CN114257885A - 一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统及方法 - Google Patents

一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统，包括现场试验中控管理系统和与所述现场试验中控管理系统连接的若干移动检测平台，所述移动检测平台用以检测居配工程设备，所述现场试验中控管理系统用以将检测任务下达与分配至所述移动检测平台，并实时收集所述移动检测平台的检测数据结果。本发明还公开了一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法。本发明能够实时判别现场检测数据是否出现异常，将检测数据分析结果与告警信息回传至各检测平台或手持终端，并进行归集和生成报告，为居配电设备现场检测和检测设备信息化互联提供理论依据。

Description

一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测 预警系统及方法
技术领域
本发明涉及居配网物资高压电气试验现场检测领域，具体指一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统及方法。
背景技术
随着中国经济的飞速发展，已经进入经济转型、产业高端化、城市化进展加速发展阶段。能源与电力需求仍刚性增长。这将使得配电网建设工程将出现爆发式的增长，特别是近些年来的新建居住区配电工程建设数量多，但是受限于电网公司的经营体制和管理模式的影响，居配工程设备存在的问题越来越突出，传统的检测方法、检测模式已经不能满足日益增长的居配过程需求。此外现有的检测设备均相互独立，智能化程度低，所有试验项目都依赖人工操作，试验数据也需要人工分项抄录，此外试验结果的研判也主要依赖人工处理，因此试验数据的准确性、公正性难以保证。随着信息技术的发展，所有检测数据及检测信息与国网信息管理平台互联是未来发展的必然趋势，传统检测设备已经不能满足这一需求，也不具备数据分析研判能力。因此亟需一种能满足居配现场检测流程管理与数据实时研判的检测系统与方法。
发明内容
针对现有居配电设备现场检测参数估计中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统，本发明的目的之二在于提供一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统，包括现场试验中控管理系统和与所述现场试验中控管理系统连接的若干移动检测平台，所述移动检测平台用以检测居配工程设备，所述现场试验中控管理系统用以将检测任务下达与分配至所述移动检测平台，并实时收集所述移动检测平台的检测数据结果。
一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，利用如上技术方案所述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统，包括以下步骤：
S1：现场试验中控管理系统根据检测需求，将检测任务下达与分配至各移动检测平台，并实时收集检测数据结果；
S2：采用双尺度窗口滚动递推法，实时判别现场检测数据是否出现异常；
S3：将检测数据分析结果与告警信息回传至各移动检测平台或手持终端，并进行归集和生成报告。
在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S2中，采用双尺度窗口滚动递推法，实时判别现场检测数据是否出现异常，包括如下步骤：
对来自试验中N个不同移动检测平台的检测数据进行聚合和时间同步，并采用N1个/秒的采样率对数据进行采样，采样结果的累积分布函数F(x)可以表示为双参数威布尔分布，如下式(1)，
Figure BDA0003413194790000021
式中：x为采样样本，b为尺度参数，c为形状参数。
对式(1)移项得到，
Figure BDA0003413194790000031
对式(2)两侧取倒数，得到，
Figure BDA0003413194790000032
对式(3)两侧取自然对数，得到，
Figure BDA0003413194790000033
对式(4)两侧取自然对数，得到，
Figure BDA0003413194790000034
式(5)为二元一次直线方程形式，将其称为线性威布尔分布方程，c参数为该方程威布尔图的斜率，通过对其威布尔图采用最小二乘法拟合得到，令γ＝90°-arctan(c)，作为采样数据的异常判别参数，
在发生快速动态事件时，小窗口对采样数据的异常性更敏感，而大窗口基本不受影响；对于慢速动态事件，大窗口对采样数据的异常性更敏感，而小窗口基本不受影响；因此，使用分别含有N2个样本小窗口和N3个样本大窗口的双窗口结构，进行采样数据异常判别。
在本发明的一个优选实施例中，小窗口在采样数据列中以1个样本数据的步长向前滑动，大窗口以一个小窗口的步长在样本数据列中向前滑动，一旦小窗口被N2个最新的采样数据填充，执行检查以检测是否存在由于通讯网络故障，造成丢失的空数据；对于空数据，使用前N4个样本的信息采用样条插值法填充；填充完成后，分别拟合计算所有移动检测平台采样数据的小窗口异常判别参数γSWi和大窗口异常判别参数γBWi，其中i＝1,2,3,…,N，。即每收到N2个新的数据采样，分别对小窗口和大窗口进行异常判别参数计算；但是，如果N2个连续的小窗口均接收到空数据，则显示该移动检测平台为离线状态，不再计算该平台采样数据的大小窗口异常判别参数，而其余移动检测平台不受影响。
在本发明的一个优选实施例中，如果γSWi的值大于定义的阈值γF，则表示检测到了快速事件，并将该快速事件定位于γSWi最大的移动检测平台；如果在第k个小窗口检测到一个快速事件，则将其对应的样本从第k个大窗口和未来的大窗口中剔除；否则，如果在小窗口中没有检测到快速事件，则所有小窗口样本都包含在大窗口中计算γBWi；当γBWi值大于定义的阈值γS时，表示检测到了慢速事件，并将该慢速事件定位于γBWi最大的移动检测平台。
在本发明的一个优选实施例中，现场试验中控管理系统在未检测到数据异常时，每间隔30s向移动检测平台与手持终端返回正常工作信号；检测到快速与慢速事件时，立即向移动检测平台与手持终端发送异常告警信息，提醒现场工作人员注意。
在本发明的一个优选实施例中，所述现场试验中控管理系统运行于一台现场移动服务器电脑上，通过该系统软件可以实现整个检测过程及检测数据的管控，试验人员根据试验需求选择将要检测试品类型和试验参数，试验参数包括：试品规格参数信息、试验项目、试验顺序，一键生成检测任务，系统自动分析检测任务，分解检测项目、分别下发至各个移动检测平台，并自动规划检测流程，各移动检测平台通过无线WIFI局域网将检测结果数据实时传输至现场试验中控管理系统，进行数据处理备份与异常判别。
在本发明的一个优选实施例中，所述N1为50，N2为5，N3为250，N4为50。
由于采用了如上的技术方案，本发明能够实时判别现场检测数据是否出现异常，将检测数据分析结果与告警信息回传至各检测平台或手持终端，并进行归集和生成报告，为居配电设备现场检测和检测设备信息化互联提供理论依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例的系统结构示意图。
图2为本发明一种实施例的检测任务流程图。
图3为本发明一种实施例的采样数据异常研判流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
参见图1至图3所述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统，包括现场试验中控管理系统10和与现场试验中控管理系统10连接的若干移动检测平台20，移动检测平台20用以检测居配工程设备，现场试验中控管理系统10用以将检测任务下达与分配至移动检测平台20，并实时收集移动检测平台20的检测数据结果。
现场试验中控管理系统10运行于一台现场移动服务器电脑上，通过该系统软件可以实现整个检测过程及检测数据的管控，试验人员根据试验需求选择将要检测试品类型和试验参数，试验参数包括：试品规格参数信息、试验项目、试验顺序，一键生成检测任务，系统自动分析检测任务，分解检测项目、分别下发至各个移动检测平台20，并自动规划检测流程，各移动检测平台20通过无线WIFI局域网将检测结果数据实时传输至现场试验中控管理系统10，进行数据处理备份与异常判别。
结合图2和图3，利用上述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统，实现一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，该方法包括以下步骤：
S1：现场试验中控管理系统根据检测需求，将检测任务下达与分配至各移动检测平台，并实时收集检测数据结果。
S2：采用双尺度窗口滚动递推法，实时判别现场检测数据是否出现异常。步骤S2中，包括如下步骤：
对来自试验中N个不同移动检测平台的检测数据进行聚合和时间同步，并采用50个/秒的采样率对数据进行采样。采样结果的累积分布函数F(x)可以表示为双参数威布尔分布，如下式(1)，
Figure BDA0003413194790000061
式中：x为采样样本，b为尺度参数，c为形状参数。
对式(1)移项得到，
Figure BDA0003413194790000062
对式(2)两侧取倒数，得到，
Figure BDA0003413194790000063
对式(3)两侧取自然对数，得到，
Figure BDA0003413194790000064
对式(4)两侧取自然对数，得到，
Figure BDA0003413194790000071
可以看出，式(5)为二元一次直线方程形式，将其称为线性威布尔分布方程，c参数为该方程威布尔图的斜率，可通过对其威布尔图采用最小二乘法拟合得到。为了直观与方便，令γ＝90°-arctan(c)，作为采样数据的异常判别参数。
在发生快速动态事件时，小窗口对采样数据的异常性更敏感，而大窗口基本不受影响；对于慢速动态事件，大窗口对采样数据的异常性更敏感，而小窗口基本不受影响。因此，使用分别含有5个样本小窗口和250个样本大窗口的双窗口结构，进行采样数据异常判别。小窗口在采样数据列中以1个样本数据的步长向前滑动，大窗口以一个小窗口的步长在样本数据列中向前滑动，一旦小窗口被5个最新的采样数据填充，执行检查以检测是否存在由于通讯网络故障，造成丢失的空数据。对于空数据，使用前50个样本的信息采用样条插值法填充。填充完成后，分别拟合计算所有移动检测平台采样数据的小窗口异常判别参数γSWi和大窗口异常判别参数γBWi(其中i＝
1,2,3,…,N)。即每收到5个新的数据采样，分别对小窗口和大窗口进行异常判别参数计算。但是，如果5个连续的小窗口(25个样本)均接收到空数据，则显示该移动检测平台为离线状态，不再计算该平台采样数据的大小窗口异常判别参数，而其余移动检测平台不受影响。
如果γSWi的值大于定义的阈值γF，则表示检测到了快速事件，并将该快速事件定位于γSWi最大的移动检测平台。如果在第k个小窗口检测到一个快速事件，则将其对应的样本从第k个大窗口和未来的大窗口中剔除。否则，如果在小窗口中没有检测到快速事件，则所有小窗口样本都包含在大窗口中计算γBWi。当γBWi值大于定义的阈值γS时，表示检测到了慢速事件，并将该慢速事件定位于γBWi最大的移动检测平台。
S3：将检测数据分析结果与告警信息回传至各移动检测平台或手持终端，并进行归集和生成报告。
现场试验中控管理系统在未检测到数据异常时，每间隔30s向移动检测平台与手持终端返回正常工作信号；检测到快速与慢速事件时，立即向移动检测平台与手持终端发送异常告警信息，提醒现场工作人员注意。同时，对本次试验所有数据进行数据归类集中，试验完成后生成试验报告。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统，其特征在于，包括现场试验中控管理系统和与所述现场试验中控管理系统连接的若干移动检测平台，所述移动检测平台用以检测居配工程设备，所述现场试验中控管理系统用以将检测任务下达与分配至所述移动检测平台，并实时收集所述移动检测平台的检测数据结果。
2.一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警系统，包括以下步骤：
S1：现场试验中控管理系统根据检测需求，将检测任务下达与分配至各移动检测平台，并实时收集检测数据结果；
S2：采用双尺度窗口滚动递推法，实时判别现场检测数据是否出现异常；
S3：将检测数据分析结果与告警信息回传至各移动检测平台或手持终端，并进行归集和生成报告。
3.如权利要求2所述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用双尺度窗口滚动递推法，实时判别现场检测数据是否出现异常，包括如下步骤：
对来自试验中N个不同移动检测平台的检测数据进行聚合和时间同步，并采用N1个/秒的采样率对数据进行采样，采样结果的累积分布函数F(x)可以表示为双参数威布尔分布，如下式(1)，
Figure FDA0003413194780000011
式中：x为采样样本，b为尺度参数，c为形状参数。
对式(1)移项得到，
Figure FDA0003413194780000021
对式(2)两侧取倒数，得到，
Figure FDA0003413194780000022
对式(3)两侧取自然对数，得到，
Figure FDA0003413194780000023
对式(4)两侧取自然对数，得到，
Figure FDA0003413194780000024
式(5)为二元一次直线方程形式，将其称为线性威布尔分布方程，c参数为该方程威布尔图的斜率，通过对其威布尔图采用最小二乘法拟合得到，令γ＝90°-arctan(c)，作为采样数据的异常判别参数，
在发生快速动态事件时，小窗口对采样数据的异常性更敏感，而大窗口基本不受影响；对于慢速动态事件，大窗口对采样数据的异常性更敏感，而小窗口基本不受影响；因此，使用分别含有N2个样本小窗口和N3个样本大窗口的双窗口结构，进行采样数据异常判别。
4.如权利要求3所述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，其特征在于，小窗口在采样数据列中以1个样本数据的步长向前滑动，大窗口以一个小窗口的步长在样本数据列中向前滑动，一旦小窗口被N2个最新的采样数据填充，执行检查以检测是否存在由于通讯网络故障，造成丢失的空数据；对于空数据，使用前N4个样本的信息采用样条插值法填充；填充完成后，分别拟合计算所有移动检测平台采样数据的小窗口异常判别参数γSWi和大窗口异常判别参数γBWi，其中i＝1,2,3,…,N，。即每收到N2个新的数据采样，分别对小窗口和大窗口进行异常判别参数计算；但是，如果N2个连续的小窗口均接收到空数据，则显示该移动检测平台为离线状态，不再计算该平台采样数据的大小窗口异常判别参数，而其余移动检测平台不受影响。
5.如权利要求4所述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，其特征在于，如果γSWi的值大于定义的阈值γF，则表示检测到了快速事件，并将该快速事件定位于γSWi最大的移动检测平台；如果在第k个小窗口检测到一个快速事件，则将其对应的样本从第k个大窗口和未来的大窗口中剔除；否则，如果在小窗口中没有检测到快速事件，则所有小窗口样本都包含在大窗口中计算γBWi；当γBWi值大于定义的阈值γS时，表示检测到了慢速事件，并将该慢速事件定位于γBWi最大的移动检测平台。
6.如权利要求5所述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，其特征在于，现场试验中控管理系统在未检测到数据异常时，每间隔30s向移动检测平台与手持终端返回正常工作信号；检测到快速与慢速事件时，立即向移动检测平台与手持终端发送异常告警信息，提醒现场工作人员注意。
7.如权利要求2至6任一权利要求所述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，其特征在于，所述现场试验中控管理系统运行于一台现场移动服务器电脑上，通过该系统软件可以实现整个检测过程及检测数据的管控，试验人员根据试验需求选择将要检测试品类型和试验参数，试验参数包括：试品规格参数信息、试验项目、试验顺序，一键生成检测任务，系统自动分析检测任务，分解检测项目、分别下发至各个移动检测平台，并自动规划检测流程，各移动检测平台通过无线WIFI局域网将检测结果数据实时传输至现场试验中控管理系统，进行数据处理备份与异常判别。
8.如权利要求4所述的一种基于双尺度窗口滚动递推异常状态判别的居配现场检测预警方法，其特征在于，所述N1为50，N2为5，N3为250，N4为50。
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