CN111508070B - 一种用于多参数取值监控的显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多参数取值监控的显示方法，属于计算机领域。本发明利用主成分分析等分析方法，从目标状态参数中提取出最能体现被监视目标系统状态特性的一个参数作为目标状态特征参数，并将其取值在极轴上表示出来，同一时刻其它目标状态参数在在该极轴所处极坐标平面以极径的形式表示，以上极坐标平面和时间轴构成的一个三维数据空间。在上述三维空间中，利用颜色及极径与极轴间的夹角来描述及目标状态参数取值，目标状态参数与目标状态特征参数的相关关系。通过本发明可以实现目标状态参数与目标状态特征参数间的关联关系及取值特性的动态可视化描述，为目标状态的多参数联合可视化描述提供支持。

Description

一种用于多参数取值监控的显示方法

技术领域

本发明属于计算机领域，涉及一种用于多参数取值监控的显示方法。

背景技术

目前，关于监控目标的多个状态特征数据的监测和显示中，常将各个特征数据单独以二维曲线的形式加以展示，在整体上系统地反映监控目标运行状态态势上有所欠缺，也缺乏参数间关联关系的描述。在本发明的描述方法中，数据随时间的动态展示。本方法在同一个二维极坐标视图中实现多个参数状态的动态描述。在引入时间变量轴的基础上，实现监控目标多个状态特征数据三维动态实现，直观动态地反映各个参数的取值情况和参数间相互关系等特性。

发明内容

本发明提供一种用于多参数取值监控的显示方法。本方法采用基于颜色变化的参数取值范围和基于极径夹角的参数间关联关系动态描述方法，实现联合多个参数动态可视地描述目标状态。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于多参数取值监控的显示方法，该方法包括以下步骤：

S1：定义一个三维坐标空间，其中，一维为时间轴，用于描述目标状态特征特征参数及其相互关系随时间变化而变化的动态过程；另外两维为一极坐标系平面；

S2：将某时刻t目标状态参数在一个极坐标系中表示为有序对(ρ,θ,t)，ρ为反映参数取值情况的极径，θ为有序数对的极角；当该参数为目标状态特征参数时，θ＝0，即目标特征参数在极轴上取值，当该参数为为非目标状态特征参数时，θ为该参数与目标状态特征参数的相关系数的函数；

S3：构建另外两维的一极坐标系平面；

S4：根据如下相关系数计算公式分析目标状态特征参数与其余参数的相关性

其中，X为目标状态特征参数，Y为目标状态参数集中的其它参数，σ_X,σ_Y是参数的标准差，μ_X,μ_Y是参数的期望；

再以相关系数R为基础，确定该参数对应的极角，该极角反映该参数与目标状态特征参数间的相关关系；为便于可视化描述，以反余弦函数arccosR的2倍得到角度，即2arccosR为该参数极角，参数的取值为极径；

S5：在参数对应的极径或者极轴上，根据目标状态参数集中参数在各个时刻的典型取值区间，用不同颜色进行标识，不同颜色间以渐变颜色方式过渡；渐变颜色方式按照参数间连线的方向，从点a₁₍R₁,G₁,B₁)变化为点a₂(R₂,G₂,B₂)，在距离a₁为L的点上的颜色为(R,G,B)，计算方式如下：

R＝(R₂-R₁)/L

G＝(G₂-G₁)/L

B＝(B₂-B₁)/L

S6：在每一时刻对应的取值面，即极坐标平面中存放着各个参数在该时刻的取值情况；在各个时刻取值面中，将不同参数中同一等级的典型取值点用直线连接起来，直线颜色用取值点对应颜色标识；

S7：在每一时刻对应的取值面，即极坐标平面中将该时刻各个参数的取值在对应坐标轴上标注，该数据点的颜色为S5中定义的颜色，将各个参数取值点用直线段连接成环状封闭曲线，相邻两点连线的颜色采用渐变方法表现参数切换对应的状态切换；

同一参数在各个时刻取值面中对应取值和对应时刻可构成参数随时间变化的二维曲线；同时，将该参数在各个取值时刻取值上下限的等级取值点相连，得到该参数取值等级参考线，不同等级的参考线颜色不同；

S8：将各个参数各个时刻的取值图，依照排列顺序连接起来，形成参数取值三维态势图；

为突出参数在某时刻取值的正常与否，将参数取值点根据其所在的等级对应的颜色，按照渐变的方式确定其演示，以表示其取值的正常与否。

可选的，在所述S3中，选取一个最能反映系统状态的参数为目标状态特征参数，并在各个时刻取值面，即极坐标平面中，目标状态特征参数对应的射线为极轴，其余参数的对应的射线，即极径的长度为该参数的取值，极角按S4中定义；

在各个时刻取值面，各参数取值对应的极径顶点连接成一条封闭曲线，曲线中相邻顶点间的线段颜色按照顶点间渐变的方式确定；

同一参数在各个时刻取值面中对应取值和对应时刻构成该参数随时间变化的二维曲线；并根据参数在各个时刻取值对应的颜色，对以上二维曲线在相邻时刻间的颜色平滑渐变。

可选的，所述S3具体为：获取反映目标状态的参数构成情况，构成目标状态参数集利用主成份分析方法从目标状态参数集中，提取出最能体现目标状态特性的一个参数作为目标状态特征参数，将该参数作为S1中提及的极坐标系的极轴；

由S2知，在该极坐标系平面下，所有参数在时刻t下的描述通过各自用对应的一个点(ρ,θ,t)来描述，即用该参数的取值作为该点的极径，该参数与状态特征的相关系数所对应的夹角作为该点的极角。

可选的，所述典型取值区间包括正常取值区间、超限上限区间和超限下限区间。

本发明的有益效果在于：本发明主要用于监控目标的状态数据可视化。通过本发明方法，能够取得如下数据可视化效果：能够实现多参数联合反映目标状态，能够联合描述多个参数取值等级和多个参数取值随时间变化的特征。通过以上方法，为目标状态监视的系统性和可视化，多个参数取值上下限和等级等特性的联合可视化提供支持。本方法能动态、多维度显示目标状态，便于监控人员监视评估目标状态。

本发明的其他优点：在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为三维空间示意图；

图2为极坐标平面取值与参数取值关系示意图

图3为参数取值转转换为极坐标平面数据示意图

图4为极角计算过程示意图

图5为用不同颜色表示参数典型取值示意图

图6为参数取值环状等级曲线示意图

图7为参数取值渐变示意图

图8为由各时刻取值面参数取值中得到参数曲线过程示意图

图9为参数取值三维态势图

图10为参数对应极轴极径

图11为参数状态取值等值线

图12为T1时刻参数取值态势图

图13为参数状态取值等值线

图14为T2时刻参数取值态势图

图15为T2时刻三维态势图

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

(1)如图1所示，本步骤定义一个三维空间，其中，一维为时间轴t，用于描述目标状态特征特征参数及其相互关系随时间变化而变化的动态过程。另外两维为一极坐标系平面ρ₁，ρ₂...ρ_n，用于描述某时刻各个参数取值及相互关系等特性，具体方法见后；

(2)如图2所示，本步骤将时刻t目标状态参数定义为步骤(1)所述平面中的一个有序对(ρ,θ,t)，其中，ρ反映参数取值情况，为二维极坐标平面中的极径；θ为有序对的极角，当该参数为目标状态特征参数时，θ＝0，即目标特征参数在极轴上取值，当该参数为为非目标状态特征参数时，θ为该参数与目标状态特征参数的相关系数的函数；

(3)如图3所示，利用主成份分析等特性分析方法从目标状态参数集中，在所有时刻构成的分析时段范围中，提取出最能体现目标状态特性的一个参数作为目标状态特征参数(状态特征参考参数)，将该参数作为(1)中提及的各个时刻极坐标系的极轴。由(2)可以知道，在该极坐标系平面下，所有参数在时刻t下的描述可各自用对应的一个点(ρ,θ,t)来描述，即用该参数的取值作为该点的极径，该参数与状态特征(参数)的相关系数所对应的夹角作为该点的极角；

(4)根据如下相关系数计算公式分析目标状态特征参数与其余参数的相关性

其中，X为目标状态特征参数，Y为目标状态参数集中的其它参数，σ_X,σ_Y是参数的标准差，μ_X,μ_Y是参数的期望；

(5)如图4所示，再以该相关系数R为基础，确定该参数对应的极角，该极角反映该参数与目标状态特征参数间的相关关系。为便于可视化描述，本方法以(但不唯一)反余弦函数arccosR的2倍得到角度(即2arccosR)为该参数极角，参数的取值为极径；

(6)如图5所示，在每一个目标状态(特征)参数对应的极径(极轴)上，根据目标状态(特征)参数各个时刻的典型取值区间(如(但不唯一是)正常取值区间，超限上区间，超限下区间等)，用不同颜色进行标识，并以渐变颜色方式过渡；渐变颜色方式按照参数对应的极径(极轴)方向，从典型取值点a₁(对应的RGB值R₁,G₁,B₁)变化为点典型取值点a₂(对应的RGB值R₂,G₂,B₂)，在距离a₁为L的点上的颜色为(R,G,B)，计算方式如下(但不唯一是)：

R＝(R₂-R₁)/L

G＝(G₂-G₁)/L

B＝(B₂-B₁)/L

(7)如图6所示，在每一时刻对应的取值面中存放着各个参数在该时刻的取值情况。在各个时刻取值面中，将不同参数中同一等级的典型取值点用直线连接起来，直线颜色用取值点对应颜色标识，构成环状等级曲线；

(8)如图7所示，在每一时刻对应的二维极坐标面，将该时刻各个参数的取值在对应坐标轴上标注，该数据点的颜色为(6)中所定义的颜色，将以上各个参数取值点用直线段连接成环状封闭曲线，相邻两点连线的颜色采用渐变方法表现参数切换对应的状态切换；

如图8所示，将同一参数在各个时刻的取值面中对应取值点相连，在该参数取值与取值时刻构成的平面中得到参数随时间变化的二维曲线；同时，在以上二维曲线的平面中，将该参数的取值上下限等等级取值点在不同时刻取值面对应点相连，得到取值等级参考线，不同等级的参考线颜色不同；

(9)如图9所示，将各个时刻的取值图，依照排列顺序连接起来，形成参数取值三维态势图；

为突出取值的正常与否，将取值点赋予一定的颜色，并且通过渐变的方式来表示取值的正常与否。

针对构成目标状态的多个参数，本发明提出的方法如下：

(1)获取参数构成情况，利用主成分分析等相关性分析方法，提取出最能体现目标状态特性的的一个参数为目标状态特征参数，将其作为参考坐标轴(极轴)。该参数取值在极点(坐标原点)发出的极轴(参考坐标轴)上取值。其余参数为目标状态参数极径。

(2)在极轴(参考坐标轴，对应目标状态特征参数)确定的基础上，按照下式计算其它参数与目标状态特征参数的相关系数：

其中，X为目标状态特征参数，Y为目标状态参数集中的其它参数，σ_X,σ_Y是参数的标准差，μ_X,μ_Y是参数的期望。

并根据以上相关系数R，按(但不唯一)反余弦函数arccosR的2倍得到该参数对应极径与(目标状态参数对应的)极轴间的夹角。该参数取值为对应该极径的长度。

(3)将参数在各个时刻典型取值(简单地可分为上限下限，复杂地可分为好，良好，中和差等)，在对应的极径或者极轴上，利用用不同颜色(不同颜色间可以以渐变颜色方式过渡)进行标识。其渐变方式按照参数间连线的方向，从点a₁(R₁,G₁,B₁)变化为点a₂(R₂,G₂,B₂)，在距离a₁为L的点上的颜色为(R,G,B)，计算方式如下(但不唯一)

R＝(R₂-R₁)/L

G＝(G₂-G₁)/L

B＝(B₂-B₁)/L

(4)在每一时刻对应的取值面中，将不同参数中同一等级的典型取值点(如上限点，下限点，好，良好，中和差点等)用直线连接起来，直线颜色用取值点对应颜色标识(因同一等级取值点颜色为同一颜色，这里直线颜色也为单一颜色，无渐变)

(5)在每一时刻对应的取值面，将该时刻各个参数的取值在对应坐标轴上标注，该数据点的颜色为(3)中所定义的颜色，将以上各个参数取值点用直线段连接成环状封闭曲线，相邻两点连线的颜色采用渐变方法表现参数切换时对应的状态切换。

(5)如图8所示，将同一参数在各个时刻的取值面中对应取值点投影到一个参数取值与取值时刻二维平面中，并按时间顺序相连，可以在该构成的该参数取值随时间变化的二维曲线(该曲线因各个时刻取值可能不同，因此曲线颜色可能是渐变的)。同时，在以上二维平面中，将该参数的取值上下限等等级取值点在不同时刻取值面对应点相连，得到取值等级参考线(不同等级的参考线颜色不同)

(6)将以上(5)中各个时刻的取值图，依照时间排列顺序连接起来，形成三维取值态势图，其绘制结果如图9所示。

为进一步突出取值的正常与否，本发明将取值点赋予一定的颜色通过渐变的方式来表示取值的正常与否。

实施例：

1.T1时刻获取到参数A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆,其10个时刻内的参数变化如下：

A₁＝[106,103,105,110,115,118,121,115,113,112]

A₂＝[53,38,41,43,47,55,57,60,63,68]

A₃＝[108,102,100,98,92,89,86,85,83,80]

A₄＝[80,83,85,89,83,79,81,84,86,88]

A₅＝[60,57,53,51,46,43,39,35,31,29]

A₆＝[37,39,36,38,39,39,35,34,36,37]

(1)求取矩阵[A₁,A₂,A₃,A₄,A₅,A₆]’的协方差矩阵I得到

求取协方差矩阵的特征值λ＝[λ₁,λ₂,λ₃,λ₄,λ₅,λ₆]与特征向量e＝[e₁,e₂,e₃,e₄,e₅,e₆]，其中特征值代表每个特征向量的权重,权重

特征向量代表每个参数在表达主成分时对应的系数，将特征向量中对应参数的系数乘以权重依次相加得到参数负载L＝e×[k₁,k₂,k₃,k₄,k₅,k₆]'得到

L＝[0.2789,0.384,-0.469,0.0206,-0.5243,-0.0273]

如图10所示，取出负载绝对值最大的参数A₅为系统状态特征参数，并以此构建极轴的参数，再分别计算参数A₁、A₂、A₃、A₄、A₆对A₅的相关系数，由相关数求取角度。

p₁₅＝-0.726 d＝273.104°

p₂₅＝-0.5371 d＝244.972°

p₃₅＝0.7874 d＝76.1136°

p₄₅＝-0.09 d＝190.327°

p₆₅＝0.2056 d＝156.271°

确定角度后绘制剩余参数对应的极径。如图10所示，其中OA₅为极轴，OA₁、OA₂、OA₃、OA₄、OA₆分别为参数A₁、A₂、A₃、A₄、A₆对应的极径。

(2)再根据历史典型状态对各个参数对应的极轴(极径)进行按照不同的颜色标注，并利用直线连接将以上对应典型状态值连接起来，直线颜色以典型取值点对应颜色标识(因同一等级取值点颜色为同一颜色，这里直线颜色也为单一颜色，无渐变)，形成各单数状态等值线，如图11所示，此处假定：

A₁的典型状态参数为50，80，120

A₂的典型状态参数为50，70，90

A₃的典型状态参数为60，90，110

A₄的典型状态参数为80，120，160

A₅的典型状态参数为30，50，70

A₆的典型状态参数为25，35，50

将当前时刻各个参数获取的具体的取值点绘制在对应的极径极轴上，并根据本发明方法确定各个参数点颜色取值，进一步本发明方法(4)中提及的方法，利用颜色渐变线段进行连接，得到如图12所示的态势截面图。

2.T2时刻获取到参数A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆其中10个时刻内的参数变化如下：

A₁＝[103,105,110,115,118,121,115,113,112，106]

A₂＝[38,41,43,47,55,57,60,63,68，60]

A₃＝[102,100,98,92,89,86,85,83,80，78]

A₄＝[83,85,89,83,79,81,84,86,88，90]

A₅＝[57,53,51,46,43,39,35,31,29，33]

A₆＝[39,36,38,39,39,35,34,36,37，48]

(1)同样可以根据T1时刻计算，同样取出A₅为构建极轴的状态特征参数，分别计算参数A₁、A₂、A₃、A₄、A₆对A₅的相关系数，由相关数求取角度。

p₁₅＝-0.6719 d＝264.428°

p₂₅＝-0.8248 d＝291.869°

p₃₅＝0.8344 d＝66.893°

p₄₅＝0.0421 d＝175.174°

p₆₅＝0.2056 d＝156.2706°

(2)与T1时刻类似，在参数典型取值与T1时刻的参数典型取值保持不变，可以得到得到如图13所示的参数状态取值等值线。

(3)与T1时刻类似，得到如图14所示T2时刻各参数取值态势图。

(4)将T1与T2时刻的各参数取值态势中，各参数取值态势，参数典型取值等值线用对应地用平滑曲面相连，得到T1与T2之间的各个参数取值三维态势图，如图15所示。

3.类似地，重复上述步骤可以得到Tn时刻的参数取值态势图和对应的三维态势图。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于多参数取值监控的显示方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：定义一个三维坐标空间，其中，一维为时间轴，用于描述目标状态特征参数及其相互关系随时间变化而变化的动态过程；另外两维为一极坐标系平面；

S2：将某时刻t目标状态特征参数在一个极坐标系中表示为有序数对(ρ,θ,t)，ρ为反映参数取值情况的极径，θ为有序数对的极角；当该参数为目标状态特征参数时，θ＝0，即目标状态特征参数在极轴上取值，当该参数为非目标状态特征参数时，θ为该参数与目标状态特征参数的相关系数的函数；

S3：构建另外两维的一极坐标系平面；

S4：根据如下相关系数计算公式分析目标状态特征参数与其余参数的相关性

其中，X为目标状态特征参数，Y为目标状态特征参数集中的其它参数，σ_X是参数X的标准差，σ_Y是参数Y的标准差，μ_X是参数X的期望，μ_Y是参数Y的期望；

再以相关系数R为基础，确定该参数对应的极角，该极角反映该参数与目标状态特征参数参数间的相关关系；为便于可视化描述，以反余弦函数arccosR的2倍得到角度，即2arccosR为该参数极角，参数的取值为极径；

S5：在参数对应的极径或者极轴上，根据目标状态特征参数集中参数在各个时刻的典型取值区间，用不同颜色进行标识，不同颜色间以渐变颜色方式过渡；渐变颜色方式按照参数间连线的方向，从点a₁₍R₁,G₁,B₁)变化为点a₂(R₂,G₂,B₂)，在距离a₁为L的点上的颜色为(R,G,B)，计算方式如下：

R＝(R₂-R₁)/L

G＝(G₂-G₁)/L

B＝(B₂-B₁)/L

S6：在每一时刻对应的取值面，即极坐标平面中存放着各个参数在该时刻的取值情况；在各个时刻取值面中，将不同参数中同一等级的典型取值点用直线连接起来，直线颜色用取值点对应颜色标识；

S7：在每一时刻对应的取值面，即极坐标平面中将该时刻各个参数的取值在对应坐标轴上标注，该数据点的颜色为S5中定义的颜色，将各个参数取值点用直线段连接成环状封闭曲线，相邻两点连线的颜色采用渐变方法表现参数切换对应的状态切换；

同一参数在各个时刻取值面中对应取值和对应时刻构成参数随时间变化的二维曲线；同时，将该参数在各个取值时刻取值上下限的等级取值点相连，得到该参数取值等级参考线，不同等级的参考线颜色不同；

S8：将各个参数各个时刻的取值图，依照排列顺序连接起来，形成参数取值三维态势图；

为突出参数在某时刻取值的正常与否，将参数取值点根据其所在的等级对应的颜色，按照渐变的方式确定其演示，以表示其取值的正常与否。

2.根据权利要求1所述的一种用于多参数取值监控的显示方法，其特征在于：在所述S3中，选取一个最能反映系统状态的参数为目标状态特征参数，并在各个时刻取值面，即极坐标平面中，目标状态特征参数对应的射线为极轴，其余参数的对应的射线，即极径的长度为该参数的取值，极角按S4中定义；

在各个时刻取值面，各参数取值对应的极径顶点连接成一条封闭曲线，曲线中相邻顶点间的线段颜色按照顶点间渐变的方式确定；

同一参数在各个时刻取值面中对应取值和对应时刻构成该参数随时间变化的二维曲线；并根据参数在各个时刻取值对应的颜色，对以上二维曲线在相邻时刻间的颜色平滑渐变。

3.根据权利要求1所述的一种用于多参数取值监控的显示方法，其特征在于：所述S3具体为：获取反映目标状态的参数构成情况，构成目标状态特征参数集利用主成分分析方法从目标状态特征参数集中，提取出最能体现目标状态特性的一个参数作为目标状态特征参数，将该参数作为S1中提及的极坐标系的极轴；

由S2知，在该极坐标系平面下，所有参数在时刻t下的描述通过各自用对应的一个点(ρ,θ,t)来描述，即用该参数的取值作为该点的极径，该参数与状态特征的相关系数所对应的夹角作为该点的极角。

4.根据权利要求1所述的一种用于多参数取值监控的显示方法，其特征在于：所述典型取值区间包括正常取值区间、超限上限区间和超限下限区间。

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