JP2013210945A - Waveform analyzing device and waveform analyzing method - Google Patents

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研 植野
Minoru Yonezawa
実 米澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate a value of a normal/abnormal state of an object from sensor data.SOLUTION: A waveform analyzing device is provided which comprises a sensing section 30, a determination section 39 and a calculation section. The sensing section 30 observes a monitoring object by means of a sensor and acquires a plurality of time-series data items about a plurality of variations. The determination section 39 determines a state of the monitoring object. The calculation section calculates a normal or abnormal quantitative state value of the monitoring object. The determination section 39 computes likelihood of normality and likelihood of abnormality of the monitoring object on the basis of segment data and a determination model from the plurality of time-series data items, respectively, and determines a state of the monitoring object to greater likelihood between the likelihood of normality and of abnormality. The calculation section calculates a quantitative state value of normality or abnormality as a sum of adding a result of multiplying a known normal state value by a normality degree and a result of multiplying a known abnormal state value by an abnormality degree.

Description

本発明の実施形態は、波形分析装置およびその方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a waveform analyzer and a method thereof.

近年のセンサネットワークの普及により、センサフュージョン等、様々なシーンでセンサデータ解析技術が必要となっている。しかしながら多変量時系列データを活用した判定装置において判定性能を向上させることは困難である。一般的に判別精度がよく、比較的多く用いられている判別器としてSVMやニューラルネットワーク等があるが、構築が難しい、判定の根拠が分かりにくいといった理由で、現場で受け入れがたい可能性がある。センサフュージョン技術においては、確率モデルによる複数センサデータの情報の異常判定が可能であるが、この場合、センサデータを連続時系列値から離散値に変換し、カテゴリカルデータとして扱うのが主流である。   With the recent spread of sensor networks, sensor data analysis techniques are required in various scenes such as sensor fusion. However, it is difficult to improve the determination performance in a determination apparatus using multivariate time series data. Generally, discrimination accuracy is good, and there are SVMs and neural networks, etc., which are relatively frequently used. However, it may be difficult to accept in the field because it is difficult to construct or the basis of judgment is difficult to understand. . In sensor fusion technology, it is possible to determine the abnormality of information of multiple sensor data using a probabilistic model. In this case, it is the mainstream to convert sensor data from continuous time series values to discrete values and treat them as categorical data. .

特許第3624546号公報Japanese Patent No. 3624546 特許第3931879号公報Japanese Patent No. 3931879 特開2005−165421号公報JP 2005-165421 A 特開2007−64307号公報JP 2007-64307 A

Hui Ding, Goce Trajcevski, Peter Scheuermann, Xiaoyue Wang and Eamonn Keogh (2008) ,Querying and Mining of Time Series Data: Experimental Comparison of Representations and Distance Measures. In Proceedings of the International Conference on Very Large Data Bases (VLDB2008), Vol.1 , Issue 2, pp. 1542-1552, 2008.Hui Ding, Goce Trajcevski, Peter Scheuermann, Xiaoyue Wang and Eamonn Keogh (2008), Querying and Mining of Time Series Data: Experimental Comparison of Representations and Distance Measures.In Proceedings of the International Conference on Very Large Data Bases (VLDB2008), Vol .1,, Issue 2, pp. 1542-1552, 2008.

過去に蓄積した複数のセンサのセンシングデータを用いて監視対象に対する異常判定を高精度に行うとともに、そのようなセンサデータから対象物の正常・異常状態の値を算出して提示できることが望まれている。   It is desirable to be able to accurately determine the abnormality of the monitoring target using the sensing data of multiple sensors accumulated in the past and calculate and present the normal / abnormal state value of the target from such sensor data. Yes.

実施形態によれば、監視対象をセンサにより観測して複数の変量に関する複数の時系列データを取得するセンシング部と、前記監視対象の状態を判定する判定部と、前記監視対象の正常または異常の定量状態値を算出する算出部と、を具備する波形分析装置が提供される。前記判定部は、前記複数の時系列データからのセグメントデータと判定モデルとに基づいて前記監視対象の正常の尤度および異常の尤度をそれぞれ計算し、前記正常および異常のうち尤度の大きい方に前記監視対象の状態を判定する。前記算出部は、既知の正常状態値に正常度合いを乗算した結果と既知の異常状態値に異常度合いを乗算した結果の和として、正常または異常の定量状態値を算出する。   According to the embodiment, a sensing unit that observes a monitoring target with a sensor and acquires a plurality of time-series data regarding a plurality of variables, a determination unit that determines a state of the monitoring target, and whether the monitoring target is normal or abnormal There is provided a waveform analysis device comprising a calculation unit for calculating a quantitative state value. The determination unit calculates the normal likelihood and the abnormal likelihood of the monitoring target based on the segment data and the determination model from the plurality of time series data, respectively, and the likelihood of the normal and abnormal is large Then, the state of the monitoring target is determined. The calculation unit calculates a normal or abnormal quantitative state value as a sum of a result obtained by multiplying a known normal state value by a normal degree and a result obtained by multiplying a known abnormal state value by an abnormal degree.

実施形態に係る異常判定システムの構成を示す図The figure which shows the structure of the abnormality determination system which concerns on embodiment サーバによる訓練学習プロセスの流れを示す図Diagram showing the flow of training and learning process by server 訓練データ格納部における訓練データ集合の例を示す図The figure which shows the example of the training data set in the training data storage part 波形振幅の例を示す図Diagram showing examples of waveform amplitude パワースペクトルへ変換後の特徴ベクトルの例を示す図The figure which shows the example of the feature vector after converting to the power spectrum 波形分割の一例を示す図Diagram showing an example of waveform division 波形分割の他の例を示す図Diagram showing another example of waveform division 波形分割のさらに他の例を示す図Diagram showing still another example of waveform division パワースペクトルの場合の分割例を示す図Diagram showing an example of division in the case of the power spectrum 疑似判定評価処理の詳細な処理の流れを示す図The figure which shows the detailed processing flow of pseudo judgment evaluation processing 訓練データの分割例を示す図Diagram showing an example of division of training data 訓練データの他の分割例を示す図The figure which shows the other example of division of training data 図10のステップS205の詳細を示す図The figure which shows the detail of step S205 of FIG. 条件付き確率の計算例を示す図Diagram showing an example of conditional probability calculation 最近傍のセグメントデータを見つける例を示す図Figure showing an example of finding nearest neighbor segment data 頻度分布表のフォーマット例を示す図Figure showing format example of frequency distribution table スコア表の一例を示す図Figure showing an example of the score table 最近傍計算を行う様子を示す図Diagram showing how nearest neighbors are calculated 最近傍計算を行う様子を示す図Diagram showing how nearest neighbors are calculated 最良モデル格納部内のデータ例(判定モデル)を示す図The figure which shows the example of data (judgment model) in the best model storage part 第1の変形例の処理を示す図The figure which shows the process of a 1st modification. 各種変形例で追加される処理を示す図The figure which shows the process added by various modifications 第2の変形例の処理を示す図The figure which shows the process of a 2nd modification. 第3の変形例の処理を示す図The figure which shows the process of a 3rd modification. 第4の変形例の処理を示す図The figure which shows the process of a 4th modification 第5の変形例に係る判定モデルの一例を示す図The figure which shows an example of the determination model which concerns on a 5th modification 第5の変形例に係るモデル式の概念を示す図The figure which shows the concept of the model type | formula which concerns on a 5th modification 判定対象データ上をスキャンする様子を示す図The figure which shows a mode that the top of judgment object data is scanned データ(波形)を切り出す様子を示す図Diagram showing how data (waveform) is cut out 判定対象データのうち異常判定の部分の表示画面例を示す図The figure which shows the example of a display screen of the part of abnormality judgment among judgment object data クライアントにおける動作フローを示す図Diagram showing the operation flow in the client 正常と異常の場合のカゴ加速度の波形をそれぞれ示す図Diagram showing the waveform of the car acceleration for normal and abnormal cases カゴ揺れの異常度を定量的に算出する手順を示す図The figure which shows the procedure which calculates the abnormal degree of the basket swing quantitatively サーバおよびクライアントを実現するためのハードウェア構成の一例を示す図The figure which shows an example of the hardware constitutions for implement | achieving a server and a client セグメントテンプレートの当てはめ例を示す図Figure showing an example of segment template fitting 変形例に係るクライアントの動作の一例を示す図The figure which shows an example of operation | movement of the client which concerns on a modification.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

図1は、実施形態に係る異常判定システムの構成を示す。この異常判定システムはサーバ(監視センター装置)と、クライアント(遠隔監視端末)とを備える。サーバは、監視対象の観測により得られた過去のセンサデータ(時系列データ)と、当該センサデータの取得時における監視対象の状態を識別するクラス(異常あるいは正常)とを活用して訓練学習を行うことにより、新たなセンサデータの判定を行うための判定モデルを生成する。クライアントは、監視対象を観測してセンサデータを取得し、取得したセンサデータと判定モデルとを用いて監視対象が正常であるか異常であるかの判定を行う。   FIG. 1 shows a configuration of an abnormality determination system according to the embodiment. This abnormality determination system includes a server (monitoring center device) and a client (remote monitoring terminal). The server performs training learning using past sensor data (time-series data) obtained by observation of the monitoring target and a class (abnormal or normal) that identifies the status of the monitoring target at the time of acquisition of the sensor data. As a result, a determination model for determining new sensor data is generated. The client observes the monitoring target, acquires sensor data, and determines whether the monitoring target is normal or abnormal using the acquired sensor data and the determination model.

(サーバ)
図2は、サーバによる訓練学習プロセスの流れを示すフローチャートである。
(server)
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the training learning process by the server.

まずサーバは、ユーザによって設定された各種パラメータを読み込む(S101)。例えば最大波形分割数Z_max(ステップS106で使用)などのパラメータを読み込む。読み込みは、メモリ、ハードディスク等の記録媒体から行う。   First, the server reads various parameters set by the user (S101). For example, parameters such as the maximum waveform division number Z_max (used in step S106) are read. Reading is performed from a recording medium such as a memory or a hard disk.

次に初期設定を行うことにより、波形分割数のパラメータzを0に設定する(S102)。   Next, by performing initial setting, the parameter z of the number of waveform divisions is set to 0 (S102).

次に、訓練データ入力部12が、訓練データ格納部11から訓練データ集合を読み出し、次段の波形前処理部13に入力する(S103)。   Next, the training data input unit 12 reads the training data set from the training data storage unit 11 and inputs it to the waveform preprocessing unit 13 at the next stage (S103).

図3に訓練データ格納部11における訓練データ集合の例を示す。   FIG. 3 shows an example of a training data set in the training data storage unit 11.

各訓練データはそれぞれ、少なくとも1種類以上の時系列データ(センサデータ)と、クラスとの組で構成される。ここでクラスとは、過去において該当する時系列データが取得されたときの対象機器(監視対象)の状態を保守員等が判定した判定結果である。クラスは例えば異常と正常がある。ただし異常タイプA、異常タイプBのように複数種類の異常状態があってもよい。ここでは説明を分かりやすくするために正常・異常の2つのクラスがある場合を説明する。図示の例では、訓練データは、4つの変量(チャネル)の時系列データを含んでいる。訓練データd1〜dNのクラスは正常、訓練データdN+1〜dMのクラスは異常である。4つの変量の時系列データはそれぞれ該当する4つのセンサから取得されたものである。ここでは説明の簡単のため各時系列データのサイズ(時間軸方向の長さ)は同じであるとするが、変量(チャネル)毎にサイズが異なっていてもかまわない。   Each training data is composed of at least one type of time series data (sensor data) and a class. Here, the class is a determination result obtained when a maintenance person or the like determines the state of the target device (monitoring target) when the corresponding time-series data is acquired in the past. Classes are, for example, abnormal and normal. However, there may be multiple types of abnormal states such as abnormal type A and abnormal type B. Here, in order to make the explanation easy to understand, the case where there are two classes of normal and abnormal will be described. In the illustrated example, the training data includes time-series data of four variables (channels). The class of training data d1 to dN is normal, and the class of training data dN + 1 to dM is abnormal. The time series data of the four variables are obtained from the corresponding four sensors. Here, for simplification of explanation, it is assumed that the time series data has the same size (length in the time axis direction), but the size may be different for each variable (channel).

次に、波形前処理部13が、訓練データ集合に含まれる各時系列データの前処理を行う(S104)。前処理としてたとえばFFTによるパワースペクトル変換や短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換等の信号処理を施すことにより、振幅スペクトルなどの特徴ベクトルを取得してもよい。あるいは、複数の所定時刻における波形振幅値を取得しても構わない。図4に複数の所定時刻において取得した波形振幅の例を示す。図5にパワースペクトルへ変換後の特徴ベクトルの例を示す。前処理としては、さらに、低周波域通過フィルタ(平滑化フィルタ)を用いて波形を処理してもよい。これは、波形振幅にノイズが乗っている場合や波形の大局的特徴をつかみたい場合に有効である。または限定された帯域のみの波形のみをフィルタで取りだしてもよい。または、たとえば非特許文献1にあるように線分近似やチェビシェフ近似、APCA近似など、様々な波形近似計算を行っても良い。なお前処理を特に行わずに次の処理へ進むことも可能である。以降の説明では、理解の簡単のため、前処理を経ていない図3の時系列データを用いて説明する。   Next, the waveform preprocessing unit 13 preprocesses each time series data included in the training data set (S104). As preprocessing, a feature vector such as an amplitude spectrum may be acquired by performing signal processing such as power spectrum conversion by FFT, short-time Fourier transform, and wavelet transform. Alternatively, waveform amplitude values at a plurality of predetermined times may be acquired. FIG. 4 shows examples of waveform amplitudes acquired at a plurality of predetermined times. FIG. 5 shows an example of the feature vector after conversion to the power spectrum. As preprocessing, the waveform may be further processed using a low-frequency pass filter (smoothing filter). This is effective when noise is added to the waveform amplitude or when it is desired to grasp the general characteristics of the waveform. Alternatively, only a waveform in a limited band may be extracted by a filter. Alternatively, various waveform approximation calculations such as line segment approximation, Chebyshev approximation, and APCA approximation may be performed as described in Non-Patent Document 1, for example. It is also possible to proceed to the next process without performing any pre-processing. In the following description, for ease of understanding, description will be made using the time-series data of FIG. 3 that has not undergone preprocessing.

次に、ステップS105〜ステップS110では、波形分割数zを1から最大波形分割数z_maxまで順次増大させながら、時系列データを波形分割数zで複数の区間へ分割し、波形分割数z(1〜z_max)のそれぞれにおいて、変量毎の重要区間を決定する。そして最も高い評価値が得られた波形分割数のときの各変量の重要区間を最適区間として決定する。また訓練データ集合の各時系列データにおける、各最適区間のデータ部分(セグメントデータ)を、該当するクラスと関連づけて記憶する。以下ステップS105〜S110の詳細を説明する。   Next, in steps S105 to S110, the time-series data is divided into a plurality of sections by the waveform division number z while sequentially increasing the waveform division number z from 1 to the maximum waveform division number z_max, and the waveform division number z (1 ~ Z_max), an important interval for each variable is determined. Then, the important section of each variable at the time of the waveform division number at which the highest evaluation value is obtained is determined as the optimum section. In addition, the data portion (segment data) of each optimum section in each time series data of the training data set is stored in association with the corresponding class. Details of steps S105 to S110 will be described below.

ステップS105ではサーバが、波形分割数zを1インクリメントする。   In step S105, the server increments the waveform division number z by one.

ステップS106では、サーバが、波形分割数zが最大分割数z_maxを超えたかどうかを判断し、超えた場合はステップS111に進む。超えていない場合は、ステップS107に進む。   In step S106, the server determines whether or not the waveform division number z exceeds the maximum division number z_max. If it exceeds, the process proceeds to step S111. If not, the process proceeds to step S107.

ステップS107では、波形分割部14が、波形分割数zで、訓練データ集合の各時系列データを時間軸上で分割してセグメントデータを切り出す。分割方法はここでは簡単のため分割幅が均等になるように分割するが、別の方法で分割してもかまわない。切り出したセグメントデータはセグメント格納部15に格納する。   In step S107, the waveform dividing unit 14 divides each time series data of the training data set on the time axis by the waveform division number z, and cuts out segment data. Here, the division method is simple and is divided so that the division width is equal. However, another division method may be used. The extracted segment data is stored in the segment storage unit 15.

波形分割の一例を図6(z=1の場合)、図7(z=2の場合)、図8(z=4の場合)に示す。z=1の場合は実際には分割は行われないことに注意する。このように切り出した各セグメントデータ(部分時系列データ)は、zの値と訓練データIDと変量IDとに関連づけてセグメント格納部15に蓄積しておく。前処理後の時系列データ(特徴ベクトル)がパワースペクトルの場合は図9のように周波数軸方向に沿ってデータを分割すればよい。ここでは、z=3の場合を示し、周波数帯が3分割されている。本実施形態において時系列データを分割するというときは、時系列データをパワースペクトルに変換して扱う場合には周波数軸方向に沿って分割することを意味するものとする。   An example of waveform division is shown in FIG. 6 (when z = 1), FIG. 7 (when z = 2), and FIG. 8 (when z = 4). Note that no division is actually performed when z = 1. Each segment data (partial time series data) cut out in this way is stored in the segment storage unit 15 in association with the value of z, the training data ID, and the variable ID. If the pre-processed time-series data (feature vector) is a power spectrum, the data may be divided along the frequency axis direction as shown in FIG. Here, the case of z = 3 is shown, and the frequency band is divided into three. In the present embodiment, dividing time series data means dividing the time series data along the frequency axis direction when converting the time series data into a power spectrum.

次にステップS108では疑似判定評価部17、確率尤度計算部16および最良モデル選定部19による疑似判定評価処理を行う。   Next, in step S108, a pseudo determination evaluation process is performed by the pseudo determination evaluation unit 17, the probability likelihood calculation unit 16, and the best model selection unit 19.

図10は疑似判定評価処理(S108)の詳細な処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart showing a detailed process flow of the pseudo determination evaluation process (S108).

まず疑似判定評価部17が、訓練データ集合(セグメント化したもの)を複数の分割集合に分割し、複数の分割集合を1からVmaxでラベル付けする(S201)。1つの分割集合は1つの訓練データで構成されていてもよいし、複数の訓練データで構成されていてもよい。1つの分割集合が、1つの訓練データで構成されるときは、訓練データ集合は訓練データの総数分に分割され、したがってVmaxは訓練データの総数に一致する。以下では説明の簡単のため、特に断りのない限り、1つの分割集合は1つの訓練データで構成されているとする。   First, the pseudo judgment evaluation unit 17 divides the training data set (segmented) into a plurality of divided sets, and labels the plurality of divided sets with 1 to Vmax (S201). One divided set may be composed of one training data, or may be composed of a plurality of training data. When one divided set is composed of one training data, the training data set is divided into the total number of training data, and thus Vmax matches the total number of training data. In the following, for the sake of simplicity, it is assumed that one divided set is composed of one training data unless otherwise specified.

次に、初期設定を行うことにより、分割集合識別子v=0、評価値q=0.0とする(S202)。   Next, by performing initialization, the divided set identifier v = 0 and the evaluation value q = 0.0 are set (S202).

次に、vを1インクリメントする(S203)。   Next, v is incremented by 1 (S203).

次に、疑似判定評価部17が、ステップS201で分割された複数の分割集合のうち識別子vに示されるものを疑似判定対象データ集合Tvとして選定する。すなわち複数の分割集合を疑似判定対象データ集合Tvと、それ以外の分割集合とに分ける。v=1のときの例を図11に、v=2のときの例を図12に示す。上述の通り、ここでは、複数の分割集合のそれぞれは1つの訓練データで構成されるため、疑似判定対象データ集合Tvは1つの訓練データを含む。従って、以下では、疑似判定対象データTvと称するときは疑似判定対象データ集合Tvが1つの訓練データを含む場合を指すものとする。   Next, the pseudo determination evaluation unit 17 selects, as the pseudo determination target data set Tv, the one indicated by the identifier v among the plurality of split sets divided in step S201. That is, a plurality of divided sets are divided into a pseudo determination target data set Tv and other divided sets. FIG. 11 shows an example when v = 1, and FIG. 12 shows an example when v = 2. As described above, since each of the plurality of divided sets is composed of one piece of training data, the pseudo determination target data set Tv includes one piece of training data. Therefore, hereinafter, the pseudo-determination target data Tv refers to a case where the pseudo-determination target data set Tv includes one piece of training data.

次に疑似判定評価部17が、訓練学習によるLeave Cross Validationを用いたモデル化処理を行い、評価値rを取得する(S205)。この処理では、疑似判定対象データTvのクラス(判定結果)を擬似的に伏せ、残りの訓練データを用いて、疑似判定対象データTvのクラスを推定する。推定した結果が、疑似判定対象データTvの実際のクラスと一致しているかを算出することにより評価値rを取得する。特にLeave-One-out Cross Validation(1つの分割集合には1つの訓練データのみ含める)は訓練データが小数の場合に有効である。ただし分割集合に含める訓練データが1つのときは疑似判定処理に時間がかかり過ぎる問題があり、この問題を避けたい場合は、1つの分割集合に複数の訓練データを含め、分割集合の1つを疑似判定対象集合として選択し、すべての部分集合が1回ずつ疑似判定対象集合となるように評価を繰り返せばよい。これは一般にCross Validationと呼ばれる評価方法である。本例では上記したように分割集合には1つの訓練データが含まれる場合を想定する。   Next, the pseudo determination evaluation unit 17 performs a modeling process using Leave Cross Validation by training learning, and acquires an evaluation value r (S205). In this process, the class of the pseudo determination target data Tv (determination result) is simulated and the remaining training data is used to estimate the class of the pseudo determination target data Tv. The evaluation value r is obtained by calculating whether the estimated result matches the actual class of the pseudo determination target data Tv. In particular, Leave-One-out Cross Validation (only one training data is included in one divided set) is effective when the training data is a small number. However, when there is only one training data to be included in the divided set, there is a problem that the pseudo judgment process takes too much time.If you want to avoid this problem, include multiple training data in one divided set and add one of the divided sets. It is only necessary to select the pseudo judgment target set and repeat the evaluation so that all the subsets become the pseudo judgment target set once. This is an evaluation method generally called Cross Validation. In this example, it is assumed that the training set includes one piece of training data as described above.

ステップS207では、疑似判定評価部17が、評価値rを評価値qに加算する。   In step S207, the pseudo determination evaluation unit 17 adds the evaluation value r to the evaluation value q.

ステップS208では疑似判定評価部17が、分割集合識別子vがVmaxを超えたかどうかを判定する。すなわち訓練データ集合の各訓練データのそれぞれが疑似判定対象データTvとして選定されたかどうか(複数の分割集合のそれぞれが疑似判定対象データ集合Tvとして選定されたかどうか)を判定する。Vmaxを超えていないときはステップS203に戻り、超えたときはステップS209に進む。   In step S208, the pseudo determination evaluation unit 17 determines whether or not the divided set identifier v exceeds Vmax. That is, it is determined whether each training data of the training data set is selected as the pseudo determination target data Tv (whether each of the plurality of divided sets is selected as the pseudo determination target data set Tv). When it does not exceed Vmax, the process returns to step S203, and when it exceeds, the process proceeds to step S209.

ステップS209では疑似判定評価部17が、評価値qを、評価回数(分割集合の個数)であるv_maxで除算することにより疑似正答率Gz(平均評価値)を計算する。これにより1つの波形分割数zに対応して1つの疑似正答率Gz(平均評価値)が得られることとなる。   In step S209, the pseudo determination evaluation unit 17 calculates the pseudo correct answer rate Gz (average evaluation value) by dividing the evaluation value q by v_max which is the number of evaluations (number of divided sets). Accordingly, one pseudo correct answer rate Gz (average evaluation value) is obtained corresponding to one waveform division number z.

ステップS210(条件付き確率の計算)およびステップS211(重要セグメントの決定)については後述する。   Step S210 (calculation of conditional probability) and step S211 (determination of important segment) will be described later.

図2に戻り、ステップS109では、疑似判定評価部17が、ステップS209で計算された疑似正答率Gzが、1つ前の波形分割数z-1のときの疑似正答率Gz-1より小さいか否かを判定する。GzがGz-1以上のときは、さらに大きい値の疑似正答率が得られる可能性があると判断し、ステップS105に戻り、波形分割数zを1インクリメントして、同様の手順を繰り返す。一方、疑似正答率GzがGz-1より小さいときは、これより大きい値の疑似正答率を得られないと判断し、ステップS110に進む。   Returning to FIG. 2, in step S109, the pseudo judgment evaluation unit 17 determines whether the pseudo correct answer rate Gz calculated in step S209 is smaller than the pseudo correct answer rate Gz-1 when the previous waveform division number z-1 or not. Determine whether or not. When Gz is equal to or greater than Gz−1, it is determined that there is a possibility that a higher pseudo correct answer rate may be obtained, and the process returns to step S105, the waveform division number z is incremented by 1, and the same procedure is repeated. On the other hand, when the pseudo correct answer rate Gz is smaller than Gz-1, it is determined that a pseudo correct answer rate larger than this cannot be obtained, and the process proceeds to step S110.

ここでステップS110、S111の説明を行うに先立ち、図10のステップS205(訓練学習によるモデル化処理)の詳細を説明する。   Prior to the description of steps S110 and S111, details of step S205 (modeling processing by training learning) in FIG. 10 will be described.

図13は図10のステップS205の詳細を示すフローチャートである。ここでは波形分割数z=4の場合を例に説明する。   FIG. 13 is a flowchart showing details of step S205 in FIG. Here, a case where the number of waveform divisions z = 4 will be described as an example.

まず、ステップS301では、確率・尤度計算部16が、訓練データ集合(z=4でセグメント化されている)における各訓練データのクラスに基づき、正常および異常のそれぞれの生起確率を事前確率p(Ci)として計算する。たとえば訓練データ集合のサイズが200であり、正常クラスが140個、異常クラスが60個存在する場合は、正常の事前確率p(C1=正常)=0.7、異常の事前確率p(C2=異常)=0.3である(図14の左上を参照)。なお本ステップS301は1回のみ行えばよく、次回以降は本ステップの処理はスキップしてよい。 First, in step S301, the probability / likelihood calculation unit 16 calculates the normal and abnormal occurrence probabilities based on the classes of training data in the training data set (segmented by z = 4) as prior probabilities p. Calculate as (Ci). For example, if the size of the training data set is 200, there are 140 normal classes and 60 abnormal classes, normal prior probability p (C 1 = normal) = 0.7, abnormal prior probability p (C 2 = Abnormal) = 0.3 (see the upper left of FIG. 14). This step S301 may be performed only once, and the processing of this step may be skipped from the next time.

次に、ステップS302で、疑似判定評価部17が、初期設定を行うことにより、変量ID(チャネルID)を示すiを0に設定し、区間のIDを示すjを0に設定する。   Next, in step S302, the pseudo determination evaluation unit 17 performs initialization and sets i indicating variable ID (channel ID) to 0 and j indicating section ID to 0.

次に、ステップS303aで疑似判定評価部17が、チャネルiを1インクリメントし、ステップS303bで変量(チャネル)jを1インクリメントする。   Next, the pseudo determination evaluation unit 17 increments the channel i by 1 in step S303a, and increments the variable (channel) j by 1 in step S303b.

次に、ステップS304で、疑似判定評価部17が、疑似判定対象データTvに対して、時系列データ分類問題で実績のあるk-最近傍法を用いて、疑似判定対象データTvのクラス推定(疑似判定)を行う。k-最近傍法とは、特徴空間上で、疑似判定対象に最も近いk個の事例を抽出し、そのk個の事例のそれぞれのクラスの中で、最も多数を占めるクラスを、疑似判定対象の推定クラスとして決定する判定方法である。以下詳細に説明する。   Next, in step S304, the pseudo determination evaluation unit 17 uses the k-nearest neighbor method proven in the time series data classification problem for the pseudo determination target data Tv to estimate the class of the pseudo determination target data Tv ( (Pseudo-judgment). In the k-nearest neighbor method, k cases closest to the pseudo judgment target are extracted in the feature space, and the class occupying the largest number among the classes of the k cases is selected as the pseudo judgment target. It is the determination method determined as an estimation class. This will be described in detail below.

疑似判定対象データTvおける各変量(各チャネル)の各セグメントデータについて、k個の最近傍のセグメントデータを、疑似判定対象データTv以外の残りの訓練データ(残りの分割集合)の中から同一変量内で見つける。図15に疑似判定対象データdN+1の変量(チャネル)1およびセグメントs1に着目し、疑似判定対象データd1のセグメントデータs1に最も類似度が高い(距離が近い)上位k個のセグメントデータs1を、残りの訓練データの変量(チャネル)1の時系列データから見つける例を示す。ただしk=5とする。図示の例では、訓練データd13, d14, d15,d17, d16における変量1のセグメントデータs1が特定されている。ここでセグメントデータ間の距離の計算には、Dynamic Time Warping(DTW)距離やEuclidean(ユークリッド)距離などの尺度を用いればよい。ここでは訓練データd13, d14, d15,d17, d16の変量1のセグメントデータs1に対する距離がそれぞれ3.5, 9.3, 12.9, 13.2,14.1と計算されている。なお図中、dist (x,y)はセグメントデータxとセグメントデータyとの距離を示す。   For each segment data of each variable (each channel) in the pseudo judgment target data Tv, the k nearest segment data is the same variable from the remaining training data (remaining divided sets) other than the pseudo judgment target data Tv Find in. Focusing on variable (channel) 1 and segment s1 of pseudo judgment target data dN + 1 in FIG. 15, the top k segment data s1 having the highest similarity (closest distance) to segment data s1 of pseudo judgment target data d1 Is found from the time series data of the variable (channel) 1 of the remaining training data. However, k = 5. In the illustrated example, the segment data s1 of the variable 1 in the training data d13, d14, d15, d17, d16 is specified. Here, for the calculation of the distance between the segment data, a scale such as Dynamic Time Warping (DTW) distance or Euclidean distance may be used. Here, the distances from the training data d13, d14, d15, d17, d16 to the variable 1 segment data s1 are calculated as 3.5, 9.3, 12.9, 13.2, and 14.1, respectively. In the figure, dist (x, y) indicates the distance between the segment data x and the segment data y.

このように上位k(=5)個のセグメントデータを特定したらこれらのセグメントデータに関連するクラスの中で、最も個数の多いクラスを特定する。これを定式化すると式1−1のようになる。

Figure 2013210945
When the top k (= 5) segment data are specified in this way, the class with the largest number among the classes related to these segment data is specified. When this is formulated, Equation 1-1 is obtained.
Figure 2013210945

図15の例では、訓練データd13, d14, d15,d17, d16のすべてクラスが正常である。すなわち異常の頻度、正常の頻度は、freq(異常、正常)=(0,5)である。よって上記式1-1に従って、推定結果は正常と判定される。ここで、疑似判定対象データd1の実際のクラスは異常である。従ってこの推定結果は不正解(誤り)となる。   In the example of FIG. 15, all classes of training data d13, d14, d15, d17, and d16 are normal. That is, the frequency of abnormality and the frequency of normality are freq (abnormality, normal) = (0, 5). Therefore, the estimation result is determined to be normal according to the above equation 1-1. Here, the actual class of the pseudo determination target data d1 is abnormal. Therefore, this estimation result is an incorrect answer (error).

次にステップS305では、疑似判定評価部17は、ステップS304で得られた上記正常の頻度と異常の頻度とに基づき、変量毎かつ区間毎の正常および異常の頻度分布表を更新する。頻度分布表のフォーマット例を図16に示す。頻度分布表はたとえば波形分割数z毎に用意される。最初、頻度分布表の全ての項目にゼロが設定されている。上記計算例では、チャネル1の分布表(図16の左上)においてセクションs1の正常の項目に5を加算し、異常の項目には何ら加算しない。   Next, in step S305, the pseudo determination evaluation unit 17 updates the normal and abnormal frequency distribution table for each variable and for each section based on the normal frequency and the abnormal frequency obtained in step S304. A format example of the frequency distribution table is shown in FIG. For example, the frequency distribution table is prepared for each waveform division number z. Initially, all items in the frequency distribution table are set to zero. In the above calculation example, 5 is added to the normal item of section s1 in the distribution table of channel 1 (upper left of FIG. 16), and nothing is added to the abnormal item.

次にステップS306では、疑似評価判定部17が、ステップS304での推定が正解か不正解かに応じてスコア表を更新する。スコア表とは、疑似判定評価を進める過程で選択される全てのチャネルとセグメント(区間)との組合せに毎にスコアを格納するものである(後述する図17の上図を参照)。スコア表の各マスの初期値は0である。正解の場合には該当するマスに所定のスコア(ここでは1)を加算する。例えば図18に示すように、疑似判定対象データd1における変量(チャネル)1のセグメントs2に関して、ステップS304での推定結果が正解であったとした場合、変量(チャネル)1とセグメント2に対応するマスのスコアscore(ch1,s2)に1を加算する。すなわち、score(ch1,s2)=0+1となる。スコア表は、波形分割数z毎に存在する。   Next, in step S306, the pseudo evaluation determination unit 17 updates the score table according to whether the estimation in step S304 is correct or incorrect. The score table stores a score for each combination of all channels and segments (sections) selected in the process of proceeding with pseudo judgment evaluation (see the upper diagram of FIG. 17 described later). The initial value of each square in the score table is 0. If the answer is correct, a predetermined score (1 in this case) is added to the corresponding cell. For example, as shown in FIG. 18, if the estimation result in step S304 is correct for the segment s2 of the variable (channel) 1 in the pseudo determination target data d1, the cells corresponding to the variable (channel) 1 and the segment 2 are displayed. Add 1 to the score score (ch1, s2). That is, score (ch1, s2) = 0 + 1. A score table exists for each waveform division number z.

次にステップS309ではセグメントjがjmaxに達したか否かを判定し、達していないときはステップS303bに戻ってjをインクリメントして次のセグメントを選択する。達したときは次のステップS310に進む。上記図18には変量1(チャネル1)のセクションs2についてステップS304の最近傍計算を行う様子が示される。ここでは推定結果が異常であり、疑似判定対象データdN+1も異常であるため正解となっている。   In step S309, it is determined whether or not the segment j has reached jmax. If not, the process returns to step S303b to increment j and select the next segment. If reached, the process proceeds to the next step S310. FIG. 18 shows how the nearest neighbor calculation is performed in step S304 for the section s2 of the variable 1 (channel 1). Here, the estimation result is abnormal, and the pseudo determination target data dN + 1 is also abnormal, so it is a correct answer.

ステップS310では、変量(チャネル)iがimaxに達したか否かを判定し、達していないときはステップS303aに戻って次の変量(チャネル)を選択し、達したときは、次のステップS311に進む。また図19には変量3(チャネル3)のセクションs2についてステップS304の最近傍計算を行う様子が示される。ここでは推定結果が正常であり、疑似判定対象データdN+1は異常であるため不正解となっている。   In step S310, it is determined whether or not the variable (channel) i has reached imax. If not, the process returns to step S303a to select the next variable (channel). If reached, the next step S311 is performed. Proceed to FIG. 19 shows a state where the nearest neighbor calculation in step S304 is performed for section s2 of variable 3 (channel 3). Here, the estimation result is normal, and the pseudo-determination target data dN + 1 is incorrect, so it is incorrect.

ステップS311では疑似判定対象データTvの評価値を計算する。変量1〜4毎のセグメントs1〜s4について行った合計16回の判定(S304)のうち少なくともいずれか1つについて判定結果が異常でありかつ正解であるときは評価値rを1.0、それ以外のときは0.0とする。または正解の回数が不正解の回数よりも多いときは1.0、正解の回数が不正解の回数以下のときは0.0としてもよい。または判定回数に対する正解の回数の比率を評価値rとしてもよい。ステップS311を終えたら本フローを終了し、図10のステップS207に戻る。   In step S311, the evaluation value of the pseudo determination target data Tv is calculated. If the judgment result is abnormal and correct for at least one of the total 16 judgments (S304) made for the segments s1 to s4 for each of the variables 1 to 4, the evaluation value r is 1.0, and the others When it is 0.0. Alternatively, 1.0 may be used when the number of correct answers is greater than the number of incorrect answers, and 0.0 may be set when the number of correct answers is less than or equal to the number of incorrect answers. Alternatively, the ratio of the number of correct answers to the number of determinations may be set as the evaluation value r. When step S311 is completed, this flow is ended, and the process returns to step S207 in FIG.

なお1つの分割集合に複数の訓練データが含まれるときは各訓練データについてステップS302〜S310の処理を行い、その後、同様の基準により評価値を計算すればよい。   When a plurality of training data are included in one divided set, the processing of steps S302 to S310 is performed for each training data, and thereafter, an evaluation value may be calculated according to the same criteria.

図10のステップS207では評価値rをqに加算して、qを更新する。そして、次の疑似判定対象データTvの選定に進み、同様にして図13のフローを行う。   In step S207 of FIG. 10, the evaluation value r is added to q to update q. Then, the process proceeds to selection of the next pseudo determination target data Tv, and the flow of FIG. 13 is performed in the same manner.

そして、すべての訓練データ(すべての分割集合)がそれぞれ1回、疑似判定対象データ(疑似判定対象データ集合)Tvとして選定されたらステップS209に進み、疑似正答率(平均評価値)Gz=q/v_maxを計算する。すなわちすべての訓練データ(すべての分割集合)間での評価値の平均を計算する。   When all the training data (all divided sets) are selected once as the pseudo judgment target data (pseudo judgment target data set) Tv, the process proceeds to step S209, and the pseudo correct answer rate (average evaluation value) Gz = q / Calculate v_max. That is, the average of evaluation values among all training data (all divided sets) is calculated.

次のステップS210では、確率・尤度計算部16が、図13のステップS305で更新された頻度分布表に基づき各変量および各セグメントの組み合わせ毎に正常および異常の条件付き確率p(X|C)を計算する。例えば変量2,セグメントs2の組について、p(X2=s2|C)=(異常=0.8、正常=0.067)といったように計算する。   In the next step S210, the probability / likelihood calculation unit 16 performs normal and abnormal conditional probabilities p (X | C for each variable and each segment combination based on the frequency distribution table updated in step S305 of FIG. ). For example, for a set of variable 2 and segment s2, p (X2 = s2 | C) = (abnormal = 0.8, normal = 0.067) is calculated.

ここでp(X|C)とは、Cの条件下、すなわち、C=異常、C=正常のそれぞれの中で、変量Xが各セグメントをそれぞれとった場合にどれくらいの確率で正常となるか異常となるかを確率的に示したものである。つまり、C=正常、C=異常のそれぞれで各セグメントにおける正常・異常の分布を正規化した確率がp(X|C)であるといえる。P(X)だけだと正常の確率が異常の確率を上回っていても、もともとP(C)にける正常の生起確率が異常の生起確率よりも5倍であるならば、この事前確率の差異を1/5に補正して条件付き確率を考えなければならない。そこでここではp(C)でそれぞれ正規化した各セグメントにおける確率をp(X|C)として計算する。各C(すなわち正常および異常)の値について、すべてのとるべきセグメントの種類における確率の総和が1となるように各C毎に確率を計算することになる。   Here, p (X | C) is the probability of normalization when the variable X takes each segment under the condition of C, that is, C = abnormal and C = normal. This shows the probability of an abnormality. That is, the probability of normalizing the normal / abnormal distribution in each segment with C = normal and C = abnormal is p (X | C). If only P (X) is normal, the probability of normality exceeds the probability of abnormality, but if the probability of normal occurrence in P (C) is five times higher than the probability of occurrence of abnormality, this difference in prior probabilities Must be corrected to 1/5 to consider the conditional probability. Therefore, here, the probability in each segment normalized by p (C) is calculated as p (X | C). For each C (ie normal and abnormal) value, the probability is calculated for each C so that the sum of the probabilities in all the segment types to be taken is 1.

一例として、変量2,および変量3についての条件付き確率の計算例をそれぞれ図14の中心の上、右上に示す。変量2に関して図示の頻度分布f(X2|C)が得られていたとすると、この頻度分布に基づき、条件付き確率p(X2|C)が図示の表のように計算される。すなわち正常および異常のそれぞれについて、各変量の頻度を合計頻度数で除算することにより条件付き確率が計算される。変量3に関しても同様の手法にて計算される。図示していないが変量1および変量4に関しても同様にして条件付き確率が計算される。なお異常の条件付き確率が0.1、正常の条件付き確率が0.9といったように大きく偏る場合、これは異常の条件付き確率が0.55、正常の条件付き確率が0.45といったような場合に比べて、正常の確率が非常に高いと言え、このような確率は確信度に近いものとなる。   As an example, calculation examples of conditional probabilities for variable 2 and variable 3 are shown in the upper right and center of FIG. If the illustrated frequency distribution f (X2 | C) is obtained for the variable 2, the conditional probability p (X2 | C) is calculated as shown in the table based on this frequency distribution. That is, for each of normal and abnormal, the conditional probability is calculated by dividing the frequency of each variable by the total frequency. The same method is used for variable 3. Although not shown, conditional probabilities are similarly calculated for variables 1 and 4. If the abnormal conditional probability is 0.1, the normal conditional probability is 0.9, and so on, this is normal compared to the abnormal conditional probability of 0.55 and normal conditional probability of 0.45. The probability is very high, and such a probability is close to certainty.

次にステップS211に進み、変量毎に重要セグメント(重要区間)を決定する。すなわち、すべての訓練データがそれぞれ疑似判定対象データTvとして選定され、それぞれについて図13のフローが行われることで、最終的に図17の上に示すようにスコア表が得られ、本ステップS210では、疑似判定評価部17が、このスコア表に基づき各変量(チャネル)のそれぞれの重要セグメント(重要区間)を選択し、セグメント格納部15にその情報を記録する。具体的に、スコア表において、最もスコアの高いセグメント(区間)を変量毎に重要セグメントとして選択する。例えば変量(チャネル)1ではセグメントs1が最もスコアが高いため、セグメントs1を重要セグメントとして選択する。同様に、変量2〜4に対しては、セグメントs2,s2,s4が重要セグメントとして選択される。同じスコアのセグメントが複数存在するときの選択方法、およびそのほかの選択方法に関しては後述する。   In step S211, an important segment (important section) is determined for each variable. That is, all the training data is selected as the pseudo judgment target data Tv, and the flow of FIG. 13 is performed for each, so that a score table is finally obtained as shown in the upper part of FIG. The pseudo judgment evaluation unit 17 selects each important segment (important section) of each variable (channel) based on this score table, and records the information in the segment storage unit 15. Specifically, in the score table, the segment (section) with the highest score is selected as an important segment for each variable. For example, in the variable (channel) 1, since the segment s1 has the highest score, the segment s1 is selected as the important segment. Similarly, for the variables 2 to 4, segments s2, s2, and s4 are selected as important segments. A selection method when there are a plurality of segments having the same score and other selection methods will be described later.

ステップS211で重要セグメントを決定したら、本フローを終了し、図2のステップS109に進む。   When the important segment is determined in step S211, this flow is ended, and the process proceeds to step S109 in FIG.

ステップS109では先に少し述べたように、ステップS209で計算した疑似正答率Gzが波形分割数z-1のときの疑似正答率Gz-1よりも小さいかどうかを検査する。小さかったら、最良モデル選定部19は、次のステップS110において、Gz-1が得られたときに選択された、変量毎の重要セグメントを最良セグメント(最良区間)として最良モデル格納部18に格納する。   In step S109, as described a little earlier, it is checked whether the pseudo correct answer rate Gz calculated in step S209 is smaller than the pseudo correct answer rate Gz-1 when the waveform division number is z-1. If it is smaller, the best model selection unit 19 stores the important segment for each variable selected when Gz-1 is obtained in the best model storage unit 18 as the best segment (best section) in the next step S110. .

またステップS106で波形分割数zが最大波形分割数z_maxよりも大きいと判定されたときも同様にしてGz-1における最良セグメント(最良区間)の特定および格納を行う。ただしこの場合、ステップS105でzがインクリメントされているため、この場合、Gz-1はGz_maxに一致することに注意する。   Further, when it is determined in step S106 that the waveform division number z is larger than the maximum waveform division number z_max, the best segment (best section) in Gz-1 is specified and stored in the same manner. However, in this case, since z is incremented in step S105, it should be noted that in this case, Gz-1 matches Gz_max.

なお、各チャネル(変量)の最良セグメント(最良区間)がいったん求まった後、各チャネルにおける他のセグメント(他の区間)を併合させて疑似判定性能が向上する余地がある場合には、併合アプローチを導入して併合したセグメントを最良セグメントとしてもよい。   In addition, once the best segment (best section) of each channel (variable) is obtained, if there is room to improve the pseudo judgment performance by merging other segments (other sections) in each channel, the merge approach It is good also considering the segment which introduce | transduced and merged as the best segment.

次にステップS111において、最良モデル選定部19が、正常および異常の事前確率情報、ステップS210で求めた各変量の条件付き確率(最良モデルが得られたzに対応するもの)を最良モデル格納部18に格納する。なお、格納する条件付き確率は各変量において最良セグメントとして特定されたセグメントの確率のみでもかまわない。   Next, in step S111, the best model selection unit 19 obtains normal and abnormal prior probability information and conditional probabilities for each variable obtained in step S210 (corresponding to z from which the best model was obtained) as the best model storage unit. Store in 18. The conditional probability stored may be only the probability of the segment specified as the best segment in each variable.

またクライアントで判定に使用するモデル式(後述)を最良モデル格納部18に格納する。モデル式は各変量の最良セグメントが決まれば自動的に生成可能である。   In addition, a model formula (described later) used for determination by the client is stored in the best model storage unit 18. The model formula can be automatically generated once the best segment for each variable is determined.

また、最良モデル選定部19は、セグメント格納部15から各変量の最良区間のセグメントデータと該当するクラスを読み出し、最良モデル格納部18に格納する。読み出すセグメントは訓練データのすべてを対象にしてもよいし正常と異常のそれぞれについて所定数の訓練データを対象にしてもよいし、その他の基準で決定してもよい。   The best model selection unit 19 reads the segment data of the best section of each variable and the corresponding class from the segment storage unit 15 and stores them in the best model storage unit 18. The segment to be read may be the entire training data, a predetermined number of training data for each of normal and abnormal, or may be determined by other criteria.

また最良モデル選定部19は、採択した波形分割数zで分割したときの各区間(セグメント)の詳細情報(時間長)も最良モデル格納部18に格納する。少なくとも最良セグメントに対応する区間の詳細情報については格納する。   The best model selection unit 19 also stores in the best model storage unit 18 detailed information (time length) of each section (segment) when divided by the selected waveform division number z. At least the detailed information of the section corresponding to the best segment is stored.

最良モデル格納部18に格納されたこれらの情報データが判定モデルを形成する。最良モデル格納部18に格納されたデータ例を図20に示す。   These pieces of information data stored in the best model storage unit 18 form a determination model. An example of data stored in the best model storage unit 18 is shown in FIG.

図20の例ではすべての変量においてセグメントs2が最良セグメントとして特定されている。なお図20では表記の簡単のためp(X1|C),p(X3|C),p(X4|C)の表の詳細な表記は省略して、単にp(X1|C),p(X3|C),p(X4|C)とのみ記している。(2)のモデル式の読み方は後述する。   In the example of FIG. 20, the segment s2 is specified as the best segment in all the variables. In FIG. 20, the notation of p (X1 | C), p (X3 | C), p (X4 | C) is not shown in detail, and simply p (X1 | C), p ( Only X3 | C) and p (X4 | C) are shown. How to read the model formula in (2) will be described later.

次に、送信部20が最良モデル格納部18に格納された判定モデルをクライアントに送信する。なおモデル式の型データをあらかじめクライアントに与えておき、クライアントは各変量の最良セグメント(最良区間)に基づき型データからモデル式を生成してもよい。この場合サーバはクライアントに送る判定モデルにモデル式を含めなくても良い。ひとつのサーバに複数のクライアントが接続されている場合は、複数のクライアントに判定モデルを送信する。この判定モデルを受け取ることによりクライアントでは異常判定の準備が整うことになる。   Next, the transmission unit 20 transmits the determination model stored in the best model storage unit 18 to the client. The model formula type data may be given to the client in advance, and the client may generate the model formula from the type data based on the best segment (best section) of each variable. In this case, the server may not include the model formula in the determination model sent to the client. When a plurality of clients are connected to one server, the determination model is transmitted to the plurality of clients. By receiving this determination model, the client is ready for abnormality determination.

(補足)ここで条件付き確率について補足説明を行う。通常、ベイズ分類器で判定結果を推定するには、各変量(属性)Xiにおいて条件付き確率p(Xi|C)を求める必要がある。ここで、属性Xiの属性値の種類が問題となる。通常、条件付き確率を計算する際には、属性Xiの離散的な属性値aiがそれぞれどれくらいの頻度で生起しているかを基準に計算するが、本実施形態、時系列波形を切り出したセグメントデータそのものに属性値が存在しないため、確率を計算することができない。通常は時系列波形をクラスタリングするなりしていくつかの類型カテゴリに分け、それぞれのカテゴリタイプを属性値として計算することが時系列クラスタリングならびに時系列分類の領域で行われるが、クラスタ(類型カテゴリ)の種類をいくつにするとよいかは容易には決まらない。しかも分割数が多くなった場合、同時に扱う変量の種類が多くなった場合には各変量における各セグメントに対してクラスタ数を求めなければならないため、非現実的である。各変量で分割したセグメントをすべての属性Xiとして扱うことも考えられるが、これでは確率計算コストが増大してしまう問題がある。そこで本実施形態では、各変量の属性Xiにおいて、最も疑似判定性能が高くなるセグメント種別を属性値とすることで、ベイズ分類問題の枠組みの中で時系列データを離散化して情報を落とさずに扱うことを可能にした。このようにすると、各変量で選択されたセグメントを確信度付きで表現することが可能となる。たとえば、先に示したように、p(X2=s2|C)=(異常=0.8,正常=0.067)のように条件付き確率を表現することができる。
(サーバの第1の変形例)
図17に示したスコア表のように最もスコアの高いセグメント(区間)が各変量のそれぞれにおいて1つしか存在しないときは重要セグメントは一意に決定する。しかしながら、同点となるセグメントが複数存在する場合はこの方法では一意に決定することはできない。そこで、このような場合は以下の方法で重要セグメント(重要区間)の決定を行う。
(Supplement) Here is a supplementary explanation of the conditional probability. Usually, in order to estimate a determination result by a Bayes classifier, it is necessary to obtain a conditional probability p (Xi | C) in each variable (attribute) Xi. Here, the type of attribute value of attribute Xi becomes a problem. Normally, when calculating the conditional probability, it is calculated based on how often the discrete attribute value ai of the attribute Xi occurs, but in this embodiment, segment data obtained by cutting out the time series waveform Since there is no attribute value in itself, the probability cannot be calculated. Usually, time-series waveforms are clustered and divided into several category categories, and each category type is calculated as an attribute value in the domain of time-series clustering and time-series classification. It's not easy to decide how many types to choose. In addition, when the number of divisions increases, the number of clusters handled for each variable must be obtained when the types of variables handled at the same time increase, which is unrealistic. Although it is conceivable to handle the segments divided by each variable as all the attributes Xi, there is a problem that the probability calculation cost increases. Therefore, in this embodiment, in the attribute Xi of each variable, by setting the segment type with the highest pseudo judgment performance as the attribute value, the time series data is discretized within the framework of the Bayesian classification problem and the information is not dropped. Made it possible to handle. If it does in this way, it becomes possible to express the segment selected by each variable with certainty. For example, as described above, the conditional probability can be expressed as p (X2 = s2 | C) = (abnormal = 0.8, normal = 0.067).
(First modification of server)
As shown in the score table shown in FIG. 17, when there is only one segment (section) with the highest score in each variable, the important segment is uniquely determined. However, when there are a plurality of segments having the same point, this method cannot be uniquely determined. In such a case, an important segment (important section) is determined by the following method.

図21は、第1の変形例に係る重要セグメントの決定方法を説明する図である。   FIG. 21 is a diagram for explaining an important segment determination method according to the first modification.

図21の例では、変量(チャネル)4のセグメントs1,s4のスコアが同じである(それぞれ9点である)。変量1,2,3では最高のスコアのセグメントが1つしか存在せず、それぞれセグメントs1,s2,s2が選択されている。   In the example of FIG. 21, the scores of the segments (s1 and s4) of the variable (channel) 4 are the same (each is 9 points). For variables 1, 2, and 3, there is only one segment with the highest score, and segments s1, s2, and s2 are selected, respectively.

この場合、変量1〜4間で、最高スコアのセグメントのすべての組合せをとることにより複数の候補を生成する。そして、図22のフローチャートに示すように、各候補のそれぞれについて異常の尤度を計算する(S222)。尤度とは判定のもっともらしさを表す測度であり、確率の総積として定義される。計算した尤度を比較し、尤度が最も高い候補を選択する(S223)。   In this case, a plurality of candidates are generated by taking all combinations of segments having the highest score among the variables 1 to 4. Then, as shown in the flowchart of FIG. 22, the likelihood of abnormality is calculated for each candidate (S222). Likelihood is a measure representing the plausibility of a decision and is defined as the total product of probabilities. The calculated likelihoods are compared, and the candidate with the highest likelihood is selected (S223).

図示の例では、候補c1として、(変量1,変量2,変量3,変量4)=(s1,s2,s2,s1)、候補c2として(変量1,変量2,変量3,変量4)=(s1,s2,s2,s4)が生成され、それぞれの候補について、異常の尤度を計算する。そして尤度が最も高い候補を選択する(尤度計算による疑似判定評価)。   In the illustrated example, as candidate c1, (variable 1, variable 2, variable 3, variable 4) = (s1, s2, s2, s1), as candidate c2 (variable 1, variable 2, variable 3, variable 4) = (S1, s2, s2, s4) are generated, and the likelihood of abnormality is calculated for each candidate. Then, the candidate with the highest likelihood is selected (pseudo-judgment evaluation by likelihood calculation).

ここで尤度の計算は以下の式に従って行う。下記の式の計算により、正常の尤度と、異常の尤度とで構成されるベクトルが得られるため、異常の方の尤度を選択し、各候補間で異常の尤度を比較する。p(C)は事前確率であり、p(Xj=si|C)は条件付き確率である。条件付き確率は、図10のステップS210で計算した値を用いることができる。

Figure 2013210945
Here, the likelihood is calculated according to the following equation. Since a vector composed of normal likelihood and abnormal likelihood is obtained by the calculation of the following equation, the likelihood of the abnormal is selected, and the likelihood of abnormality is compared between the candidates. p (C) is a prior probability, and p (X j = s i | C) is a conditional probability. As the conditional probability, the value calculated in step S210 in FIG. 10 can be used.
Figure 2013210945

図21の例で、実際に各候補の異常の尤度を計算すると、候補c1では0.087、候補c2では0.084となり、候補c1の方が値が大きいため、候補c1を選択する。すなわち、変量(チャネル)4の重要セグメントはs1に決定される。なお図21の例のように、同点のセグメントが存在する変量が1つしか存在しない場合は、これら同点セグメント間で異常の条件付き確率を比較して、最も大きい値をもつセグメントを重要セグメントとして決定しても同じ結果が得られる。   In the example of FIG. 21, when the likelihood of abnormality of each candidate is actually calculated, it becomes 0.087 for candidate c1 and 0.084 for candidate c2, and candidate c1 has a larger value, so candidate c1 is selected. That is, the important segment of the variable (channel) 4 is determined as s1. As shown in the example in Fig. 21, if there is only one variable with a tie segment, compare the conditional probabilities of abnormalities between these tie segments and select the segment with the largest value as the important segment. The same result can be obtained even if it is determined.

(サーバの第2の変形例)
(その1)本実施形態ではスコアの最大値で重要セグメントを特定したが、別の方法として尤度計算で最も高い変量間でのセグメントの組み合わせを選択することも可能である。これは、各変量においては最良のセグメントを選択しているが、変量全体で疑似判定したときにはそれがベストな判定精度となっているとは限らないためである。本変形例の処理では、例えば上記の式1-2に従って、変量間ですべてのセグメントの組み合わせについて異常の尤度を計算し(図22のS222)、最も尤度の高い組み合わせを選択すればよい(図22のS223)。
(Second modification of server)
(No. 1) In the present embodiment, the important segment is specified by the maximum value of the score, but as another method, it is possible to select a combination of segments between the highest variables in the likelihood calculation. This is because the best segment is selected for each variable, but it is not always the best determination accuracy when a pseudo determination is made for the entire variable. In the process of this modification, for example, according to the above equation 1-2, the likelihood of abnormality is calculated for all the combinations of segments between variables (S222 in FIG. 22), and the combination with the highest likelihood may be selected. (S223 in FIG. 22).

(その2)また、第2の変形例として以下の方法も可能である。   (Part 2) Further, the following method is also possible as a second modification.

すなわち評価スコアの下限閾値θをあらかじめ決めておき、その下限閾値より大きいスコアになったセグメントをすべて候補として選択し、候補の中から最終的な重要セグメントを決定する。   That is, the lower limit threshold θ of the evaluation score is determined in advance, and all segments having a score higher than the lower limit threshold are selected as candidates, and the final important segment is determined from the candidates.

図23は第2の変形例に係る重要セグメントの決定方法を説明する図である。   FIG. 23 is a diagram for explaining an important segment determination method according to the second modification.

下限閾値θは5に設定されている。変量(チャネル)1〜4のそれぞれにおいて5超のスコアをもつセグメントが候補として選択される。変量1ではセグメントs1,s4、変量2ではs2、変量3ではs2,変量4ではs1,s3、s4が選択される。選択されたセグメントを各変量間で組み合わせると、以下の6個の候補c1〜c6が得られる。   The lower threshold θ is set to 5. Segments with scores greater than 5 in each of the variables (channels) 1-4 are selected as candidates. For variable 1, segments s1, s4, for variable 2, s2, for variable 3, s2, for variable 4, s1, s3, s4 are selected. When the selected segments are combined between the variables, the following six candidates c1 to c6 are obtained.

c1=(s1,s2,s2,s1)、c2=(s4,s2,s2,s1)、c3=(s1,s2,s2,s3)、c4=(s4,s2,s2,s3)、c5=(s1,s2,s2,s4)、c6=(s4,s2,s2,s4)
各候補について「その1」と同様にして異常の尤度を計算する(図22のS222)。そして、最も尤度の大きい候補を選択する(図22のS223)。この例では候補c1の尤度L1は0.013,候補c2の尤度L2は0.031、候補c3の尤度L3は0.024,候補c4の尤度L4は0.062、候補c5の尤度L5は0.033、候補c6の尤度L6は0.093と計算される。候補c6の尤度が最も大きいため、候補c6に含まれるセグメントが重要セグメントとして決定される。すなわち変量1ではセグメントs4、変量2ではセグメントs2,変量3ではセグメントs2、変量4ではセグメントs4がそれぞれ重要セグメントとして決定される。
c1 = (s1, s2, s2, s1), c2 = (s4, s2, s2, s1), c3 = (s1, s2, s2, s3), c4 = (s4, s2, s2, s3), c5 = (S1, s2, s2, s4), c6 = (s4, s2, s2, s4)
The likelihood of abnormality is calculated for each candidate in the same manner as “No. 1” (S222 in FIG. 22). Then, the candidate with the highest likelihood is selected (S223 in FIG. 22). In this example, the likelihood L1 of the candidate c1 is 0.013, the likelihood L2 of the candidate c2 is 0.031, the likelihood L3 of the candidate c3 is 0.024, the likelihood L4 of the candidate c4 is 0.062, and the candidate c5 The likelihood L5 is calculated as 0.033, and the likelihood L6 of the candidate c6 is calculated as 0.093. Since the likelihood of the candidate c6 is the largest, the segment included in the candidate c6 is determined as the important segment. That is, segment s4 is determined as the important segment for variable 1, segment s2 is determined as variable 2, segment s2 is determined as variable 3, and segment s4 is determined as important segment in variable 4.

このような重要セグメントの決定方法によれば、閾値θより大きいスコアのセグメントが存在しない変量(チャネル)では、重要セグメントが選択されないこととなる。このような変量は異常検知にとって必要性が低いといえ、その変量(チャネル)のデータを異常判定に用いずに済むという利点もある。なお最も大きい尤度の候補が複数存在するときは、複数の候補を選択してもよい。   According to such an important segment determination method, an important segment is not selected in a variable (channel) in which there is no segment with a score higher than the threshold θ. It can be said that such a variable is less necessary for abnormality detection, and there is an advantage that the data of the variable (channel) is not used for abnormality determination. When there are a plurality of candidates with the largest likelihood, a plurality of candidates may be selected.

(サーバの変形例3)
センシング対象(監視対象)によっては、各センサの時間差を考慮しなくても良い場合もある。その場合には、各変量(チャネル)において同じ位置のセグメントを選択し、同じセグメントの系列単位で、k-最近傍法で、推定を行ってもよい。
(Modification 3 of the server)
Depending on the sensing target (monitoring target), it may not be necessary to consider the time difference of each sensor. In that case, a segment at the same position in each variable (channel) may be selected, and estimation may be performed by the k-nearest neighbor method in units of the same segment.

この場合、図10のステップS205に対応する図13のフロー単位で条件付き確率を計算(分割集合識別子v単位で条件付き確率を計算し)する。図24に示すように、各変量間で同一セグメント(例えばs2)の正常および異常の条件付き確率を乗算し、さらに事前確率を乗算することで正常および異常の尤度を計算し、値が大きい方の状態を採用する。これは下記の式1-3によって示される。

Figure 2013210945
In this case, the conditional probability is calculated for each flow in FIG. 13 corresponding to step S205 in FIG. 10 (the conditional probability is calculated for each divided set identifier v). As shown in FIG. 24, normal and abnormal likelihoods are calculated by multiplying the normal and abnormal conditional probabilities of the same segment (for example, s2) between the variables, and further multiplying the prior probabilities, and the values are large. The state of the direction is adopted. This is shown by Equation 1-3 below.
Figure 2013210945

採用した状態が、疑似判定対象データの状態と一致すれば正解としてスコアを1加算し、一致しなければスコアを加算しない。各変量間で他の同一セグメント(s1,s3,s4)についてもそれぞれ同様の計算を行って正常または異常を採択し、正解した場合はスコアを加算する。このようにしてスコア表を更新する(スコア表のサイズは本実施形態の4×4に対し、1×4となる)。   If the adopted state matches the state of the pseudo-determination target data, the score is incremented by 1, and if not, the score is not added. The same calculation is performed for other same segments (s1, s3, s4) between each variable, and normal or abnormal is selected, and if correct, the score is added. In this way, the score table is updated (the size of the score table is 1 × 4 compared to 4 × 4 in the present embodiment).

図24の例では、

Figure 2013210945
In the example of FIG.
Figure 2013210945

(なお理解の簡単のためここでは図14の表の値を用いた)。よって異常の方が正常よりも尤度が高くなる。したがって、この場合は正常が推定結果となる。疑似判定対象データd1のクラスは正常であるため、この推定結果は正解となり、セグメントs2に対するスコアscore(S2)に1加算する。 (For ease of understanding, the values in the table of FIG. 14 are used here). Therefore, the likelihood of abnormality is higher than normal. Therefore, in this case, normal is the estimation result. Because pseudo-class determination target data d 1 is normal, the estimation result is a correct answer, 1 is added to the score score (S2) for the segment s2.

なお、場合によっては、k-最近傍法によってクラスの事前分布の偏りがすでに補正されている可能性もあり得る。そこで式1−3に示した推定式から事前確率分布p(C)を外した式1−4を式1−3の代わりに用いてもよい。

Figure 2013210945
In some cases, it is possible that the bias of the class prior distribution has already been corrected by the k-nearest neighbor method. Therefore, Formula 1-4, in which prior probability distribution p (C) is removed from the estimation formula shown in Formula 1-3, may be used instead of Formula 1-3.
Figure 2013210945

(サーバの第4の変形例)
本変形例では各変量(チャネル)の最良セグメントを決定する他の方法を示す。
(Fourth modification of server)
This modification shows another method for determining the best segment of each variable (channel).

図25は、変形例5に係る最良セグメントの決定方法を説明する図である。   FIG. 25 is a diagram for explaining a method for determining the best segment according to the fifth modification.

最初に各変量に対して最良セグメントのセグメント長および暫定位置をあらかじめ決めておく。あらかじめ決定したセグメント長のセグメント(区間)をそれぞれ暫定位置に配置し、暫定位置から時間軸に沿って各セグメントを前後に最小移動間隔Δ単位でずらし、最も疑似判定評価値Gzが良くなる位置の組み合わせを決定し、これにより最良セグメントを決定する。図25の例ではずらしの最大幅がセグメント長の絶対値となっている。このようなΔ単位で移動した場合の各変量間でのすべてのセグメントの組み合わせについて最も異常の尤度が高くなる組み合わせを選択する。このようにして、取り得る可能性のある各セグメントの位置の組み合わせを探っていき、疑似判定評価比較を行うことで変量毎の最良セグメントを決定する。   First, the segment length and provisional position of the best segment are determined in advance for each variable. Each segment (section) with a predetermined segment length is placed at a provisional position, and each segment is shifted back and forth along the time axis from the provisional position by the minimum movement interval Δ unit, and the position where the pseudo judgment evaluation value Gz is the best is obtained. The combination is determined, thereby determining the best segment. In the example of FIG. 25, the maximum shift width is the absolute value of the segment length. A combination with the highest likelihood of abnormality is selected for all the combinations of segments between the variables when moving in units of Δ. In this way, the combination of the position of each possible segment is searched, and the best segment for each variable is determined by performing pseudo judgment evaluation comparison.

(サーバの第5の変形例)
本変形例では、第1の変量から第2の変量へ確率的依存関係が分かっている場合の例を説明する。ここでは第1の変量を変量(チャネル)X3、第2の変量を変量(チャネル)X2として説明する。変量の依存関係、すなわちセンサ同士の依存関係はあらかじめユーザがサーバに指定しておく。
(Fifth modification of server)
In this modification, an example will be described in which a stochastic dependency is known from the first variable to the second variable. Here, the first variable is described as variable (channel) X3, and the second variable is described as variable (channel) X2. The variable dependency relationship, that is, the dependency relationship between sensors, is specified in advance by the user to the server.

変量X3から変量X2に確率的な依存関係がある場合、尤度は式1−5に従って計算され、判定推定式(正常および異常の尤度のうち大きい方の状態を推定する式)は数1−6のようになる。

Figure 2013210945
When there is a stochastic dependency from the variable X3 to the variable X2, the likelihood is calculated according to Equation 1-5, and the decision estimation equation (the equation that estimates the larger of normal and abnormal likelihoods) is Like -6.
Figure 2013210945

変形例4のようにクラス分布に関する事前確率を用いない場合は式1−6の代わりに式1−7を用いて判定してもよい。

Figure 2013210945
When the prior probability related to the class distribution is not used as in the fourth modification, the determination may be made using Expression 1-7 instead of Expression 1-6.
Figure 2013210945

第1実施形態との差異として、本変形例では、式1−5で尤度を計算する。また最良モデル格納部18に格納するモデル式として式1−8に示すものを用いる。P(Xnew=s2|C)等の意味は後述する。また本変形例では変量X2から変量X3に対する正常および異常の条件付き確率も最良モデル格納部18に格納し、これを判定モデルに含める。

Figure 2013210945
As a difference from the first embodiment, in this modification, the likelihood is calculated by Expression 1-5. In addition, as a model formula stored in the best model storage unit 18, a formula shown in Formula 1-8 is used. The meaning of P (Xnew = s2 | C) will be described later. In this modification, the normal and abnormal conditional probabilities for the variable X2 to the variable X3 are also stored in the best model storage unit 18 and included in the determination model.
Figure 2013210945

本変形例に係る判定モデルの一例を図26に示す。図27は、式1−6のモデル式の概念を模式的に示したものである。   An example of a determination model according to this modification is shown in FIG. FIG. 27 schematically shows the concept of the model formula of Formula 1-6.

ここでp(X2=s2|X3=s2,C)は、CとX3=s2とが、取り得る値の組み合わせに応じて、X2=s2に確率依存関係があることを示している。つまりCと、X3=s2のとるべき値の組み合わせとの(正または負の)相乗効果というべき影響があることを意味している。   Here, p (X2 = s2 | X3 = s2, C) indicates that C2 and X3 = s2 have a probability dependency relationship between X2 = s2 depending on a combination of possible values. In other words, this means that there is an influence that should be a synergistic effect (positive or negative) between C and the combination of values that X3 = s2.

図14の下に条件付き確率p(X2=s2|X3=s2,C)の計算例を示す。p(X2=s2|X3=s2,C)は頻度f(X2=s2|X3=s2,C)から計算する。ここでは頻度f(X2=s2|X3=s2,C)を求めるのに、近似として、頻度f(X2=s2|C)とp(X3=s2|C)との総和を用いている。これはkが小さいとき、条件付き確率表の各セルの頻度が小さすぎることになるのを防ぐための1つの方法である。図示の例では、f(X2=s2|C=異常)=4と、f(X3=s2|C=異常)=2とから、f(X2=s2|X3=s2,C=異常)=4+2=6となる。またf(X2=s2|C=正常)=1と、f(X3=s2|C=正常)=2とから、f(X2=s2|X3=s2,C=正常)=1+3=4となる。   A calculation example of the conditional probability p (X2 = s2 | X3 = s2, C) is shown below FIG. p (X2 = s2 | X3 = s2, C) is calculated from the frequency f (X2 = s2 | X3 = s2, C). Here, to obtain the frequency f (X2 = s2 | X3 = s2, C), the sum of the frequencies f (X2 = s2 | C) and p (X3 = s2 | C) is used as an approximation. This is one way to prevent the frequency of each cell in the conditional probability table from becoming too small when k is small. In the example shown in the figure, f (X2 = s2 | C = abnormal) = 4 and f (X3 = s2 | C = abnormal) = 2, so that f (X2 = s2 | X3 = s2, C = abnormal) = 4 + 2 = 6. Also, f (X2 = s2 | C = normal) = 1 and f (X3 = s2 | C = normal) = 2, so f (X2 = s2 | X3 = s2, C = normal) = 1 + 3 = 4 It becomes.

これ以外の計算方法として、頻度の少なさが問題とならない場合は、そのまま、f(X3=s2|C=異常)と、f(X3=s2|C=正常)を満たす3+2=5個のデータのうち、f(X2=s2)となる異常および正常の頻度をカウントすることで、f(X2=s2|X3=s2,C)の頻度表を作成してもよい。   As a calculation method other than this, if infrequent frequency is not an issue, 3 + 2 = 5 satisfying f (X3 = s2 | C = abnormal) and f (X3 = s2 | C = normal) Of these data, the frequency table of f (X2 = s2 | X3 = s2, C) may be created by counting the frequency of abnormalities and normality of f (X2 = s2).

なお頻度表から条件付き確率を計算する方法、既に述べたp(X2|C)やp(X3|C)と同様であるため重複する説明を省略する。   Note that the method for calculating the conditional probability from the frequency table is the same as p (X2 | C) and p (X3 | C) already described, and therefore, redundant description is omitted.

(クライアント)
図1のクライアントについて説明する。
(client)
The client in FIG. 1 will be described.

クライアントは複数のセンサにより新たにデータをセンシングするセンシング部30を備え、センシング部30によりセンシングしたデータ(このデータを判定対象データと呼ぶことにする)をセンシングデータ格納部31に格納する。   The client includes a sensing unit 30 that newly senses data using a plurality of sensors, and stores data sensed by the sensing unit 30 (this data will be referred to as determination target data) in the sensing data storage unit 31.

判定対象データ入力部32は、センシングデータ格納部31に判定対象データが入っているかを監視し、新たな判定対象データが入っていたら判定対象データを読み出して波形前処理部33に入力する。   The determination target data input unit 32 monitors whether or not the determination target data is stored in the sensing data storage unit 31. If new determination target data is input, the determination target data is read and input to the waveform preprocessing unit 33.

波形前処理部33は、サーバの波形前処理部13で説明したのと同様にして波形の前処理を行う。   The waveform preprocessing unit 33 performs waveform preprocessing in the same manner as described in the waveform preprocessing unit 13 of the server.

モデル受信部34は、サーバから送られる判定モデルを受信する。   The model receiving unit 34 receives the determination model sent from the server.

判定モデル格納部35は、モデル受信部34で受信された判定モデルを格納する。   The determination model storage unit 35 stores the determination model received by the model reception unit 34.

セグメント選択部36は、図28に示すように、判定モデルに含まれる各変量の最良セグメントで構成されるセグメントテンプレートをもとに判定対象データ上を一定時間間隔でスキャンし、スキャンされたセグメントテンプレート内のデータを読み出して、異常判定部39に出力する。   As shown in FIG. 28, the segment selection unit 36 scans the determination target data at regular intervals based on the segment template composed of the best segments of each variable included in the determination model, and the scanned segment template Is read out and output to the abnormality determination unit 39.

異常判定部39は、セグメント選択部36から入力された各変量の切り出しデータと、判定モデルとをもとに異常および正常の尤度を計算する。異常判定部39は、異常の尤度が正常の尤度よりも大きければ異常と判定し、それでなければ正常と判定する。   The abnormality determination unit 39 calculates the likelihood of abnormality and normality based on the cut-out data of each variable input from the segment selection unit 36 and the determination model. The abnormality determining unit 39 determines that the abnormality is abnormal if the likelihood of abnormality is larger than the normal likelihood, and otherwise determines that the abnormality is normal.

例えば、各変量において図29の左のようにデータ(波形)が切り出された場合、判定モデルにおいてそれぞれ対応するセグメントデータ(図20の(4)または図26の(4))との距離を比較し、距離の近い上位k’個のセグメントの判定結果(正常または異常)を特定する。ただし、1<k’<kとし、kならびにk’はあらかじめシステムパラメータとして設定しておく。そして、図20の(2)または図26の(2)のモデル式を使って尤度計算を行い、正常となる尤度と、異常となる尤度とを計算し、値の大きい尤度の方を

Figure 2013210945
For example, when the data (waveform) is cut out as shown on the left in Fig. 29 for each variable, the distances to the corresponding segment data (Fig. 20 (4) or Fig. 26 (4)) are compared in the judgment model. Then, the determination result (normal or abnormal) of the top k ′ segments closest to each other is specified. However, 1 <k ′ <k, and k and k ′ are set in advance as system parameters. Then, the likelihood calculation is performed using the model formula of (2) in FIG. 20 or (2) in FIG. 26, and the likelihood that becomes normal and the likelihood that becomes abnormal are calculated. The way
Figure 2013210945

として出力する。両者の尤度の値が同じときはあらかじめ定めた一方を判定結果とする。 Output as. When both likelihood values are the same, one of the predetermined values is taken as the determination result.

より詳細に、図20(2)のモデル式に従う場合は、まず変量毎に、正常と異常の割合(条件付き確率)p(Xnew=s2|C)をそれぞれ計算する。たとえばある変量に関し、k’=5で、正常の回数が1,異常の回数が4のときは、p(Xnew=s2|C=正常)=0.2、p(Xnew=s2|C=異常)=0.8となる。そして、変量毎のp(Xnew=s2|C)に、判定モデルに含まれる条件付き確率表の該当するセクション(区間)の正常および異常の確率p(Xj=s2|C)を乗じる(本例ではすべての変量でセクションはs2である)。すなわち、変量毎のp(Xnew=s2|C)に、p(X1=s2|C), p(X2=s2|C), p(X3=s2|C), p(X4=s2|C)を乗じる。そしてさらに正常および異常の事前確率p(C)を掛け合わせ、これにより正常および異常の尤度を得る。図26(2)のモデル式に従う場合は、さらにp(X2|X3,C)の正常および異常の確率を読み出して、これらを乗じることにより正常および異常の尤度を得る。最終的に、正常および異常のうち、大きい方の尤度の状態を決定する。   More specifically, when following the model formula of FIG. 20 (2), first, the ratio between normal and abnormal (conditional probability) p (Xnew = s2 | C) is calculated for each variable. For example, for a variable, when k '= 5, normal count is 1, and abnormal count is 4, p (Xnew = s2 | C = normal) = 0.2, p (Xnew = s2 | C = abnormal) = 0.8. Then, p (Xnew = s2 | C) for each variable is multiplied by the normal and abnormal probabilities p (Xj = s2 | C) of the relevant section (section) of the conditional probability table included in the judgment model (this example) So in all variables the section is s2.) That is, p (X1 = s2 | C), p (X2 = s2 | C), p (X3 = s2 | C), p (X4 = s2 | C) for each variable p (Xnew = s2 | C) Multiply Further, normal and abnormal prior probabilities p (C) are multiplied, thereby obtaining normal and abnormal likelihoods. In the case of following the model formula of FIG. 26 (2), normal and abnormal probabilities of p (X2 | X3, C) are further read out and multiplied to obtain normal and abnormal likelihoods. Finally, the state of the higher likelihood of normal and abnormal is determined.

このようにセグメント選択部36と異常判定部39とにより、ちょうど滑走窓をあてがって尤度計算をするのと同様に、判定対象データからセグメントテンプレートを滑走させてセグメントデータを切り出し、判定モデルとセグメントデータとを用いて、尤度を計算する。   In this way, the segment selection unit 36 and the abnormality determination unit 39 cut out the segment data by sliding the segment template from the determination target data in the same manner as the likelihood calculation by assigning the sliding window, and the determination model and the segment The likelihood is calculated using the data.

このようにセグメントテンプレートを滑走させることで、異常判定部39では、スキャンした回数だけの判定結果が出力される。たとえば前半のある個所では正常であったが、後半に異常と判定された場合は図29のようになる。   By sliding the segment template in this way, the abnormality determination unit 39 outputs the determination results for the number of times scanned. For example, FIG. 29 shows a case where it is normal in a certain part of the first half but is determined to be abnormal in the second half.

通知表示部38は、異常判定部39による判定結果を通知または表示する。一例として、図30に、判定対象データのうち異常判定の部分だけを強調表示させる場合の画面表示を示す。判定結果は例えば表示器やスピーカで、遠隔監視端末またはサーバの保守員や係員に通知される。   The notification display unit 38 notifies or displays the determination result by the abnormality determination unit 39. As an example, FIG. 30 shows a screen display in the case of highlighting only the abnormality determination portion of the determination target data. The determination result is notified, for example, to a remote monitoring terminal or a maintenance staff or a staff of the server using a display or a speaker.

機器制御部37は、異常判定部39による判定結果に応じて監視対象の動作を制御する。たとえば異常と判定されたときは、監視対象を緊急停止させる。   The device control unit 37 controls the operation to be monitored according to the determination result by the abnormality determination unit 39. For example, when it is determined that there is an abnormality, the monitoring target is stopped in an emergency.

判定結果格納部40は、異常判定部39での判定結果と、判定対象データから判定のために切り出した各変量のデータを含む一定時間長(たとえば既に格納済みの訓練データと同一時間長)の時系列データを蓄積する。   The determination result storage unit 40 has a predetermined time length (for example, the same time length as already stored training data) including the determination result in the abnormality determination unit 39 and the data of each variable extracted for determination from the determination target data. Accumulate time series data.

判定結果送信部41は、各変量の時系列データと、該当する判定結果とをサーバに送信する。   The determination result transmission unit 41 transmits the time series data of each variable and the corresponding determination result to the server.

サーバの判定結果受信部22はクライアントから送信された各変量の時系列データと、該当する判定結果とを受信し、通知部21がこれらを監視員に対して表示または通知する。監視員がこの判定結果に間違いないことを確認した後に、通知部21は監視員からの指示入力に応じて、これらの時系列データおよび判定結果をサーバの訓練データ格納部11に追加する。   The server determination result receiving unit 22 receives the time series data of each variable transmitted from the client and the corresponding determination result, and the notification unit 21 displays or notifies the monitoring member of these. After the monitoring person confirms that the determination result is correct, the notification unit 21 adds the time series data and the determination result to the training data storage unit 11 of the server in response to an instruction input from the monitoring person.

もし判定に誤りがあれば判定結果を監視員の指示入力に応じて修正した後、これらの時系列データと修正された判定結果とを訓練データ格納部11に格納する。   If there is an error in the determination, the determination result is corrected according to the instruction input from the supervisor, and then the time series data and the corrected determination result are stored in the training data storage unit 11.

サーバの訓練データ入力部12は、訓練データ格納部11中のデータが更新されたことを検知し、判定モデルの再計算を行うようにしてもよい。   The training data input unit 12 of the server may detect that the data in the training data storage unit 11 has been updated and recalculate the determination model.

このように常に新しい訓練データを装置に与えられる仕組みを用意することで、判定モデルの精緻化、つまり精度向上が継続的に行えるようになる。これは、日々の監視オペレーションの中で異常判定精度を向上できる可能性を意味しており、高い異常判定性能が要求される領域において特に威力を発揮するものであると考えられる。   In this way, by preparing a mechanism that can always give new training data to the apparatus, the determination model can be refined, that is, the accuracy can be improved continuously. This means that there is a possibility that the abnormality determination accuracy can be improved in daily monitoring operations, and it is considered to be particularly effective in an area where high abnormality determination performance is required.

図31は、クライアントにおける判定対象データの入力から異常判定部39による判定が行われるまでの動作フローを示すフローチャートである。   FIG. 31 is a flowchart showing an operation flow from input of determination target data in the client until determination by the abnormality determination unit 39 is performed.

判定対象データ入力部32は、センシングデータ格納部31内の判定対象データを読み出して波形前処理部33に入力する(S401)。   The determination target data input unit 32 reads the determination target data in the sensing data storage unit 31 and inputs it to the waveform preprocessing unit 33 (S401).

波形前処理部33は、判定対象データに前処理を行い(S402)、セグメント選択部36は、判定モデルに含まれる各変量の最良セグメントで構成されるセグメントテンプレートに基づきデータの切り出しを行う(S403)。そして切り出したデータを異常判定部39に入力する(S404)。   The waveform preprocessing unit 33 performs preprocessing on the determination target data (S402), and the segment selection unit 36 extracts data based on a segment template composed of the best segment of each variable included in the determination model (S403). ). Then, the cut out data is input to the abnormality determination unit 39 (S404).

異常判定部39は、変量毎(S406)に、k’-最近傍の計算(S407)、条件付き確率(k’-最近傍に基づく正常および異常のそれぞれの割合)の計算を行い(S408)、各変量についてそれぞれS407,S408の処理を終えたら(S409のYES)、前述したモデル式に従って、正常の尤度および異常の尤度を計算する(S410)。異常判定部39は、異常の尤度が正常の尤度を比較して、値の大きい方の状態を判定の結果として下す(S411)。   For each variable (S406), the abnormality determination unit 39 calculates k'-nearest neighbor (S407), and calculates a conditional probability (the ratio of normal and abnormal based on k'-nearest neighbor) (S408). When the processing of S407 and S408 is completed for each variable (YES in S409), the normal likelihood and the abnormal likelihood are calculated according to the above-described model formula (S410). The abnormality determination unit 39 compares the likelihood that the likelihood of abnormality is normal and gives the state having the larger value as the determination result (S411).

ここで、遠隔監視を行う場合、監視対象のエレベータが正常か異常のどちらかの離散的な状態にあるかを知るだけでは不十分な場合がある。なぜならば、タイムリーな保守を行うためには、異常度合いがやや高いことが分かった時点で、交換部品の準備やパラメータ調整のための保守員派遣の準備をあらかじめ行う必要があるからである。その場合は、どの程度異常であるかの定量値を提示する必要がある。   Here, when performing remote monitoring, it may be insufficient to know whether the monitored elevator is in a discrete state of normal or abnormal. This is because in order to perform timely maintenance, it is necessary to prepare replacement parts and prepare maintenance personnel dispatch for parameter adjustment when it is found that the degree of abnormality is slightly high. In that case, it is necessary to present a quantitative value of how abnormal it is.

本実施形態では図32のスキームで異常検知を行うことによりエレベータの遠隔監視を行う。たとえば、出荷試験時にパラメータを変更することで、明らかに正常な状態、ならびに、明らかに異常な状態における、走行時のカゴ揺れ加速度の波形を事前に得ることができる。以下では、診断時に計測した検査対象波形が「異常」と判定される場合に、それがどの程度の異常であるかを表す異常度を定量的に算出する手順について示す。   In this embodiment, the elevator is remotely monitored by detecting an abnormality in the scheme of FIG. For example, by changing the parameters during the shipping test, it is possible to obtain in advance a car swing acceleration waveform during driving in a clearly normal state and a clearly abnormal state. In the following, a procedure for quantitatively calculating the degree of abnormality indicating how abnormal an inspection target waveform measured at the time of diagnosis is determined to be “abnormal” will be described.

異常判定部39のk-最近傍の計算(S407)において、監視対象のエレベータから得られた観測波形と、モデル波形群から選択されたk-最近傍の正常波形もしくは異常波形からの類似距離に基づき、監視対象のエレベータの異常度を計算する。判定モデルを作成する際には、エレベータの正常状態と異常状態をあらかじめ設定しておき、それらの観測波形を収集する。   In the calculation of the k-nearest neighbor (S407) of the abnormality determination unit 39, the observed waveform obtained from the monitored elevator and the similar distance from the normal waveform or the abnormal waveform nearest to the k-nearest selected from the model waveform group Based on this, the degree of abnormality of the monitored elevator is calculated. When creating a judgment model, the normal state and abnormal state of the elevator are set in advance, and their observed waveforms are collected.

エレベータの異常として乗りカゴの「カゴ揺れ」を例に挙げて説明する。正常の場合には、乗りカゴ内の積載重量に応じて巻き上げ機の回転トルクが適正に調整されることから、カゴ初動時のカゴ揺れはほとんど起こらない。しかしながら、このような荷重補償による調整が経時変化により不適切なものとなる場合がある。例えば、カゴ揺れは1カ月おきの通常の保守業務において調整可能であるが、エレベータが老朽化した場合には、通常の1カ月おきの保守業務の間に急激にその調整が狂う可能性がある。この場合、乗りカゴの初動時における荷重補償が不適切なものとなってカゴ揺れが発生する。荷重補償量は、エレベータの制御パラメータとしてあらかじめ設定可能であり、荷重補償量がずれた場合には保守員が補償量のパラメータを変更することで正常状態に戻される。まれに、乗りカゴの床下に設置された荷重センサ自体が劣化、故障する場合も考えられる。その場合には、荷重センサを交換する。   As an example of an elevator abnormality, a description will be given by taking “car swinging” of a riding car as an example. Under normal conditions, the rotational torque of the hoisting machine is appropriately adjusted according to the load weight in the riding car, so that the car does not shake at the time of the initial movement of the car. However, such adjustment by load compensation may become inappropriate due to changes over time. For example, a basket shake can be adjusted in a regular maintenance operation every other month, but if the elevator becomes obsolete, the adjustment may suddenly go out during a regular maintenance operation every other month. . In this case, the load compensation at the time of the initial movement of the riding car becomes inappropriate, and the car shakes. The load compensation amount can be set in advance as an elevator control parameter, and when the load compensation amount deviates, the maintenance staff changes the compensation amount parameter to return to the normal state. In rare cases, the load sensor installed under the floor of the car may deteriorate or break down. In that case, replace the load sensor.

このようなエレベータカゴ揺れは、正常状態では、エレベータのドアが閉まった直後において、乗りカゴの床と、乗り込むフロアの高さとのズレがほぼ0mmであるのに対し、異常状態では、乗りカゴの床と乗り込むフロアの高さとのズレが10mmとなってしまうなどの目に見える現象として現れる。これは、防犯窓付きの乗りカゴの動きを観察すると顕著に分かるものであり、フロア側とカゴ側の防犯窓の位置ズレとして現れる。   In the normal state, such an elevator car swing is almost 0 mm immediately after the elevator door is closed, while the deviation between the floor of the passenger car and the floor of the passenger is almost 0 mm. It appears as a visible phenomenon such as a 10mm gap between the floor and the height of the boarding board. This can be clearly seen by observing the movement of the car with a security window, and appears as a misalignment of the security windows on the floor side and the basket side.

正常・異常判別モデルを作成する際には、異常状態を故意に作り出した状態で異常状態のカゴ加速度波形を収集する。たとえば、先に述べた荷重補償量を決定する制御パラメータを故意に10mmのズレが生じるように調整しておき、その時のカゴ加速度波形を収集する。   When creating a normal / abnormal discrimination model, a car acceleration waveform in an abnormal state is collected in a state where the abnormal state is intentionally created. For example, the control parameter for determining the load compensation amount described above is intentionally adjusted so that a deviation of 10 mm is generated, and the car acceleration waveform at that time is collected.

このように収集した異常状態の加速度波形は、ずれ10mmという定量状態であることがあらかじめ分かっていることになる。そこで、たとえば、正常状態の位置ズレ0mm、異常状態の位置ズレ10mmとし、それぞれのカゴ加速度波形が、どの程度、検査対象波形と類似しているかの類似距離を用いることで、正常・異常状態の位置ズレの比から、異常度を表す定量値を計算することができる。   It is known in advance that the acceleration waveform in the abnormal state collected in this way is a quantitative state with a deviation of 10 mm. Therefore, for example, a normal state misalignment of 0 mm and an abnormal state misalignment of 10 mm, and using the similar distance of how much the respective car acceleration waveform is similar to the waveform to be inspected, normal / abnormal state A quantitative value representing the degree of abnormality can be calculated from the positional deviation ratio.

以下、図33のフローチャートに沿って具体的な計算例を述べる。   Hereinafter, a specific calculation example will be described along the flowchart of FIG.

まず、チャネル数(変量数)が2、正常状態値VN=0mm、異常状態値VA=10mm、モデル中の正常波形群Nの波形数n=5、異常波形群Aの波形数m=5のとき、ch1の正常波形群は(N11,N12,…,N1n)、ch1の異常波形群は(A11,A12,…,A1m)、ch2の正常波形群は(N21,N22,…,N2n)、ch2の異常波形群は(A21,A22,…,A2m)であるとする。また、検査対象波形をEとし、ch1の検査対象波形をE1とし、ch2の検査対象波形をE2とし、k-最近傍の上位足切りパラメータKをK=5とする。   First, the number of channels (variables) is 2, normal state value VN = 0mm, abnormal state value VA = 10mm, number of normal waveform group N in model n = 5, number of abnormal waveform group A waveform number m = 5 The normal waveform group of ch1 is (N11, N12, ..., N1n), the abnormal waveform group of ch1 is (A11, A12, ..., A1m), and the normal waveform group of ch2 is (N21, N22, ..., N2n) It is assumed that the abnormal waveform group of ch2 is (A21, A22, ..., A2m). In addition, the inspection target waveform is E, the ch1 inspection target waveform is E1, the ch2 inspection target waveform is E2, and the k-closest upper cut-off parameter K is K = 5.

つぎに、チャネル毎に、検査対象波形と類似度が高い(波形間距離が小さい)上位k個分の波形(k-最近傍波形)を正常波形群と異常波形群に分ける。ch1の場合、たとえば、k-最近傍波形(k-NN)ベクタは(A13,A12,N12,A15,N11)となったとする。ここでベクタとは、順序リストのことである。また、ch1の最近傍波形の波形類似度ベクタは(0.14, 0.21, 0.3, 0.43, 0.5)であったとする。同様に、ch2のk-最近傍波形ベクタが(A25,A21,A22,N21,N25)、ch2波形類似度ベクタが(0.03, 0.12, 0.15, 0.21, 0.3)であったとする。   Next, for each channel, the top k waveforms (k-nearest neighbor waveforms) having a high similarity to the waveform to be examined (the distance between waveforms is small) are divided into a normal waveform group and an abnormal waveform group. In the case of ch1, for example, it is assumed that the k-nearest neighbor waveform (k-NN) vector is (A13, A12, N12, A15, N11). Here, the vector is an ordered list. Further, it is assumed that the waveform similarity vector of the nearest waveform of ch1 is (0.14, 0.21, 0.3, 0.43, 0.5). Similarly, it is assumed that the k-nearest neighbor waveform vector of ch2 is (A25, A21, A22, N21, N25) and the ch2 waveform similarity vector is (0.03, 0.12, 0.15, 0.21, 0.3).

ここで、異常の場合、正常の場合それぞれについて波形類似度の平均値を求める。即ち、異常の場合のch1の波形類似度平均値SA1はSA1=(0.14+0.21+0.43)/3≒0.26であり(ステップS1)、正常の場合のch1の波形類似度平均値SN1はSN1=(0.3+0.5)/2=0.4である(ステップS2)。   Here, the average value of the waveform similarity is obtained for each of the abnormal case and the normal case. That is, the waveform similarity average value SA1 of ch1 in the case of abnormality is SA1 = (0.14 + 0.21 + 0.43) /3≈0.26 (step S1), and the waveform similarity average value SN1 of ch1 in the normal case is SN1 = (0.3 + 0.5) /2=0.4 (step S2).

また、正常度合いと異常度合いとの比を求める。ここでは、正常度合いと異常度合いの和が1となるように、正常重みと異常重みを計算する。即ち、異常重みWA1はWA1=(1/SA1)/(1/SA1+1/SN1)=(1/0.26)/(1/0.26+1/0.4)≒0.61であり(ステップS3)、正常重みWN1はWN1=(1/SN1)/(1/SA1+1/SN1)=(1/0.4)/(1/0.26+1/0.4)≒0.39である(ステップS4)。正常重みと異常重みは、図33のフローチャートにおいて、当該チャネルにおけるすべてのkについて処理が繰り返されることでそれぞれの波形類似度平均値が計算されたのちに計算される(ステップS5=YES)。   Further, a ratio between the normal degree and the abnormal degree is obtained. Here, the normal weight and the abnormal weight are calculated so that the sum of the normal degree and the abnormal degree is 1. That is, the abnormal weight WA1 is WA1 = (1 / SA1) / (1 / SA1 + 1 / SN1) = (1 / 0.26) / (1 / 0.26 + 1 / 0.4) ≈0.61 (step S3), and the normal weight WN1 is WN1 = (1 / SN1) / (1 / SA1 + 1 / SN1) = (1 / 0.4) / (1 / 0.26 + 1 / 0.4) ≈0.39 (step S4). The normal weight and the abnormal weight are calculated after the waveform similarity average values are calculated by repeating the process for all k in the channel in the flowchart of FIG. 33 (step S5 = YES).

そして、計算されたチャネルch1(i=1)についての異常度合いの重みWAi、正常度合いの重みWNi、異常クラスの状態値VA、正常クラスの状態値VNから、異常度合いの定量推定値VE1を計算する(ステップS6)。具体的には、チャネルi=1の推定ズレ量VE1はVE1=WA1×VA1+WN1×VN1=0.61×10.0mm+0.39×0mm≒6.1mmである。   Then, from the calculated channel ch1 (i = 1), the abnormal degree weight WAi, the normal degree weight WNi, the abnormal class state value VA, and the normal class state value VN are calculated and the quantitative estimate VE1 of the abnormal degree is calculated. (Step S6). Specifically, the estimated shift amount VE1 of channel i = 1 is VE1 = WA1 × VA1 + WN1 × VN1 = 0.61 × 10.0 mm + 0.39 × 0 mm≈6.1 mm.

以上の計算をチャネルch2(i=2)についても同様に行う。異常の場合にはch2の波形類似度平均値SA2=(0.03+0.12+0.15)/3=0.1であり、正常の場合にはch2の波形類似度平均値SN2=(0.21+0.3)/2≒0.26であり、異常重みWA2=(1/SA2)/(1/SA2+1/SN2)=(1/0.1)/(1/0.1+1/0.26)≒0.72であり、正常重みWN2=(1/SN2)/(1/SN2+1/SN2=(1/0.26)/(1/0.1+1/0.26)≒0.28である。したがって、チャネルi=2の推定ズレ量VE2=WA2×VA2+WN2×VN2=0.72×10.0mm+0.28×0mm≒7.2mmである。   The above calculation is performed similarly for channel ch2 (i = 2). In case of abnormality, ch2 waveform similarity average value SA2 = (0.03 + 0.12 + 0.15) /3=0.1, and in normal case, ch2 waveform similarity average value SN2 = (0.21 + 0.3) / 2 ≒ 0.26, abnormal weight WA2 = (1 / SA2) / (1 / SA2 + 1 / SN2) = (1 / 0.1) / (1 / 0.1 + 1 / 0.26) ≒ 0.72, and normal weight WN2 = (1 /SN2)/(1/SN2+1/SN2=(1/0.26)/(1/0.1+1/0.26)≈0.28 Therefore, the estimated deviation VE2 = WA2 × VA2 + WN2 of channel i = 2 × VN2 = 0.72 × 10.0mm + 0.28 × 0mm ≒ 7.2mm.

最後に、すべてのチャネル数分の計算を完了した後(ステップS7=YES)、各チャネルの推定ズレ量VEiの平均を求めることにより推定ズレ量VE(「定量状態値」と称する)を計算する(ステップS8)。即ち、VE=(6.1mm+7.2mm)/2≒6.7mmである。したがって、診断時のこのエレベータのカゴ揺れズレ量は、約6.7mmである。正常を0mmとし、異常を10mmとした本例の場合、6.7mmという定量状態値は、かなりのズレが進んでいることを表している。   Finally, after the calculation for all the channels is completed (step S7 = YES), an estimated deviation amount VE (referred to as “quantitative state value”) is calculated by obtaining an average of the estimated deviation amounts VEi of each channel. (Step S8). That is, VE = (6.1 mm + 7.2 mm) /2≈6.7 mm. Therefore, the amount of deviation of the elevator car at the time of diagnosis is about 6.7 mm. In the case of this example in which the normal is 0 mm and the abnormality is 10 mm, the quantitative state value of 6.7 mm indicates that a considerable deviation has progressed.

この場合、部品交換が必要であれば、保守点検時に間に合うように手配しておく。ズレがさらに進んでいるようであれば、カゴ揺れの状態に応じて、保守点検の時期をあらかじめ調整しておくことができる。   In this case, if parts need to be replaced, arrange them in time for maintenance. If the deviation seems to be further advanced, the maintenance inspection time can be adjusted in advance according to the state of the basket shaking.

以上説明した実施形態によれば、任意の波形形状を有するデータから、分析対象が正常状態・異常状態のうちどの状態にあるかを識別できるとともに、その対象物のもつ連続値を離散値と矛盾なく同時に推定することができる。したがって、対象物の離散的な状態変化とともに、異常兆候を表す微小な状態変化をも捉えることが可能となる。   According to the embodiment described above, it is possible to identify the analysis target in the normal state / abnormal state from the data having an arbitrary waveform shape, and the continuous value of the target object is inconsistent with the discrete value. Can be estimated simultaneously. Therefore, it is possible to capture not only a discrete state change of the object but also a minute state change representing an abnormal sign.

図34は、サーバおよびクライアントを実現するためのハードウェア構成の一例を示す。   FIG. 34 shows an example of a hardware configuration for realizing a server and a client.

サーバはCPU51、RAM52、ROM53、HDD54、I/Oコントローラ55、表示器56、スピーカ57、I/O58、ネットワークインタフェース59を備える。サーバの訓練データ格納部11、セグメント格納部15は例えばHDD54により構成される。モデル送信部20、判定結果受信部22はネットワークインタフェース59により構成されることができる。その他の要素12、13、14、16、17、19、21はたとえばCPU51に実行させるプログラムモジュールとして論理回路によって構成されることができる。プログラムモジュールはROM53またはHDD54に格納しておき、CPU51によってプログラムモジュールを読み出し、RAM52に展開して実行することでそれぞれ対応する論理回路の動作が実現される。   The server includes a CPU 51, a RAM 52, a ROM 53, an HDD 54, an I / O controller 55, a display 56, a speaker 57, an I / O 58, and a network interface 59. The training data storage unit 11 and the segment storage unit 15 of the server are configured by the HDD 54, for example. The model transmitting unit 20 and the determination result receiving unit 22 can be configured by a network interface 59. The other elements 12, 13, 14, 16, 17, 19, and 21 can be configured by logic circuits as program modules that are executed by the CPU 51, for example. The program modules are stored in the ROM 53 or the HDD 54, read out by the CPU 51, developed in the RAM 52, and executed, whereby the operations of the corresponding logic circuits are realized.

クライアントはCPU61、RAM62、ROM63、HDD64、I/Oコントローラ65、表示器66、スピーカ67、I/O68、ネットワークインタフェース69を備える。クライアントのセンシングデータ格納部31、判定モデル格納部35、判定結果格納部40は例えばRAM62またはHDD64により構成されることができる。モデル受信部34、判定結果送信部41はネットワークインタフェース69により構成されることができる。その他の要素32、33、36、37、38は例えばCPU61に実行させるプログラムモジュールとして論理回路によって構成されることができる。プログラムモジュールはROM63またはHDD64に格納しておき、CPU61によってプログラムモジュールを読み出し、RAM62に展開して実行することでそれぞれ対応する論理回路の動作が実現される。   The client includes a CPU 61, a RAM 62, a ROM 63, an HDD 64, an I / O controller 65, a display 66, a speaker 67, an I / O 68, and a network interface 69. The sensing data storage unit 31, the determination model storage unit 35, and the determination result storage unit 40 of the client can be configured by the RAM 62 or the HDD 64, for example. The model receiving unit 34 and the determination result transmitting unit 41 can be configured by a network interface 69. The other elements 32, 33, 36, 37, and 38 can be configured by a logic circuit as a program module to be executed by the CPU 61, for example. The program modules are stored in the ROM 63 or the HDD 64, and the CPU 61 reads the program modules, develops them in the RAM 62, and executes them, thereby realizing the operations of the corresponding logic circuits.

なお本実施形態ではサーバとクライントとに分かれているが、サーバの機能の一部またはすべてをクライアントで行っても良いし、またクライアントの機能の一部または全部をサーバで行っても良い。本実施形態においてコンピュータが処理を実行するとは、単一のコンピュータが当該処理を実行する場合と、複数のコンピュータで分散して当該処理を実行する場合とを含む。   In this embodiment, the server and the client are separated. However, a part or all of the server functions may be performed by the client, or a part or all of the client functions may be performed by the server. In the present embodiment, the process executed by a computer includes a case where a single computer executes the process, and a case where the process is distributed and executed by a plurality of computers.

(クライアントの変形例)
これまでのクライアントの説明では、判定対象データ上で一定時間毎にセグメントテンプレートを適用して尤度を計算した。しかしながら、この方法では、判定に要求される時間の上限を超えてしまう場合がある。特に遠隔監視端末のような現場に設置される情報処理機器などは、判定処理にまわせる計算資源(メモリ量やCPU等)に厳しい制約がある。異常の場合に即座に監視対象装置(機器)を停止する必要がある場合、あるいは現場の遠隔監視端末から監視センターサーバへの通信路の通信性能限界がある場合などは、一定時間毎にスキャンしてすべての結果をサーバに送信することは非現実的となる。
(Client variants)
In the explanation of the client so far, the likelihood is calculated by applying the segment template at regular intervals on the determination target data. However, this method sometimes exceeds the upper limit of the time required for the determination. In particular, information processing equipment such as a remote monitoring terminal installed in the field has severe restrictions on computing resources (memory amount, CPU, etc.) that can be used for judgment processing. If it is necessary to stop the monitoring target device (equipment) immediately in case of an abnormality, or if there is a communication performance limit on the communication path from the remote monitoring terminal in the field to the monitoring center server, scan at regular intervals. Sending all the results to the server is unrealistic.

このような場合には、あらかじめ各変量で上限閾値を決めておき、判定モデル格納部35に各変量に対する上限閾値を記憶させておく。そして、いずれか1つの変量またはすべての変量について変量の値が、上限閾値を超えたら、機器制御部37にて装置の緊急停止をさせるなどの方法を行う。図35の例では、各変量において上限閾値を超える部分を選択するようにセグメントテンプレートが当てはめられた例を示す。   In such a case, an upper limit threshold is determined for each variable in advance, and the upper limit threshold for each variable is stored in the determination model storage unit 35. Then, when the value of the variable for any one variable or all of the variables exceeds the upper threshold, the device control unit 37 performs a method such as an emergency stop of the device. In the example of FIG. 35, an example is shown in which the segment template is applied so as to select a portion that exceeds the upper threshold in each variable.

その後、あるいはこれと並行して、上限閾値を超えた部分を含むようにセグメントテンプレートを適用して図35のようにデータを切り出し、切り出したデータに基づき異常判定部39による判定を行う。異常判定により正常と判定されたときは、緊急停止(管制運転)を機器制御部37により自動解除する。なお、上限閾値は、事前にユーザが与えておけばよい。あるいは、訓練データを分割して判定する前述した方法で、いくつかの閾値候補を選択してそれらを比較し、その比較した候補の中から疑似判定性能が最も良い閾値を採用してもよい。   Thereafter, or in parallel with this, the segment template is applied so as to include a portion exceeding the upper limit threshold, and data is cut out as shown in FIG. 35, and determination by the abnormality determination unit 39 is performed based on the cut out data. When it is determined that the abnormality is normal, the emergency stop (control operation) is automatically canceled by the device control unit 37. The upper threshold may be given in advance by the user. Alternatively, some threshold candidates may be selected and compared using the above-described method of dividing and determining training data, and a threshold having the best pseudo-determination performance may be adopted from the compared candidates.

図36は、本変形例に係るクライアントの動作の一例を示すフローチャートである。   FIG. 36 is a flowchart showing an example of the operation of the client according to the present modification.

判定対象データ入力部32がセンシングデータ格納部31にセンサデータが入力されたか否かを監視する(S501)。センサデータが入力されない場合は、監視員等から停止指示が入力されたか確認し、入力された場合は本フローを終了し、入力されない場合はS501に戻る。   The determination target data input unit 32 monitors whether sensor data is input to the sensing data storage unit 31 (S501). When sensor data is not input, it is confirmed whether a stop instruction is input from a supervisor or the like. If it is input, this flow is terminated, and if it is not input, the process returns to S501.

S502においてセンサデータが入力された場合は、判定対象データ入力部32はセンサデータをセンシングデータ格納部31から判定対象データとして読み出し、波形前処理部33を介して異常判定部39に出力する。異常判定部39はセグメントテンプレートを移動させながら、各変量のすべてまたはいずれか1つ以上がそれぞれの上限閾値を超えたか判断する(S505)。超えていないときはステップS501に戻り、超えたときは機器制御部37を介して監視対象機器の緊急停止等を行う(S506)。   When sensor data is input in S502, the determination target data input unit 32 reads the sensor data from the sensing data storage unit 31 as determination target data, and outputs it to the abnormality determination unit 39 via the waveform preprocessing unit 33. The abnormality determination unit 39 determines whether all or any one or more of the variables exceed the respective upper thresholds while moving the segment template (S505). When it does not exceed, the process returns to step S501, and when it exceeds, emergency stop of the monitoring target device is performed via the device control unit 37 (S506).

一方、セグメント選択部36では、上限閾値を超えたと判断されたときのセグメントテンプレートの位置における各変量のデータを切り出して異常判定部39に送り、異常判定部39は、受け取った各変量のデータと、判定モデルに基づき判定を行う(S507)。   On the other hand, the segment selection unit 36 cuts out the data of each variable at the position of the segment template when it is determined that the upper limit threshold has been exceeded and sends it to the abnormality determination unit 39. The abnormality determination unit 39 The determination is made based on the determination model (S507).

正常と判定したときは、異常判定部39は、機器制御部37を介して緊急停止等を解除し(S509)、判定結果と、切り出したデータを含む一定時間長のデータとを判定結果格納部40に格納する(S511)。一方、異常と判定したときは、異常判定部39は、その旨を通知表示部38を介して通知または表示する(S510)。   When it is determined to be normal, the abnormality determination unit 39 cancels the emergency stop or the like via the device control unit 37 (S509), and the determination result and data of a certain time length including the extracted data are determined result storage unit Store in 40 (S511). On the other hand, when it is determined that there is an abnormality, the abnormality determination unit 39 notifies or displays that fact via the notification display unit 38 (S510).

以上説明した実施形態によれば、蓄積された多チャンネルセンサデータとそれらに対応した異常判定結果(クラス)の組を活用し、センサ同士の依存関係を指定可能としつつ、判定精度を向上させることができる。波形データのどの部分が判定に寄与しているかの根拠を示せる形(変量毎の区間の位置関係)で判定を行うことができる。   According to the embodiment described above, it is possible to use a set of accumulated multi-channel sensor data and an abnormality determination result (class) corresponding to them to improve the determination accuracy while making it possible to specify the dependency relationship between the sensors. Can do. The determination can be performed in a form (positional relationship between sections for each variable) that can indicate the basis of which part of the waveform data contributes to the determination.

以上説明した実施形態は、半導体製造装置や製品製造ラインにおける製造装置の監視システムやエレベータ監視装置、空調システム監視装置、電力システム監視装置や医療・介護におけるバイタルセンシング装置の監視システムや健康機器の監視装置など、品質管理・保守・状態監視などのさまざまな遠隔監視システムに利用することができる。   The embodiment described above is a manufacturing system monitoring system, an elevator monitoring system, an air conditioning system monitoring system, a power system monitoring system, a vital sensing system monitoring system in health care and nursing care, and a health equipment monitoring system in semiconductor manufacturing equipment and product manufacturing lines. It can be used for various remote monitoring systems such as quality control, maintenance, and status monitoring.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

11…訓練データ格納部;12…訓練データ入力部;13…波形前処理部;14…波形分割部;15…セグメント格納部;16…確率・尤度計算部;17…疑似判定評価部;18…最良モデル格納部;19…最良モデル選定部;20…モデル送信部;21…通知部;22…判定結果受信部;30…センシング部;31…センシングデータ格納部;32…判定対象データ入力部;33…波形前処理部;34…モデル受信部;35…判定モデル格納部;36…セグメント選択部;37…機器制御部;38…通知表示部;39…異常判定部;40…判定結果格納部;41…判定結果送信部   11 ... Training data storage unit; 12 ... Training data input unit; 13 ... Waveform preprocessing unit; 14 ... Waveform division unit; 15 ... Segment storage unit; 16 ... Probability / likelihood calculation unit; 17 ... Pseudo judgment evaluation unit; 18 ... Best model storage unit; 19 ... Best model selection unit; 20 ... Model transmission unit; 21 ... Notification unit; 22 ... Determination result reception unit; 30 ... Sensing unit; 31 ... Sensing data storage unit; 32 ... Determination target data input unit 33 ... Waveform preprocessing unit; 34 ... Model reception unit; 35 ... Determination model storage unit; 36 ... Segment selection unit; 37 ... Device control unit; 38 ... Notification display unit; 39 ... Abnormality determination unit; Part; 41 ... judgment result transmission part

Claims (4)

監視対象の正常および異常の事前確率を表し、前記監視対象の複数の変量のそれぞれの波形について、最良区間の識別情報、前記最良区間のセグメントデータ、前記セグメントデータに関連するクラス、前記最良区間の正常および異常の条件付き確率を表す判定モデルを記憶する記憶部と、
前記監視対象を複数のセンサにより観測して複数の変量に関する複数の時系列データを取得するセンシング部と、
前記複数の変量のそれぞれについて、前記複数の時系列データから前記最良区間の識別情報に従ってセグメントデータを選択する選択部と、
前記複数の時系列データからのセグメントデータと前記判定モデルとに基づいて前記監視対象の正常の尤度および異常の尤度をそれぞれ計算し、前記正常および異常のうち尤度の大きい方に前記監視対象の状態を判定する判定部と、
前記最近傍法による正常の場合の波形類似度の平均値と異常の場合の波形類似度の平均値から、正常度合いと異常度合いの比に基づく正常重みと異常重みとを求め、既知の正常状態値に前記正常度合いを乗算した結果と既知の異常状態値に前記異常度合いを乗算した結果の和として、正常または異常の定量状態値を算出する算出部と、を具備する波形分析装置。
Represents the prior probability of normality and abnormality of the monitoring target, and for each waveform of the plurality of variables to be monitored, the identification information of the best section, the segment data of the best section, the class related to the segment data, the class of the best section A storage unit for storing a determination model representing normal and abnormal conditional probabilities;
A sensing unit for observing the monitoring target with a plurality of sensors and acquiring a plurality of time-series data regarding a plurality of variables;
For each of the plurality of variables, a selection unit that selects segment data from the plurality of time-series data according to the identification information of the best section;
Based on the segment data from the plurality of time-series data and the determination model, the normal likelihood and the abnormal likelihood of the monitoring target are respectively calculated, and the monitoring is performed on the higher likelihood of the normal and abnormal A determination unit for determining the state of the target;
The normal weight and the abnormal weight based on the ratio of the normal degree and the abnormal degree are obtained from the average value of the waveform similarity degree in the normal case and the average value of the waveform similarity degree in the abnormal case by the nearest neighbor method, and the known normal state A waveform analyzer comprising: a calculation unit that calculates a normal or abnormal quantitative state value as a sum of a result obtained by multiplying a value by the normal degree and a result obtained by multiplying a known abnormal state value by the abnormal degree.
前記判定部は、
前記複数の時系列データからのセグメントデータおよび前記記憶部のセグメントデータから最近傍法により上位所定数のセグメントデータを検出し、
前記複数の変量のそれぞれについて、前記上位所定数のセグメントデータにおける正常クラスおよび異常クラスのそれぞれの比率と、前記正常および異常の条件付き確率とをそれぞれ乗算し、乗算値を前記複数の変量間で掛け合わせるとともに前記正常および異常の事前確率を乗じることより前記監視対象の正常の尤度および異常の尤度をそれぞれ計算する請求項1記載の装置。
The determination unit
Detecting the upper predetermined number of segment data by the nearest neighbor method from the segment data from the plurality of time series data and the segment data of the storage unit,
For each of the plurality of variables, the ratio of the normal class and the abnormal class in the upper predetermined number of segment data is multiplied by the normal and abnormal conditional probabilities, respectively, and a multiplication value is calculated between the plurality of variables. The apparatus according to claim 1, wherein the normal likelihood and the abnormal likelihood of the monitoring target are respectively calculated by multiplying and multiplying by the normal and abnormal prior probabilities.
前記複数の変量に関する複数の時系列データと、前記複数の時系列データが取得されたときの前記監視対象の状態を表す正常クラスまたは異常クラスとを一組とした複数の訓練データを格納するデータ格納部と、
前記複数の変量のそれぞれに対して複数の区間を指定し、前記複数の変量のそれぞれについて、前記複数の訓練データに含まれる前記複数の時系列データから、前記複数の区間のデータである複数のセグメントデータを抽出する波形分割部と、
前記複数の変量のそれぞれについて、前記波形分割部により抽出された前記複数のセグメントデータを用いて前記複数の区間のそれぞれについて最近傍法による判定を行うことにより、前記複数の区間のうちの1つである最良区間を選択する評価部と、
前記複数の変量のそれぞれについて、前記複数の区間のそれぞれについて正常と判定された回数と、異常と判定された回数とに基づき、前記最良区間の正常および異常の条件付き確率を計算し、前記複数の訓練データに含まれる正常クラスの合計数と異常クラスの合計数とから正常および異常の事前確率を計算する計算部と、
前記判定モデルを生成して前記記憶部に送る送信部と、をさらに具備する請求項1に記載の装置。
Data for storing a plurality of training data in which a plurality of time-series data relating to the plurality of variables and a normal class or an abnormal class representing the state of the monitoring target when the plurality of time-series data are acquired are combined. A storage unit;
A plurality of sections are designated for each of the plurality of variables, and for each of the plurality of variables, from the plurality of time series data included in the plurality of training data, a plurality of data of the plurality of sections A waveform dividing unit for extracting segment data;
For each of the plurality of variables, by using the plurality of segment data extracted by the waveform dividing unit to determine each of the plurality of sections by a nearest neighbor method, one of the plurality of sections is obtained. An evaluation unit for selecting the best interval,
For each of the plurality of variables, a conditional probability of normality and abnormality of the best interval is calculated based on the number of times determined to be normal and the number of times determined to be abnormal for each of the plurality of intervals. A calculation unit for calculating the normal and abnormal prior probabilities from the total number of normal classes and the total number of abnormal classes included in the training data;
The apparatus according to claim 1, further comprising: a transmission unit that generates the determination model and sends the determination model to the storage unit.
監視対象の正常および異常の事前確率を表し、前記監視対象の複数の変量のそれぞれの波形について、最良区間の識別情報、前記最良区間のセグメントデータ、前記セグメントデータに関連するクラス、前記最良区間の正常および異常の条件付き確率を表す判定モデルを記憶部に記憶するステップと、
前記監視対象を複数のセンサにより観測して複数の変量に関する複数の時系列データを取得するステップと、
前記複数の変量のそれぞれについて、前記複数の時系列データから前記最良区間の識別情報に従ってセグメントデータを選択するステップと、
前記複数の時系列データからのセグメントデータと前記判定モデルとに基づいて前記監視対象の正常の尤度および異常の尤度をそれぞれ計算し、前記正常および異常のうち尤度の大きい方に前記監視対象の状態を判定するステップと、
前記最近傍法による正常の場合の波形類似度の平均値と異常の場合の波形類似度の平均値から、正常度合いと異常度合いの比に基づく正常重みと異常重みとを求め、既知の正常状態値に前記正常度合いを乗算した結果と既知の異常状態値に前記異常度合いを乗算した結果の和として、正常または異常の定量状態値を算出するステップと、を含む波形分析方法。
Represents the prior probability of normality and abnormality of the monitoring target, and for each waveform of the plurality of variables to be monitored, the identification information of the best section, the segment data of the best section, the class related to the segment data, the class of the best section Storing a determination model representing normal and abnormal conditional probabilities in a storage unit;
Observing the monitoring target with a plurality of sensors to obtain a plurality of time-series data regarding a plurality of variables;
For each of the plurality of variables, selecting segment data from the plurality of time series data according to the identification information of the best interval;
Based on the segment data from the plurality of time-series data and the determination model, the normal likelihood and the abnormal likelihood of the monitoring target are respectively calculated, and the monitoring is performed on the higher likelihood of the normal and abnormal Determining a state of the object;
The normal weight and the abnormal weight based on the ratio of the normal degree and the abnormal degree are obtained from the average value of the waveform similarity degree in the normal case and the average value of the waveform similarity degree in the abnormal case by the nearest neighbor method, and the known normal state Calculating a normal or abnormal quantitative state value as a sum of a result obtained by multiplying the value by the normal degree and a result obtained by multiplying the known abnormal state value by the abnormality degree.
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