Artigo em revista científica Q1
Feature-engineered ensemble learning methods for insulator fault detection based on ultrasound signals
Laio Oriel Seman (Seman, L. O.); Stefano Frizzo Stefenon (Stefenon, S. F.); Valderi Leithardt (Leithardt, V. R. Q.); Juan Francisco de Paz Santana (de Paz Santana, J. F.); Kin-Choong Yow (Yow, K.-C.);
Título Revista
Egyptian Informatics Journal
Ano (publicação definitiva)
2026
Língua
Inglês
País
Estados Unidos da América
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(Última verificação: 2026-08-31 13:25)

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Abstract/Resumo
This paper presents a feature-engineered ensemble method for fault detection in medium-voltage insulator ultrasound signals. We develop a feature extraction framework that captures time-domain, frequency-domain, wavelet-domain, and envelope characteristics of ultrasonic emissions from porcelain insulators under various conditions: normal operation, artificial contamination, and simulated lightning damage. A robust signal augmentation methodology enhances classification robustness while preserving class-discriminative properties. We evaluate standard ensemble approaches (random forest, extreme gradient boosting, and light gradient boosting) and introduce two novel algorithms: EvoBagging, which employs evolutionary operators to optimize bootstrap samples, and proximal policy optimization bagging (PPOBagging), which leverages reinforcement learning through proximal policy optimization to construct ensembles via sequential decision-making. Experimental results demonstrate that our feature engineering approach significantly outperforms raw signal classification (91.67% vs. 55.00% accuracy). The proposed PPOBagging algorithm achieves the highest performance with 94.17% accuracy and a macro-F1 score of 0.9412, surpassing conventional methods. Comparative analysis against convolutional kernel transforms (standard, mini, and multi random convolutional kernels) reveals that while these methods offer competitive accuracy (up to 88.33%), they fall short of our feature-engineered ensemble approach in both performance and interpretability. Comparison against deep learning methods also reaffirms the usefulness of the proposed feature engineering technique. This work contributes practical tools for non-destructive monitoring of power distribution systems, enabling proactive maintenance strategies to prevent failures.
Agradecimentos/Acknowledgements
--
Palavras-chave
Ensemble learning approach,Reinforcement learning,Signal augmentation,Time series analysis
  • Ciências da Computação e da Informação - Ciências Naturais
  • Outras Engenharias e Tecnologias - Engenharia e Tecnologia
  • Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática - Engenharia e Tecnologia

Com o objetivo de aumentar a investigação direcionada para o cumprimento dos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável para 2030 das Nações Unidas, é disponibilizada no Ciência_Iscte a possibilidade de associação, quando aplicável, dos artigos científicos aos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável. Estes são os Objetivos do Desenvolvimento Sustentável identificados pelo(s) autor(es) para esta publicação. Para uma informação detalhada dos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável, clique aqui.