o n ito r i n g   ap p licatio n s .   T h e   ass ess m en f r am ew o r k   e m p lo y e d   f iv p r im ar y   cr iter ia:     i)   clar ity   an d   co m p leten ess   o f   m eth o d o lo g y   d escr ip tio n   s u f f icien f o r   r ep licatio n ,   ii)  ap p r o p r iaten ess   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   1 8 7 - 205   192   d atasets   an d   ex p er im en tal  d es ig n   f o r   th s tated   r esear ch   o b j ec tiv es,  iii)  s tati s tical  s ig n if ic an ce   an d   r eliab ilit y   o f   r e p o r ted   p er f o r m a n ce   r es u lts ,   iv )   co m p ar ativ e   ev alu a tio n   ag ain s co n v en tio n al  m eth o d s   o r   b aselin e   ap p r o ac h es,  an d   v )   cr itical  d i s cu s s io n   o f   lim itatio n s   an d   p o ten tial  s o u r ce s   o f   b ias  o r   er r o r .   Stu d ies  lack in g   th ese  f u n d am e n tal  q u ality   in d icato r s   wer ex clu d e d   f r o m   p r im ar y   an aly s is   b u r etain ed   f o r   co n tex t u al   r ef er en ce   wh e r th ey   p r o v id ed   r elev an t b ac k g r o u n d   in f o r m at io n   o r   i d en tifie d   im p o r tan r esear ch   g ap s .     3 . 3 .     P re dict iv e   m a inte na nce  f ra m ewo r k   pro po s a l   Pre v io u s   liter atu r r ev iews  h av b ee n   p u b lis h ed   to   ex p lo r cu r r e n ad v a n ce s   in   p r ed ictiv e   m ain ten an ce   f o r   m a n u f ac tu r in g   an d   in d u s tr ial  s y s tem s   in   I n d u s tr y   4 . 0 ,   with o u ac tu al ly   p r o p o s in g   n o v e l   f r am ewo r k s   f o r   s p ec if ic  s en s o r   ap p licatio n s   [ 3 3 ] [ 3 5 ] .   W h il th ese  co n v en tio n al  r e v iew  a p p r o ac h es  p r o v id e   v alu ab le  o v er v iews  o f   ex is tin g   m eth o d o lo g ies,  th ey   t y p ical ly   f o cu s   o n   b r o a d   in d u s tr ial  a p p licatio n s   with o u ad d r ess in g   th e   u n iq u e   r eq u ir em en ts   o f   s af ety - cr itical  s ci en tific   in s tr u m en tatio n .   I n   c o n tr ast,  th is   s tu d y   em p lo y s   n o v el  m eth o d o lo g y   th at  co m b in es  s y s tem atic  liter atu r an aly s is   f r o m   m u ltip le  en g in ee r in g   d o m ain s   with   ap p licatio n - s p e cif ic  f r am ewo r k   d ev el o p m en t.   Ou r   ap p r o ac h   d if f er s   f r o m   co n v en tio n al  r ev iews   b y i)   in teg r atin g   k n o wle d g f r o m   b o th   p r ed ictiv e   m ain ten an ce   en g in ee r in g   an d   s eismo lo g ical  in s tr u m en tatio n   d o m ain s ,   ii)  s y s tem atica lly   ev alu atin g   th ap p licab ilit y   o f   g e n er al  p r e d ictiv m ain ten an ce   m eth o d s   to   s eismo m eter - s p ec if ic  f au lt  s ce n ar io s ,   an d   iii)  s y n th esizin g   f in d in g s   in to   co m p r eh e n s iv e,   im p lem en tab le  f r a m ewo r k   r at h er   th an   m er ely   ca talo g in g   e x is tin g   ap p r o ac h es.       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   4 . 1 .     F a ult  dia g no s is   T h is   s ec tio n   ex p lai n s   th b asic  co n ce p t   o f   f au lt   d iag n o s is   an d   r ev iews  th e   p r o p o s ed   m eth o d s   in   p r ev io u s   r ele v an s tu d ies.  T o   b eg in   with ,   f a u lt  d iag n o s is   is   an   ess en tial  to o in   m ea s u r em en an d   c o n tr o l   s y s tem   m ain ten an ce   s in ce   it   in f o r m s   th e   m ain ten a n ce   p er s o n n el  a b o u t   th e   f au lt   th a o cc u r r ed   in   t h e   s y s tem   [ 3 6 ] [ 3 7 ] .   Diag n o s is   is   f o r m ed   b y   f au lt  d etec tio n ,   is o latio n ,   a n d   id e n tific atio n   [ 3 8 ] [ 3 9 ] .   Fau lt   d etec tio n   is   r ep o r tin g   s y s tem   o f   an o m aly   o cc u r r en ce   in   s en s o r 's  o p er atin g   co n d iti o n .   Fau lt  is o latio n   s p ec if ies  th ty p o f   f au lt  o r   th f au lty   co m p o n en o f   th e   s y s tem ,   wh ile  f au lt  id en tific atio n   q u an tifie s   th e   s ev er ity   o f   th f au lt  [ 4 0 ] .           4 . 1 . 1 .   F a ult  det ec t io n   T h co n v en tio n al  d ata - d r iv e n   f au lt   d etec tio n   m eth o d   c o m p r is es  co n d itio n   d ata  m o n ito r in g   alg o r ith m   ( e. g . ,   th r esh o l d   lim i ts   im p lem en tatio n )   a n d   a n o m aly /f au lt  r ep o r tin g   as  th h ea l th - s tate  m o n ito r in g   p r o to co l   [ 4 1 ] ,   [ 4 2 ] .   Ho wev er ,   th latest  s tu d ies  o f ten   u s m ac h in lear n in g   b in ar y   class if ier s   to   d etec t   f au lts   in   th e   o b s er v e d   s y s tem ,   d u e   t o   th eir   r o b u s tn ess   an d   ad a p tiv lear n in g   a b ilit ies  [ 4 3 ] [ 4 4 ] .   Du r in g   th m ak in g   o f   th is   s tu d y ,   th er e   h as  b ee n   n o   s p ec if ic   r esear ch   o n   s eismo m eter   f au lt   d etec tio n ,   alth o u g h   p r ed ictiv m ain ten an ce   h as  b ee n   wid ely   ap p lied   f o r   v ar io u s   in d u s tr ial   s y s tem s .   T h is   s ec tio n   p r esen ts   th g en er al  f au lt  d etec tio n   s ch em es p r o p o s ed   in   p r ev io u s   s tu d ies.   C o m p ar ativ an aly s is   o f   f au lt   d etec tio n   m eth o d o lo g ies  r ev ea ls   s ig n if ican p er f o r m a n ce   ad v an tag es  f o r   m ac h in lea r n in g   ap p r o a ch es  o v er   tr ad itio n al   s tatis tic al  m eth o d s .   T ab le  2   s u m m a r izes  f au lt  d etec tio n   m eth o d s   ac r o s s   d iv er s s en s o r   ap p licatio n s   an d   in d u s tr ial  s y s tem s .   Ma ch in lear n in g   ap p r o ac h es  d em o n s tr ate  s ig n if ican tly   s u p er io r   p er f o r m an ce   to   tr ad itio n al  s tatis tic al  m eth o d s   f o r   f au lt  d etec tio n   ap p licatio n s .   T h e   s tatis t ical  ap p r o ac h es  s h o co n s id er ab le  v ar ia b ilit y   in   p er f o r m an ce ,   with   s o m m eth o d s   ac h iev in g   p er f ec t   d etec tio n   f o r   s p ec if ic  f au lt  s ce n ar io s   wh ile  co m p letely   f aili n g   to   d etec o th e r s   in   d i f f er en n o is co n d itio n s .   Fo r   in s tan ce ,   s tatis tical  f au lt  d etec tio n   in   win d   tu r b in s y s tem s   u s in g   r esid u al  m o n ito r i n g   ag ain s th r esh o ld   ac h iev ed   s u cc ess f u d etec tio n   in   o n ly   o n o u o f   f o u r   test ed   s ce n ar io s   u n d er   v ar y in g   n o is co n d itio n s ,   wh ile  f au lt  p r o b ab ilit y   m o n ito r in g   in   win d   en e r g y   c o n v e r s io n   s y s tem s   s h o wed   d etec tio n   r ates  r an g in g   f r o m   9 5 . 1 %   to   1 0 0 % d e p en d i n g   o n   th s p e cif ic  f au lt ty p e.   I n   c o n tr ast,  m ac h in e   lear n in g   m o d els  d em o n s tr ate  c o n s is ten tly   h ig h   a n d   s tab le  ac cu r ac y   ac r o s s   d if f er en t   ap p licatio n s ,   with   r a n d o m   f o r est  class if ier s   ac h iev in g   9 9 . 4 ac c u r ac y   f o r   p h o t o v o ltaic  ar r a y   f au lt   d etec tio n ,   a r tific ial  n eu r al  n etwo r k s   m ain tain i n g   a p p r o x im a tely   9 7 %   ac cu r ac y   f o r   T en n e s s ee   E astma n   ( T E )   p r o ce s s   m o n it o r in g ,   an d   s u p p o r v ec t o r   m ac h in e - b ased   r esi d u al  m o n ito r in g   s u cc ess f u lly   d etec tin g   f a u lts   in   s ix   o u t o f   s ev en   test   s ce n ar io s   f o r   wate r   r ea cto r   s y s tem s .   Ho wev er ,   d esp ite  th r eliab ilit y   o f   m ac h in lear n in g - b ased   f au lt  d etec tio n   s y s tem s ,   th er ar e   p ar ticu lar   c h allen g e s   in   im p lem en tin g   th em   f o r   s eismo m eter   h ea lth   m o n ito r in g ,   s u ch   as  d eter m in i n g   th s u itab le  alg o r ith m   f o r   s eismic   d ata,   co n s id er in g   th co m p u tatio n al  tim e   d u to   th d ataset  s ize   o f   th in p u s eismic   s ig n als,  an d   ch o o s in g   th ap p r o p r iate  m eth o d   to   ex tr ac s eismo m eter   h ea lth   f ea tu r es f r o m   s eismic   s ig n als.   Alth o u g h   m ac h in e   lear n in g   tech n iq u es  d o m in ate   p er f o r m an ce   ac cu r ac ies,  s tatis tical  ap p r o ac h es  o f f er   ce r tain   ad v an tag es  th at  m er it  co n s id er atio n .   T r a d itio n al  th r esh o ld - b ased   m eth o d s   p r o v id in ter p r etab l e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Ma ch in lea r n in g - b a s ed   p r ed ictive  ma in ten a n ce   fr a mewo r fo r   …  ( A r ifr a h ma n   Yu s tika   P u tr a )   193   r esu lts   th at  m ain ten a n ce   p er s o n n el  ca n   ea s ily   u n d e r s tan d ,   wh er ea s   m ac h i n lear n in g   m o d e ls   o f ten   f u n ctio n   as   b lack   b o x es.   Ad d itio n ally ,   s tatis t ical  m eth o d s   r e q u ir e   m i n im al  co m p u tatio n al   r eso u r ce s   an d   ca n   o p er at e   r eliab ly   in   r em o te  s eismic   s tatio n s   with   lim ited   p r o ce s s in g   p o wer ,   wh er ea s   m ac h in e   lear n in g   m o d els,   s p ec if ically   d ee p   lear n i n g   n e u r al  n etwo r k s ,   r e q u ir r eso u r ce - in ten s iv co m p u tatio n al  p o we r .       T ab le  2 .   Su m m a r y   o f   f a u lt d et ec tio n   m eth o d s   A p p r o a c h   O b serv e d   sy st e m   C o n d i t i o n   mo n i t o r i n g   d a t a   M e t h o d   R e s u l t s   R e f e r e n c e   S t a t i st i c s   C h i l l e r   p l a n t   si mu l a t i o n   t e m p e r a t u r e ,   w a t e r   f l o w   c o n f i d e n c e   d e g r e e   mo n i t o r i n g   a g a i n st   a   t h r e sh o l d   Th e   sy s t e m   s u c c e e d e d   i n   d e t e c t i n g   sy st e ma t i c   e r r o r s.  H o w e v e r ,   w h e n   t h e r e   a r e   n o   me a su r e me n t   e r r o r s,   t h e   c o n f i d e n c e   d e g r e e   i l o w e r   t h a n   t h e   mi n i m u t h r e s h o l d ,   l e a d i n g   t o   f a l se   f a u l t   n o t i f i c a t i o n s.   [ 4 5 ]   S t a t i st i c s   W i n d   t u r b i n e   b e n c h mar k   p i t c h   a n g l e ,   t o r q u e ,   a n d   a n g u l a r   s p e e d   t e st   st a t i st i c   mo n i t o r i n g   a g a i n st   a   t h e o r e t i c a l   t h r e s h o l d   Tw o   f a u l t   s c e n a r i o s   r e su l t e d   i n   si g n i f i c a n t   t e st   st a t i st i c   l e a p s   o v e r   t h e   c o n st a n t   t h r e sh o l d ,   me a n i n g   t h e   f a u l t s   a r e   p e r f e c t l y   d e t e c t e d .   I n   c o n t r a s t ,   t h e   o t h e r   f a u l t   sc h e m e   f a i l e d   t o   b e   d e t e c t e d ,   si n c e   t h e   t e st   st a t i s t i c   v a l u e   st a y e d   u n d e r   t h e   t h r e sh o l d   l i mi t .   [ 4 6 ]   S t a t i st i c s   W i n d   t u r b i n e   b e n c h mar k   W i n d   t u r b i n e   p a r a m e t e r s   R e si d u a l   mo n i t o r i n g   a g a i n st   a   t h r e sh o l d   O f   a l l   t h e   f o u r   d e t e c t i o n   sc h e m e s r u n ,   o n l y   o n e   s u c c e e d e d   i n   d e t e c t i n g   a l l   t h e   f a u l t i n   o n e   n o i s e   s c e n a r i o .   N o n e   o f   t h e   f o u r   d e t e c t i o n   sc h e mes  c a n   c o r r e c t l y   d e t e c t   a l l   f a u l t s   i n   t h e   o t h e r   t w o   n o i s e   sc e n a r i o s.   [ 4 7 ]   S t a t i st i c s   W i n d   En e r g y   C o n v e r si o n   S y st e m   t e m p e r a t u r e ,   sp e e d   f a u l t   p r o b a b i l i t y   a n d   c o n f i d e n c e   l e v e l   c o m p a r i s o n   1 0 0 %   a n d   9 5 . 1 d e t e c t i o n   r a t e s f o r   g e a r b o x   a i r   c o o l e r   a n d   s e n so r   f a u l t s ,   r e sp e c t i v e l y .   [ 4 8 ]   S t a t i st i c s   V o l t a g e   sen s o r   si mu l a t i o n   v o l t a g e   M e a su r e me n t   i n n o v a t i o n   ( M I )   mo n i t o r i n g   a g a i n st   t h e   a l l o w a n c e   i n t e r v a l   A   d r a s t i c   M I   i n c r e a se   o r   d r o p   i g e n e r a t e d   e a c h   t i me  a   b i a v o l t a g e   i a p p l i e d .   Th e   r e l a t i v e   e r r o r   b e t w e e n   t h e   e s t i m a t e d   a n d   r e a l   M I   i 2 . 6 3 u n d e r   f o u r   c o n d i t i o n   s c e n a r i o s .   [ 4 9 ]   M a c h i n e   Le a r n i n g   P h o t o v o l t a i c   ( P V )   a r r a y   si mu l a t i o n   t e m p e r a t u r e ,   i r r a d i a n c e ,   a n d   3   P V   o u t p u t   p a r a m e t e r s   B i n a r y   r a n d o m   f o r e st   c l a ssi f i e r   ( R F C )   Th e   R F C   m a i n t a i n e d   a n   a c c u r a c y   o f   9 9 . 4 %,   w h i c h   s u r p a s ses  o t h e r   t e st e d   mac h i n e   l e a r n i n g   mo d e l s s u c h   a S V M ,   K N N ,   mu l t i l a y e r   p e r c e p t r o n   ( M LP) ,   d e c i s i o n   t r e e ,   a n d   s t o c h a st i c   g r a d i e n t   d e sc e n t   (SGD).   [ 5 0 ]   M a c h i n e   Le a r n i n g   Te n n e s see   Ea st m a n   ( TE)  p r o c e ss   5 2   TE   p r o c e ss  mea s u r e me n t s   A N N   b i n a r y   c l a ss i f i c a t i o n   A n   o v e r a l l   a c c u r a c y   o f   a b o u t   9 7 %   i s   o b t a i n e d   f o r   t h e   m o d e l   w i t h   3   a n d   4   n e u r a l   n e t w o r k   l a y e r s.   [ 5 1 ]   M a c h i n e   l e a r n i n g   W a t e r   r e a c t o r   si mu l a t i o n   t e m p e r a t u r e ,   r e a c t i v i t y   R e si d u a l   mo n i t o r i n g   a g a i n st   t h r e s h o l d   l i m i t s   S i x   o f   t h e   s e v e n   r e si d u a l d e t e c t e d   t h e   f a u l t   w h e n   a   sc h e m e   w a s si mu l a t e d .   [ 5 2 ]   M a c h i n e   l e a r n i n g   N u c l e a r   P o w e r   P l a n t   S i mu l a t i o n   4 1   si m u l a t e d   v a r i a b l e s   c o n si s t e n c y   i n d e x   mo n i t o r i n g   a g a i n st   t h e   e r r o r   a l l o w a n c e   1 0 0 %   se n si t i v i t y   i o b t a i n e d   w i t h   a   1 0 e r r o r   a l l o w a n c e   a n d   a   0 . 5   c o n si s t e n c y   t h r e sh o l d .   [ 5 3 ]       Desp ite  th p r o v e n   ef f ec tiv e n ess   o f   m ac h in lea r n in g   m u lti - class   cla s s if icatio n   in   f au lt  is o latio n   ac r o s s   v ar io u s   in d u s tr ial  ap p licatio n s ,   s ev er al  cr itical  c h allen g es  m u s b ad d r ess ed   wh en   d ev elo p i n g   s eismo m eter - s p ec if ic  f au lt  is o latio n   s y s tem s .   T h p r im ar y   c h allen g lies   in   ac q u ir in g   co m p r eh en s iv lab eled   tr ain in g   d atasets ,   wh ich   r eq u ir es  ex ten s iv c o r r elatio n   a n aly s is   b etwe en   s eismic   m o n ito r in g   d ata  a n d   h is to r ical  m ain ten an ce   r ec o r d s   to   estab lis h   g r o u n d   t r u th   f a u lt  class if icatio n s .   Un lik co n v en tio n al  in d u s tr ial   s en s o r s ,   wh er f a u lt  co n d itio n s   ca n   b ar tific ially   in d u ce d   f o r   d ataset  g e n er atio n ,   s eismo m eter s   o p e r ate  in   cr itical  ea r th q u a k m o n ito r i n g   n etwo r k s   wh er e   d elib e r ate  f au lt  in tr o d u ctio n   is   im p r ac tical  an d   p o te n tially   d an g er o u s   to   p u b lic  s af ety   s y s tem s .   Fu r th er m o r e,   d ev el o p in g   an   a p p r o p r iate  f a u lt  is o latio n   f r am ewo r k   p r esen ts   u n iq u c o m p lex ities ,   as  th e   1 6   id en tifie d   s eismo m eter   f au lt   ca teg o r ies  m u s b v alid ated   ag ain s t   ac tu al  f ield   f ailu r e v en ts   to   en s u r th class if icatio n   m o d el  ac cu r ately   r ef lects  r e al - wo r ld   o p e r atio n al   co n d itio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   1 8 7 - 205   194   4 . 1 . 2 .   F a ult  is o la t io n   Fau lt  is o latio n   s p ec if ies   th ty p o f   f au lt  o r   d ec lar es  f au lt y   co m p o n en with in   s y s tem   [ 5 4 ] [ 5 5 ] Ma ch in lear n in g   m u lti - class   class if icatio n   is   th m o s c o m m o n   m eth o d   f o r   b u ild i n g   f a u lt  is o latio n   s y s tem .   T ab le  3   s u m m ar izes  th f au lt   is o latio n   m eth o d s ,   d em o n s tr atin g   ex ce p tio n al  p e r f o r m an ce   co n s is ten cy   ac r o s s   d if f er en in s tr u m e n tatio n   s y s tem s   an d   o p er atio n al  co n d itio n s .   T h r esu lts   r ev ea th at  m ac h in lear n in g   m u lti - class   cla s s if ier s   ac h iev o u ts tan d in g   ac cu r ac y   r ates,  with   m u ltip le  s tu d ies  r ep o r tin g   p er f ec 1 0 0 %   class if icatio n   p er f o r m an ce   f o r   b ea r in g   c o n d itio n   m o n ito r in g   u s in g   On e - vs - all  SVM  class if ier s ,   tem p er atu r e   s en s o r   f au lt  is o latio n   u s in g   p o ly n o m ial  an d   R B k er n el  f u n ctio n s ,   r an d o m   f o r est  class if ie r s   f o r   b ea r in g   s tate  id en tific atio n ,   an d   m o t o r   f a u lt d etec tio n   u s in g   On e - vs - o n SVM  ap p r o ac h es.       T ab le  3 .   Su m m a r y   o f   f a u lt is o latio n   m eth o d s   C o n d i t i o n   mo n i t o r i n g   d a t a   M e t h o d   C l a s s l a b e l s   P e r f o r ma n c e   R e f e r e n c e   V i b r a t i o n s   O n e - vs - a l l   S V M   M u l t i - c l a ss  c l a ss i f i e r   F i v e   b e a r i n g   c o n d i t i o n s   1 0 0 %   c l a ss i f i c a t i o n   r a t e   [ 5 6 ]   T e mp e r a t u r e   O n e - vs - a l l   S V M   M u l t i - c l a ss  c l a ss i f i e r   w i t h   p o l y n o m i a l   a n d   R B F   k e r n e l   f u n c t i o n   S i x   t e m p e r a t u r e   s e n so r   st a t e s   1 0 0 %   c l a ss i f i c a t i o n   r a t e   [ 5 7 ]   V i b r a t i o n s   R F   a n d   R N N   c l a ssi f i e r s   F o u r   b e a r i n g   st a t e s   1 0 0 %   R F   c l a ssi f i c a t i o n   r a t e   [ 5 8 ]   S o u n d s   O n e - vs - o n e   S V M   m u l t i - c l a ss   c l a ss i f i e r   f o r   h e l i c o p t e r   a n d   d u o   c o p t e r   mo t o r s   F i v e   m o t o r   c o n d i t i o n s   1 0 0 %   a c c u r a c y   [ 5 9 ]   F l o w   r a t e ,   w a t e r   l e v e l   K G K N N   mu l t i - c l a ss  c l a ss i f i e r   3   D TS 2 0 0   t h r e e - t a n k   sy st e c o n d i t i o n s   9 9 o v e r a l l   a c c u r a c y   [ 6 0 ]   T e mp e r a t u r e ,   i r r a d i a n c e ,   3   P V   o u t p u t   p a r a m e t e r s   R F   m u l t i - c l a ss   c l a ssi f i e r   4   P V   a r r a y   f a u l t s   9 9 . 4 o v e r a l l   a c c u r a c y   [ 5 0 ]   T e mp e r a t u r e ,   sp e e d ,   a n d   p r e ss u r e   A N N ,   K N N ,   a n d   D M u l t i - c l a ss   c l a ss i f i e r s   1 2   g a t u r b i n e   d e g r a d a t i o n   c o n d i t i o n s   9 9 a c c u r a c y   [ 6 1 ]   T e mp e r a t u r e   a n d   r e a c t i v i t y   LSTM   mu l t i - c l a ss  c l a ssi f i e r   S i x   w a t e r   r e a c t o r   c o n d i t i o n s   1 0 0 %   c l a ss i f i c a t i o n   r a t e   [ 5 2 ]       4 . 1 . 3 .   F a ult  identif ica t io n   Fau lt  id en tific atio n   esti m ates  th o b s er v ed   s y s tem ' s   f au lt  s ev er ity   [ 6 2 ] [ 6 3 ]   I t   is   also   th f i n al  s tep   o f   f au lt  d iag n o s is ,   wh ich   in f o r m s   th m o s cr itical  s en s o r   co n d itio n   p ar a m eter .   T h e   m o d el  b u ilt  f o r   f au lt  id en tific atio n   d ec lar es  th e   d a m ag to   th e   s y s tem   as  a   s tate  in   d ef in e d   h ier ar ch ical   o r d er .   L ik e   s tan d ar d   f a u lt  d etec tio n   an d   is o latio n   m eth o d s ,   s u p er v is ed   lear n in g   m o d el s   ar also   im p lem en tab le  f o r   f au lt  id en tific atio n   task s .   Ho wev er ,   in s tead   o f   d ec lar in g   th f au lt  ty p e,   ea ch   la b el  in   th tr ain in g   d ata  o f   f au lt  id en tific atio n   m o d el  in f o r m s   h o d am ag e d   t h s y s tem   is .   Fau lt  id en tific atio n   m eth o d o l o g ies  d em o n s tr ate  clea r   alg o r ith m ic  p r ef e r en ce s   th at   r ev ea b o th   th e   ad v an tag es  o f   m ac h in e   lear n i n g   a p p r o ac h es  an d   th e   lim itatio n s   o f   tr ad itio n al   s tatis tical  m eth o d s   f o r   s ev er ity   ass es s m en ap p licatio n s .   T ab le  4   co m p r e h en s iv ely   s u m m ar izes  f au lt  id en tific atio n   m eth o d s   ac r o s s   d iv er s e   in d u s tr ial  ap p licatio n s .   T h c o m p ar ativ e   an aly s is   d em o n s tr ates  th at  f au lt  id e n tific atio n   m eth o d o l o g ies  s h ar e   s u b s tan tial  s im ilar itie s   with   f au lt  is o latio n   ap p r o ac h es,  as  b o th   p r o ce s s es  p r ed o m in an tl y   em p lo y   m ac h in e   lear n in g - b ased   m u lti - class   class if ier s   a s   th eir   co r d ec is io n - m ak in g   alg o r ith m s .   H o wev er ,   cr itical  d is tin ctio n   em er g es   wh en   ex am in in g   t h s in g le   s tatis tical   ap p r o ac h   in clu d e d   i n   th e   r e v iew:  th g as  r atio   ev alu atio n   tech n iq u e   f o r   ele ctr ical  in s u latio n   d eter i o r atio n   ass ess m en t.  T h is   s tatis tica m eth o d   ex h i b its   in h er en lim itatio n s ,   as  it  r e q u ir es  d is tin ct  ev alu atio n   tech n iq u es  tailo r ed   to   ea c h   s p ec if ic   d eter io r atio n   ty p e,   m ak in g   it  u n s u itab le   f o r   g e n e r alize d   f au lt   id en tific atio n   f r a m ewo r k s   wh er e   m u ltip le   f au lt   s ev er ities   m u s b e   ass es s ed   u s in g   u n if ied   ap p r o ac h .   I n   co n tr ast,  m ac h in lea r n i n g   ap p r o ac h es  d em o n s tr ate  s u p er io r   v er s atility   an d   p er f o r m a n ce   co n s is ten cy   ac r o s s   ap p licatio n s .   Dec is io n   tr ee   class if ier s   ac h iev 9 8 an d   9 5 class if icatio n   r ates  f o r   tr ain in g   a n d   test in g   d atasets   f o r   v a r iab le  r e f r ig er a n f lo s y s tem s ,   wh ile  On e - vs - o n SVM  m u lti - class   class if ier s   r ea ch   9 9 . 3 ac cu r ac y   f o r   m icr o g r id   f au lt  lev el  id en tific atio n .   L STM   class if ier s   ex ce in   tem p o r al   s ev er ity   p atter n   r ec o g n itio n ,   ac h iev in g   9 8 . 9 2 ac c u r ac y   ac r o s s   1 2   d if f er e n s ev er ity   l ev els  in   in d u ctio n   m ac h in s y s tem s ,   an d   Mu ltil a y er   Per ce p tr o n   class if ier s   d em o n s tr ate  ex ce p tio n al  p r ec is io n   with   b elo 0 . 3 %   class if icatio n   er r o r s   f o r   L i - i o n   b atter y   State  o f   Hea lth   ass ess m en t.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Ma ch in lea r n in g - b a s ed   p r ed ictive  ma in ten a n ce   fr a mewo r fo r   …  ( A r ifr a h ma n   Yu s tika   P u tr a )   195   T ab le  4 .   Su m m a r y   o f   f a u lt id e n tific atio n   m eth o d s   C o n d i t i o n   mo n i t o r i n g   d a t a   M e t h o d   C l a s s l a b e l s   P e r f o r ma n c e   R e f e r e n c e   G a s rat i o   S t a t i st i c a l   mea n ,   st a n d a r d   d e v i a t i o n ,   a n d   r a n g e   a n a l y si s   u si n g   R o g e r s,   D o e r n e n b u r g ,   I EC ,   a n d   C I G R g a r a t i o   e v a l u a t i o n   t e c h n i q u e s   Th r e e   e l e c t r i c a l   i n s u l a t i o n   d e t e r i o r a t i o n   Ea c h   d e t e r i o r a t i o n   t y p e   h a s   i t o w n   su i t a b l e   g a s ra t i o   e v a l u a t i o n   t e c h n i q u e ,   b a se d   o n   h o w   t h e   t h r e e   s t a t i s t i c a l   v a l u e s   a r e   i so l a t e d   f r o m   t h e   o t h e r   t e c h n i q u e s.   [ 6 4 ]   Te mp e r a t u r e   D e c i s i o n   t r e e   c l a ss i f i e r   F i v e   f o u l i n g   f a u l t   sev e r i t i e s   o f   t h e   V a r i a b l e   R e f r i g e r a n t   F l o w   ( V R F )   o u t d o o r   u n i t   9 8 a n d   9 5 c l a ssi f i c a t i o n   r a t e f o r   t r a i n i n g   a n d   t e st i n g   d a t a s e t s,   r e sp e c t i v e l y   [ 6 5 ]   C u r r e n t ,   v o l t a g e ,   a n d   p o w e r   O n e - vs - o n e   S V M   m u l t i - c l a ss   c l a ss i f i e r   Th r e e   m i c r o g r i d   f a u l t   l e v e l s   9 9 . 3 a c c u r a c y   [ 6 6 ]   M o t o r   c u r r e n t   LSTM   c l a ssi f i e r   1 2   se v e r i t y   l e v e l s   o f   t h e   i n d u c t i o n   mac h i n e   sy st e m   9 8 . 9 2 %   a c c u r a c y   [ 6 7 ]   V o l t a g e ,   c u r r e n t ,   a n d   t e m p e r a t u r e   M LP  c l a ssi f i e r   F i v e   L i - i o n   b a t t e r y   S t a t e   o f   H e a l t h   ( S O H )   B e l o w   0 . 3 %   o f   c l a ssi f i c a t i o n   e r r o r s   [ 6 8 ]   P r e ssu r e   P h y s i c s   i n f o r m e d   n e u r a l   n e t w o r k   ( P I N N )   F o u r   a x i a l   p i s t o n   p u m p   c o n d i t i o n s   1 0 0 %   a c c u r a c y   [ 6 9 ]       T h ese  co m p r eh e n s iv p r io r   s tu d ies  d em o n s tr ate  th s ig n if ic an p o ten tial  f o r   im p lem en tin g   m ac h in e   lear n in g   class if ier s   an d   r eg r ess o r s   to   d ev elo p   r o b u s d ata - d r iv en   f au lt  s ev er ity   id en tific atio n   s y s tem s   f o r   o p er atio n al   s eismo m eter s .   T h co n s is ten tly   h ig h   p er f o r m a n ce   ac h iev e d   ac r o s s   d iv er s s en s o r   ap p licatio n s   s u g g ests   th at  s im ilar   p er f o r m an ce   lev els  co u ld   b attain a b l f o r   s eismo m eter   ap p licatio n s   with   ap p r o p r iate  d ataset  d ev elo p m e n an d   f ea tu r en g in ee r in g .   Ho wev e r ,   th p r im ar y   im p lem en tatio n   ch allen g e x ten d s   b ey o n d   alg o r ith m ic  s elec tio n   to   th f u n d am en tal  d ef in itio n   o f   s ev er ity   class if icatio n   s ch em es  th at  ac cu r ately   r ef lect  s eismo m eter   h ea lth   d eg r ad atio n   p atter n s .   Un lik in d u s tr ial  ap p licatio n s ,   wh er s ev er ity   lev els  ca n   b e   d ef in ed   th r o u g h   co n t r o lled   te s tin g   o r   s tan d ar d ized   p er f o r m an ce   m etr ics,  s eismo m eter   s ev er ity   class if icatio n   r eq u ir es  ca teg o r ical  g r ad es  r e p r esen tin g   t h o p er atio n al  h ea lth   s tate  b ased   o n   ex ten s iv e   a n aly s is   o f   h is to r ical  m ain ten an ce   r ec o r d s   s p an n in g   d ec ad es o f   n etwo r k   o p er atio n .     4 . 2 .     F a ult  pro g no s is   Fau lt  p r o g n o s is   r ep r esen ts   th e   m o s ad v an ce d   s tag o f   p r ed i ctiv m ain ten an ce ,   f o c u s in g   o n   th ea r ly   p r ed ictio n   o f   s y s tem   p o ten tia f ailu r a n d   t h q u an titativ e   esti m atio n   o f   R UL   b ef o r cr itical  b r ea k d o wn   o cc u r s   [ 7 0 ] [ 7 1 ] .   T h is   s o p h is ticated   p r ed ictiv ca p ab ilit y   e n ab les  m ain ten an ce   p er s o n n el   to   tr an s itio n   f r o m   r ea ctiv r ep air   s tr ateg ies  to   p r o ac tiv m ain ten a n ce   s ch ed u lin g ,   o p tim izin g   b o th   s y s tem   av ailab ilit y   an d   r eso u r ce   allo ca tio n   th r o u g h   p r ec is tim in g   o f   r ep air   o r   c o m p o n en r ep lace m en t   in ter v en tio n s   [ 7 2 ] [ 7 3 ] Un lik f au lt  d iag n o s is ,   wh ich   ad d r ess es  cu r r en s y s tem   h ea lth   s tatu s ,   f au lt  p r o g n o s is   p r o v id es  f o r war d - lo o k in g   in s ig h ts   f o r   s tr ateg ic  m ain ten an ce   p la n n in g   an d   o p e r atio n al  r is k   m an a g em en t.   T h ev o lu tio n   o f   f a u lt  p r o g n o s is   m eth o d o lo g ies  d em o n s tr ates  clea r   tech n o lo g ical  p r o g r es s io n   f r o m   b asic  s tatis tical  ap p r o ac h es  to   ad v an ce d   m ac h i n lear n in g   f r am ewo r k s ,   co r r esp o n d i n g   im p r o v e m en ts   in   p r ed ictio n   ac c u r ac y   an d   o p er atio n al  ca p ab ilit y .   T ab le  5   co m p r eh en s iv ely   s u m m ar i ze s   f au lt  p r o g n o s is   m eth o d s   ac r o s s   d iv e r s in d u s t r ial  ap p licatio n s .   T h e   p r o g r es s io n   d em o n s tr ates  m ar k ed   im p r o v em e n ts   in   b o t h   m eth o d o l o g ical  s o p h is ticatio n   an d   p er f o r m a n ce   ca p a b ilit ies.  T h th eo r etica lin ea r   r eg r ess io n   ap p r o ac h   r ep r esen ts   th ea r lies g en er atio n   o f   R UL   esti m at io n ,   r ely in g   o n   ex p er ie n ce - b ased   d ete r m in atio n   with o u t   q u an titativ p er f o r m an ce   m et r ics.  I n   co n tr ast,   m o d er n   ap p r o ac h es  s h o wca s s u b s tan tial  ad v an ce m e n t:  Dee p   R ein f o r ce m en L ea r n in g   ac h iev es  R MSE   v alu es  r an g in g   f r o m   1 2 . 1 7   t o   1 8 . 8 7   ac r o s s   d i f f er en t   o p er atio n al   co m p lex ities ,   wh ile  p h y s ics  g u id ed   lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   n etwo r k s   d e m o n s tr ate  ex ce p tio n al  ac cu r ac y   with   R ²  v alu es o f   0 . 9 0 2   a n d   m ea n   a b s o lu te  er r o r   o f   0 . 0 7 1 7 .     Fu r th er m o r e ,   th L STM - b ased   h y b r id   a p p r o ac h   r ep r esen ts   th cu r r en s tate - of - th e - ar t,  ac h iev in g   h ig h   class if icatio n   ac c u r ac y   ( 0 . 9 6   an d   0 . 8 6 )   f o r   d e g r ad atio n   s tag id e n tific atio n   a n d   lo r eg r ess io n   e r r o r s   ( 4 . 2 1   a n d   5 . 2 1   R MSE )   f o r   co n tin u o u s   R UL   p r ed ictio n ,   in d icatin g   t h ef f ec tiv en ess   o f   co m b in in g   class if icatio n   an d   r eg r ess io n   m eth o d o l o g ies.  T h s u cc ess   o f   th m ac h in lear n in g - b ase d   R UL   es tim atio n   ap p r o ac h es  lies   in   r o b u s q u a n tific atio n   m eth o d o lo g ies  th at  estab lis h   g r o u n d   tr u th   f o r   alg o r ith m   tr ain i n g   a n d   v alid atio n ,   w h ich   p r esen ts   th e   f u n d am en tal   ch allen g e   f o r   p r ac tical  ap p licatio n   t o   o p er atio n al  s eismo m eter s   in   s eismic   m o n ito r in g   n etwo r k s .   T h d ev elo p m en o f   r o b u s m ac h in lear n in g   r eg r ess io n   m o d els  f o r   s eismo m eter   p r o g n o s is   ap p licatio n s   f ac es  f u n d am en tal  an d   cr itical  ch allen g e:  th r eq u ir em e n f o r   c o m p r e h en s iv tr ain in g   d atasets   th at  ca p tu r co m p lete  d eg r ad atio n   tr ajec to r ies  ac r o s s   all  f au lt  ca teg o r ies  th r o u g h o u th en tire   o p er atio n al  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   1 8 7 - 205   196   life cy cle  o f   s eismo m eter   s y s tem s .   T h is   d ata  s ca r city   r ep r esen ts   th m o s s ig n if ican t   b ar r ier   to   p r ac tical  im p lem en tatio n ,   as  ef f ec tiv R UL   esti m at io n   m o d els  r eq u ir ex ten s iv h is to r ical  r ec o r d s   t h at  co r r elate   h ea lth   f ea tu r e v o lu tio n   with   ac tu al   f ailu r tim elin es,  d o cu m en ti n g   th p r o g r ess iv d eter i o r atio n   p atter n s   f r o m   in itial   h ea lth y   o p er atio n   th r o u g h   v ar io u s   d eg r ad atio n   s tag es  to   u ltima te  co m p o n en t   f ailu r e .   Ho w ev er ,   t h r ea lity   o f   o p er atio n al  s eismic   n etwo r k s   o f ten   co n f licts   with   th ese  d ata  r eq u ir em e n ts ,   as  p r ev en tiv m ain ten an ce   p r o to co ls   m a y   lead   to   s en s o r   r ep lace m en ts   b ef o r e   co m p lete  d eg r ad atio n   cy cles c an   b ca p t u r ed .         T ab le  5 .   Su m m a r y   o f   f a u lt p r o g n o s is   m eth o d s   C o n d i t i o n   mo n i t o r i n g   d a t a   R U e s t i mat i o n   me t h o d   R U q u a n t i f i c a t i o n   m e t h o d   P e r f o r ma n c e   R e f e r e n c e   Th e o r e t i c a l   c o n d i t i o n   mo n i t o r i n g   d a t a   l i n e a r   r e g r e ssi o n   b e t w e e n   d a t a   d e v i a t i o n   a n d   h i s t o r i c a l   R U L   e x p e r i e n c e - b a s e d   d e t e r mi n a t i o n   u n s t a t e d   [ 7 4 ]   V i b r a t i o n o f   t u r b o f a n   e n g i n e s   D e e p   r e i n f o r c e m e n t   l e a r n i n g   ( D R L)   C - M A P S S   t u r b o f a n   e n g i n e   h e a l t h   d i v i si o n   i n t o   t w o   st a g e s:   ( e a r l y ,   l i n e a r   d e g r a d a t i o n )   R M S E :   1 2 . 1 7   ( F D 0 0 1 ) ,   1 6 . 2 8   ( F D 0 0 2 ) ,   1 3 . 0 9   ( F D 0 0 3 ) ,   1 8 . 8 7   ( F D 0 0 4 ) .   [ 7 5 ]   B e a r i n g   v i b r a t i o n s   S V M   c l a ss i f i e r   A n a l y s i o f   h i st o r i c a l   f a i l u r e   p a t t e r n s   9 4 . 4 o f   a v e r a g e   p r e d i c t i o n   a c c u r a c y   [ 7 6 ]   B e a r i n g   v i b r a t i o n s   P h y s i c s   g u i d e d   l o n g   sh o r t - t e r m   mem o r y   ( P G LSTM )   u n s t a t e d   0 . 0 7 1 7   o f   M A E,   0 . 0 8 6 6   o f   R M S E ,   0 . 9 0 2   o f   2   a n d   5 6   o f   c o n si s t e n c y   a c c u r a c y   [ 7 7 ]   V o l t a g e ,   t e m p e r a t u r e   LSTM   r e g r e ssi o n   u n s t a t e d   2   t o   6   d a y s   o f   t h e   l e a st   p r e d i c t i o n   d e v i a t i o n   [ 7 8 ]   2 1   se n s o r   mea s u r e me n t s   LSTM   c l a ssi f i c a t i o n   a n d   r e g r e ss i o n   Th e   d e g r a d a t i o n   p r o c e ss   i s   d i v i d e d   i n t o   t h r e e   s t a g e s   0 . 9 6   0 . 8 6   c l a ss i f i c a t i o n   a c c u r a c i e s   a n d   4 . 2 1   a n d   5 . 2 1   r e g r e ss i o n   R M S Es   [ 7 9 ]       4 . 3 .     Seis m ic  da t a   qu a lity   cr i t er ia   Seis m ic  d ata  q u ality   cr iter ia  r ep r esen co m p r eh en s iv s et  o f   s tatis tical  an d   s ig n al  p r o ce s s in g   p ar am eter s   s p ec if ically   d esig n ed   to   d eter m in s eismo m eter s   o p er atio n al  h ea lth   an d   m ea s u r em e n p er f o r m an ce   th r o u g h   an aly s is   o f   r ec o r d ed   s eismic   s ig n als  [ 8 0 ] .   T h ese  cr iter ia  ar f u n d am e n tal  h ea lth   in d icato r s   b ec au s th e y   ca p tu r m ea s u r ab le  d ev iatio n s   f r o m   ex p ec ted   s eismo m eter   b eh av io r   th at  c o r r elate   d ir ec tly   with   s p ec if ic  f a u lt  c o n d itio n s ,   s en s o r   d eg r a d atio n   p atter n s ,   an d   en v ir o n m en tal  in ter f er en ce   ef f ec ts   [ 8 1 ] .   T h u s ,   tr an s f o r m in g   r a s eismic   r ec o r d in g s   in to   q u an titativ h ea lth   m etr ics  en ab les  s y s tem atic  in s tr u m en p er f o r m a n ce   m o n i to r in g   a n d   p r o v id es  th ess en tial  f ea tu r s p ac r eq u ir e d   f o r   m ac h in lea r n in g - b ased   f au lt d iag n o s is   alg o r ith m s .   An aly zin g   well - estab lis h ed   s eismic   d ata  q u ality   cr iter ia  is   cr itical,   s in ce   th ese  cr iter ia  ca n   b e   ca n d id ates  f o r   r elev an s eismo m eter   h ea lth   f ea tu r es.  T ab le  6   s h o ws  th p r e v io u s   s tu d ies  an d   th co r r esp o n d in g   s eismic   d ata  q u ality   cr iter ia,   r ev ea lin g   a   d iv er s lan d s ca p e   o f   m eth o d o lo g ical  ap p r o ac h es  th at   s p an   s in g le - s en s o r   an d   m u ltip le - s en s o r   an aly s is   tech n iq u es  with   v ar y in g   c o m p le x ity   an d   p r ac tical   ap p licab ilit y .   Sin g le - s en s o r   c r iter ia  an aly s is   f o cu s es  ex clu s iv ely   o n   d ata  f r o m   in d i v i d u al  s eismo m eter s ,   em p lo y in g   th r ee   p r im ar y   an a ly tical  ap p r o ac h es:  tim e - d o m ain   s eismo g r am   co m p ar is o n   with   s y n th etica lly   g en er ated   id ea s ig n als  to   d e tect  am p litu d an d   wav ef o r m   d is to r tio n s ,   f r e q u en c y - d o m ain   p o wer   s p ec tr al   d en s ity   co m p ar is o n   with   estab lis h ed   n o is m o d els  to   id en tify   s p ec tr al  an o m alies,  an d   s y s tem atic  in s tr u m en ca lib r atio n   p r o ce d u r es to   q u a n tify   s en s o r   p er f o r m a n ce   d eg r a d atio n   o v er   tim e.     T h ca lib r atio n   m eth o d o lo g i es  en co m p ass   r elativ an d   ab s o lu te  ap p r o ac h es,  wh er r elativ e   ca lib r atio n   u tili ze s   th s eismo m eter s   b u ilt - in   ca lib r atio n   co il  to   s im u late  g r o u n d   m o tio n   an d   m ea s u r e   s en s itiv ity   ch an g es  r e m o tely .   On   th e   o t h er   h an d ,   ab s o l u te  ca lib r atio n   r eq u ir es  p h y s ical  r em o v al  o f   th e   s eismo m eter   f r o m   its   in s tallatio n   p latf o r m   f o r   test in g   o n   p r ec is io n   v ib r atin g   tab les  th at   m ec h an ically   e x cite   th s en s o r   ac r o s s   its   o p er atio n al  f r eq u e n cy   r an g e,   en ab lin g   co m p r e h en s iv tr an s f er   f u n ctio n   an aly s is   an d   co m p ar is o n   with   o r ig i n al  m an u f ac tu r er   s p ec if icatio n s .   Ho w ev er ,   b o th   ca lib r atio n   m et h o d s   p r esen s ig n if ican t   o p er atio n al  r is k s ,   as  th ey   tem p o r ar ily   r em o v t h s eismo m eter ' s   ab ili ty   to   d etec g en u i n g r o u n d   m o tio n   b y   o v er r id i n g   n o r m al   s ig n al  ac q u is itio n   with   ca lib r atio n   in p u ts ,   r esu ltin g   i n   cr itical  d a ta  lo s s   th at  co u l d   co m p r o m is ea r th q u a k d etec t io n   ca p ab ilit ies d u r in g   m ajo r   s eismic   ev en ts .   I n   co n tr ast,  m u ltip le - s en s o r   a n aly s is   em p lo y s   co m p ar ativ m eth o d o l o g ies  th at  r eq u ir an   ad d itio n al  o p er atio n al  s eismo m eter   to   s er v as  p er f o r m an ce   r ef e r en ce   b en ch m ar k ,   with   th r e f er en ce   in s tr u m e n ty p ically   b ein g   eith er   c o - l o ca ted   s en s o r   with in   th e   s am s eismic   s tatio n   o r   s en s o r   f r o m   th n ea r est  n eig h b o r in g   s tatio n   e x p er ien c in g   s im ilar   g r o u n d   m o tio n   co n d itio n s .   T h ese  co m p ar ativ an aly s is   tech n iq u es   o p er ate  ac r o s s   b o t h   f r eq u e n c y   an d   tim e   d o m ain s ,   u tili zin g   f r e q u en c y - d o m ain   ap p r o ac h es  s u ch   as   m ed ian   p o wer - lev el  d if f er en ce   ca lcu l atio n s   an d   tim e - d o m ain   m et h o d s   in clu d in g   r o o m ea n   s q u a r ( R MS)   am p litu d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.