[发明专利]三维波形数据的异常检测方法

摘要

本发明公开了一种三维波形数据的异常检测方法，将一段时间内采集的多幅波形映射到三维数据库作为样本，并将其表示为二维矩阵A，根据矩阵A与预设的灵敏度参数η确定二值矩阵P；根据可调容差参数生成结构矩阵E，并利用结构矩阵E对二值矩阵P进行膨胀操作生成模板矩阵T，根据模板矩阵T得到各采样点的可能取值范围的子区间，将其作为异常检测模板进行存储，然后把系统采集的每一幅波形数据与异常检测模板进行比较，如果有一个采样点落在了幅度检测模板外，代表异常事件发生，将该波形数据进行映射和显示。如果所有的采样点都落在检测模板内，则认为该幅波形是正常波形，不对该幅波形数据进行映射和显示。

主权项

一种三维波形数据的异常检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采用垂直分辨率为dbit的ADC采集信号，每次采集的采样点数为k，每个采样点有m＝2d个幅度取值0,1,…,2d‑1，在硬件系统中将采集到的N幅波形数据映射到三维数据库作为样本，将该三维数据库表示为m×k矩阵A：A=a11,a12,...,a1ka21,a22,...,a2k..................am1,am2,...,amk=B1B2...Bm=(A1,A2,...,Ak)]]>其中，aij表示N幅波形数据采集中第j个采样点幅度取值为2d‑i的命中次数，i的取值范围为1≤i≤m，j的取值范围为1≤j≤k，行向量Bi＝(ai1,ai2,…,aik)对应的幅度取值为2d‑i，列向量Aj＝(a1j,a2j,…,amj)T表示第j个采样点的映射向量，上标T表示转置；S2：设置灵敏度参数η，取值范围为0＜η≤1，构造m×k的二值矩阵P，其中的元素pij为：pij=1,aij≥N×η0,else]]>S3：设置水平容差h和垂直容差v，其中h和v均为正整数，生成一个(2v+1)×(2h+1)的结构矩阵E，其中的元素值根据需要设置为0或1；S4：用结构矩阵E依次扫描二值矩阵P中的每个元素pij，以结构矩阵E的中心元素对应元素pij，结构矩阵E在二值矩阵P中所覆盖的范围为元素pij的邻域，如果在邻域中有任意一个元素与结构矩阵E对应元素均为1，则令m×k的模板矩阵T中对应元素tij＝1，否则tij＝0，最后得到模板矩阵T；S5：根据结构模板矩阵T，构造点集Qj为：Qj＝{2d‑i|tij＝1}Qj表示第j个采样点的可能取值范围，按照点集Qj中取值的连续性将点集Qj中以若干个不相交子区间表示：Qj=∪n=1RjQnj]]>其中，Rj表示点集Qj的子区间数量，Rj≥1，表示点集Qj的第n个子区间，n的取值范围1≤n≤Rj；S6：根据矩阵A统计步骤S5得到的各个子区间的命中次数，将点集Qj对应的子区间按命中次数从大到小的顺序，依次存储到寄存器中，作为第j个采样点的幅度取值异常检测模板；S7：将待采集波形进行垂直分辨率为d、采样点数为k的波形采集，采集到的波形幅度值表示为W＝(w1,w2,…,wk)，其中wj的取值范围为0≤wj≤2d‑1，将第j个采样点的幅度值wj与第j个采样点的幅度取值异常检测模板进行比较，如果有任意一个采样点落在了对应的区间范围外，则异常事件发生，将该波形数据进行映射和显示；如果所有采样点的幅度值w1,w2,…,wk都落在幅度取值异常检测模板区间范围内，则波形正常，不对信号进行映射和显示。