[发明专利]一种基于耦合关系的流程工业生产系统数据监测方法

权利要求书

1.一种基于耦合关系的流程工业生产系统数据监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，获取集散控制系统从生产现场采集的流程工业生产系统监测数据，并且对监测数据进行标准化处理；

步骤S2，通过改进符号传递熵刻画系统内监测数据之间的耦合关系，确定耦合关系强度和耦合关系方向；具体的，基于有限穿越和有限跨越水平可视图符号传递熵算法以两个可视点之间跨过的数据点的个数作为符号化值，对符号化序列的传递熵计算公式为：

其中τ为延迟时间，为两个符号化序列在t时刻和t+τ时刻的联合概率，和为对应的两个条件概率分布；

步骤S3，耦合关系异常监测，确定耦合关系异常点对应的监测数据点；

步骤S4，局部异常点监测，基于密度的局部异常点监测方法，获取监测数据异常点的准确位置；

所述步骤S2中确定耦合关系强度和耦合关系方向的具体过程是：

步骤S2.1，计算采集到的监测时间序列的信噪比为其中P_S为降噪后监测数据的功率，P_N为噪声序列功率；

步骤S2.2，根据监测时间序列的信噪比确定改进符号传递熵的参数，有限穿越值和有限跨越值，获得符号化序列，然后计算两个监测时间序列之间的耦合关系；

步骤S2.3，以监测时间序列的平均周期最大值的2倍作为符号传递熵的滑动窗口长度；

步骤S2.4，计算监测时间序列两两之间的耦合关系强度，确定耦合方向，并且建立耦合关系网络；

所述步骤S2.1中监测时间序列的信噪比的计算过程是，使用小波包对监测数据进行降噪，获得降噪后的监测数据，然后计算两组数据的功率，计算公式为：其中N为时间序列长度，x_i表示监测数据在i时刻的幅值；

所述步骤S3中耦合关系异常监测的具体过程是：建立生产系统正常运行状态下耦合关系强度的统计模型，确定T²和SPE的控制限，然后计算实时监测数据求得耦合关系强度核主成分分析统计量T²和SPE；然后监测实时监测数据求得的耦合关系强度是否超出上述控制限，如果超出，则监测数据间耦合关系发生异常，并且确定耦合关系异常点对应的监测数据点；

所述步骤S3中计算耦合关系强度核主成分分析统计量T²和SPE的具体过程是：计算耦合关系强度核矩阵，并且将核矩阵的特征值进行标准化处理；计算多个监测点样本在高维空间的投影；在系统运行正常状态下检测数据的耦合强度计算T2和SPE，其中T2统计指标控制限根据卡方分布F获得，SPE的控制限根据其近期分布获得；将监测点集合投影到上述高维空间中，并且计算得到数据的T²统计量和SPE统计量；

所述步骤S4中基于密度的局部异常点监测方法的具体过程是：

步骤S4.1，计算监测点与异常检测数据之间的距离；

步骤S4.2，计算检测点的最大距离和局部最大密度；

步骤S4.3，计算监测点的局部离群因子。