DE112016002999T5

DE112016002999T5 - Anomalie-detektionssystem für verteilte ausrüstungen

Info

Publication number: DE112016002999T5
Application number: DE112016002999.3T
Authority: DE
Inventors: Shoichi Kobayashi; Toshihiro Wada; Tomoki Takegami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2018-03-15
Also published as: US20180143942A1; US10783219B2; WO2017002673A1; JPWO2017002673A1; JP6371478B2; JP6584598B2; JP2018174702A

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen mit niedrigen Kosten anzugeben, das Ausrüstungen überwacht und eine Anomalie detektiert, und das dazu imstande ist, die Kommunikationsdatenmenge und den Berechnungsumfang im Vergleich zum Stand der Technik zu verringern. Ein Anomalie-Detektionssystem (101) für verteilte Ausrüstungen wird zum Überwachen physikalischer Größen von Ausrüstungen (102) vom im Wesentlichen identischen Typ und zum Detektieren einer Anomalie der jeweiligen Ausrüstung vorgesehen. Das Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen weist Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen (103) auf, die jeweils die Ausrüstungen verwalten; sowie eine Verwaltungs-Servervorrichtung (104), die dazu imstande ist, mit den Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen zu kommunizieren. Jede Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung (103) weist Folgendes auf: eine Kommunikationseinheit (304), die mit der Verwaltungs-Servervorrichtung (104) kommuniziert; eine Messeinheit (301), die wiederholt die physikalische Größe der Ausrüstung misst; eine Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit (303), die die Verteilungsinformationen über die Ausrüstung aus der gemessenen physikalischen Größe der Ausrüstung berechnet; eine Verteilungs-Vergleichseinheit (305), die eine Differenz zwischen den Verteilungsinformationen über die Ausrüstung, die von der Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit (303) erzeugt wird, und den integrierten Verteilungsinformationen über die gesamten Ausrüstungen (102) berechnet, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung (104) durch die Kommunikationseinheit geliefert werden; und eine Anomalie-Bestimmungseinheit (307), die bestimmt, ob oder ob nicht die Ausrüstung abnorm ist, und zwar auf der Basis der berechneten Differenz zwischen Stücken der Verteilungsinformationen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen oder Einrichtungen, das physikalische Größendaten einer großen Zahl von Ausrüstungen sammelt, wie z. B. Ausrüstungen, die jeweils einen Sensor enthalten, und die eine abnorme Ausrüstung auf der Basis der gesammelten physikalischen Größendaten der Ausrüstungen detektiert.
Stand der Technik
In jüngster Zeit besteht ein erhöhter Bedarf für eine Technik zum Verbessern der Effizienz der Verwaltung und des Betriebs von Ausrüstungen, bei dem eine große Zahl von Sensoren auf eine verteilte Weise angeordnet werden, und zum Sammeln und Analysieren von Informationen über die große Zahl von Sensoren mittels Kommunikation. Beispielsweise hat eine Sekundärbatterie, wie z.B. eine Lithium-Ionen-Batterie, eine kleine Batteriekapazität, niedrige Stromeingangs- und -ausgangswerte, und eine niedrige Spannung als eine einzelne Zelle.
Daher wird eine große Zahl von Batteriezellen in Reihe oder parallel kombiniert, um als Batteriesystem verwendet zu werden, das eine große Batteriekapazität, hohe Eingangs- und Ausgangswerte und eine hohe Spannung hat. Beispielsweise gibt es ein Batteriesystem, das an einem Schienenfahrzeug montiert ist, das Batteriezellen aufweist, die in Reihe geschaltet sind, so dass sie 600 V für einen Antrieb oder Hilfsantrieb bieten, und das so konfiguriert ist, dass es eine hohe Ausgangsleistung zum Antreiben eines Elektromotors erzielt.
In einem solchen System ist es notwendig, dass alle Bestandteilselemente des Systems, d. h. in diesem Fall die Batteriezellen, in einem Normalzustand sind. Wenn es nur eine einzige Batteriezelle in einem abnormen Zustand gibt, kann die abnorme Batteriezelle ein Hindernis für das gesamte Batteriesystem und den Betrieb der damit verbundenen Ausrüstung darstellen. Daher ist es notwendig, die Anomalie einer Batteriezelle unverzüglich zu detektieren.
Als Stand der Technik der vorliegenden Erfindung beschreibt Patentdokument 1 ein Anomalie-Detektionsverfahren, das für jede Batteriezelle einen Innenwiderstand ausliest, der auf der Basis eines Lade- und Entladestroms, einer Spannung, eines Ladeverhältnisses und einer Temperatur berechnet wird, die in jeder Zelle gemessen werden, und zwar auf einer Zeitserienbasis, und das eine Batteriezelle, deren Veränderung des Innenwiderstands von einer Veränderung in den gesamten Batteriezellen um einen bestimmten Wert verschieden ist, als eine abnorme Zelle detektiert.
Außerdem beschreibt das Patentdokument 2 ein Verfahren zum Erhalten des Verschlechterungsgrades einer Batterie. Das Verfahren bezieht Zustandsdaten der Batterie durch einen Informationsaustausch-Adapter, der ein Daten-Abtastmodul und ein Daten-Transfermodul aufweist, es überträgt die Zustandsdaten an ein Datenzentrum eines Verschlechterungsgrad-Berechnungs-Subsystems durch ein Daten-Kommunikationsnetzwerk, und es führt eine Aktualisierung eines Verschlechterungsgrad-Modells und eine Messung des Verschlechterungsgrades im Datenzentrum durch.
Ferner beschreibt das Patentdokument 3 ein Fehlerdetektionssystem. In einem Fehlerdetektionssystem bestimmt eine Batteriepack-Verwaltungsvorrichtung, die in einem Batteriepack angeordnet ist, eine Anomalie auf der Basis von Batteriedaten jeder Batteriezelle, die in einem kurzen Zeitraum gespeichert werden, und eine Batteriegruppen-Verwaltungsvorrichtung zum Verwalten einer Mehrzahl von Batteriepacks bestimmt eine Anomalie auf der Basis von Batteriedaten jeder Batteriezelle, die in einem langen Zeitraum gespeichert sind.
Stand der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1 Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-195 129 A
Patentdokument 2 Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-516 614 A
Patentdokument 3 Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-064 649 A

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Bei der Technik gemäß Patentdokument 1 ist es notwendig, Innenwiderstandswerte aller Batteriezellen zum Verwenden der Innenwiderstands-Veränderung der gesamten Batteriezellen zu sammeln. Selbst wenn die in dem Patentdokument 2 beschriebene Technik verwendet wird, können demzufolge beispielsweise eine Sammelvorrichtung und eine Analyse-Verarbeitungsvorrichtung extrem teuer werden, und zwar angesichts der Kommunikationsmenge und der Berechnungsmenge, wenn das System eine extrem große Anzahl von Zellen aufweist.
Wenn das System beispielsweise in eine Mehrzahl von zu verwaltenden Subsystemen unterteilt ist, um mit einem solchen Problem umzugehen, können nur die Informationen von einer relativ kleinen Anzahl von Batterien verwendet werden, und eine Anomalie einer Zelle kann verdeckt werden, und zwar infolge von individuellen Differenzen und Variationen von Temperaturen und Ladezuständen zwischen den Batteriezellen, was problematisch ist.
Bei der Technik gemäß Patentdokument 3 wird eine Konfiguration beschrieben, bei welcher das System in die Batteriegruppen-Verwaltungsvorrichtung und die Batteriepack-Verwaltungsvorrichtung unterteilt ist. Die Batteriegruppen-Verwaltungsvorrichtung betreut die Anomalie-Bestimmung über einen langen Zeitraum, und die Batteriepack-Verwaltungsvorrichtung betreut die Anomalie-Bestimmung über einen kurzen Zeitraum, um die Kommunikationsmenge zu verringern. Da jedoch die Batteriegruppen-Verwaltungsvorrichtung die Anomalie-Bestimmung über den langen Zeitraum zentral durchführt, wird das Problem nicht gelöst, dass nämlich die Sammelvorrichtung und die Analyse-Verarbeitungsvorrichtung angesichts der Kommunikationsmenge und der Berechnungsmenge extrem teuer werden können, wenn das System eine extrem große Anzahl von Zellen aufweist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Probleme zu lösen und ein Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen anzugeben, das eine Mehrzahl von Ausrüstungen überwacht und eine Anomalie detektert, wobei das Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen dazu imstande ist, die Kommunikationsdatenmenge und den Berechnungsaufwand im Vergleich zum Stand der Technik bei niedrigen Kosten zu verringern.
Wege zum Lösen der Probleme
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen zum Überwachen physikalischer Größen einer Mehrzahl von Ausrüstungen vom im Wesentlichen identischen Typ und zum Detektieren einer Anomalie von jeder der Mehrzahl von Ausrüstungen angegeben. Das Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen weist eine Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen und eine Verwaltungs-Servervorrichtung auf. Die Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen ist jeweils mit der Mehrzahl von Ausrüstungen verbunden, und die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen verwalten jeweils die Ausrüstungen. Die Verwaltungs-Servervorrichtung ist zum Kommunizieren mit der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen imstande.
Jede von der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen weist eine erste Kommunikationseinheit, eine Messeinheit, eine Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit, eine Verteilungs-Vergleichseinheit und eine Anomalie-Bestimmungseinheit auf. Die erste Kommunikationseinheit kommuniziert mit der Verwaltungs-Servervorrichtung und der Messeinheit, die wiederholt die physikalische Größe der Ausrüstung misst.
Die Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit berechnet Verteilungsinformationen über die Ausrüstung aus der gemessenen physikalischen Größe der Ausrüstung, und die Verteilungs-Vergleichseinheit berechnet eine Differenz zwischen den Verteilungsinformationen der Ausrüstungen, die von der Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit erzeugt werden, und den integrierten Verteilungsinformationen über die gesamten Ausrüstungen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert werden.
Die Anomalie-Bestimmungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht eine Ausrüstung abnorm ist, und zwar auf der Basis der berechneten Differenz zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen. Die Verwaltungs-Servervorrichtung weist eine zweite Kommunikationseinheit und eine erste Verteilungs-Integrationseinheit auf. Die zweite Kommunikationseinheit kommuniziert mit der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen. Die erste Verteilungs-Integrationseinheit berechnet die integrierten Verteilungsinformationen, indem sie die Verteilungsinformationen über die jeweilige Mehrzahl von Ausrüstungen integriert, und zwar auf der Basis der Verteilungsinformationen über jede der Mehrzahl von Ausrüstungen, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit übertragen werden.
Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung überträgt die erzeugten Verteilungsinformationen über jede der Mehrzahl von Ausrüstungen an die Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit. Die Verwaltungs-Servervorrichtung liefert die berechneten integrierten Verteilungsinformationen an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit.
Wirkung der Erfindung
Bei dem Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen gemäß der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge möglich, ein Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen bereitzustellen, das eine Mehrzahl von Ausrüstungen überwacht und eine Anomalie detektiert, wobei das Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen bei geringen Kosten dazu imstande ist, die Kommunikationsmenge und die Berechnungsmenge im Vergleich zum Stand der Technik zu verringern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Tabelle, die ein Betriebsbeispiel des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß 1 veranschaulicht.
3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 gemäß 1 veranschaulicht.
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Relais-Server-Vorrichtung 106 gemäß 1 veranschaulicht.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Verwaltungs-Servervorrichtung 104 gemäß 1 veranschaulicht.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Kommunikationsprozedur des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß 1 veranschaulicht.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerungsverarbeitung der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 gemäß 3 veranschaulicht.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerungsverarbeitung der Relais-Server-Vorrichtung 106 gemäß 4 veranschaulicht.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerungsverarbeitung der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 gemäß 5 veranschaulicht.
10A ist eine Tabelle, die ein Betriebsbeispiel eines Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt, und die die Vorderseiten- und Rückseiten- und Randverteilungen eines Eingangs und eines Ausgangs einer Münze 1 zeigt, wenn eine verbundene Verteilung des Eingangs und des Ausgangs betrachtet wird.
10B ist eine Tabelle, die ein Betriebsbeispiel des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, und die die Vorderseite- und Rückseiten- und Randverteilungen eines Eingangs und eines Ausgangs einer Münze 2 zeigt, wenn eine verbundene Verteilung des Eingangs und des Ausgangs betrachtet wird.
10C ist eine Tabelle, die ein Betriebsbeispiel des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, und die die Vorderseite- und Rückseiten- und Randverteilungen eines Eingangs und eines Ausgangs einer Münze 3 zeigt, wenn eine verbundene Verteilung des Eingangs und des Ausgangs betrachtet wird.
11A ist eine Tabelle, die ein Betriebsbeispiel des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, und die die Vorderseite- und Rückseiten- und Randverteilungen eines Eingangs und eines Ausgangs der Münze 1 zeigt, wenn eine bedingte Wahrscheinlichkeit betrachtet wird.
11B ist eine Tabelle, die ein Betriebsbeispiel des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, und die die Vorderseite- und Rückseiten- und Randverteilungen eines Eingangs und eines Ausgangs der Münze 2 zeigt, wenn eine bedingte Wahrscheinlichkeit betrachtet wird.
11C ist eine Tabelle, die ein Betriebsbeispiel des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, und die die Vorderseite- und Rückseiten- und Randverteilungen eines Eingangs und eines Ausgangs der Münze 3 zeigt, wenn eine bedingte Wahrscheinlichkeit betrachtet wird.
12 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Anomalie-Detektionssystems 101A für verteilte Ausrüstungen gemäß einer ersten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Anomalie-Detektionssystems für verteilte Ausrüstungen gemäß einer zweiten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
14 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 gemäß einer dritten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
15 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Anomalie-Detektionssystems für verteilte Ausrüstungen gemäß einer ersten modifizierten Ausführungsform der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
16 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103A gemäß einer zweiten modifizierten Ausführungsform der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
17 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103B gemäß einer modifizierten Ausführungsform einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass ähnliche Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen in den jeweiligen Ausführungsformen versehen sind.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 1 dargestellt, ist das Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der ersten Ausführungsform so konfiguriert, dass es Folgendes aufweist: Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103, die jeweils mit einer Mehrzahl von Ausrüstungen 102 vom im Wesentlichen gleichen Typ verbunden sind und für die jeweiligen Ausrüstungen 102 bereitgestellt sind; eine Verwaltungs-Servervorrichtung 104, die das gesamte System vollständig steuert; eine Relais-Server-Vorrichtung 106; und eine Kommunikationsleitung 105, die die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103, die Relais-Server-Vorrichtung 106 und die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 verbindet.
Es sei angemerkt, dass die Ausrüstungen 102 vom im Wesentlichen gleichen Typ im Wesentlichen ähnliche Vorgänge durchführen, und dass sie eine physikalische Größe als einen Zustandswert haben, der einen Zustand angibt, wie z. B. einen Normalzustand und einen abnormen Zustand. In diesem Fall beziehen sich die Ausrüstungen 102 vom im Wesentlichen gleichen Typ auf Ausrüstungen, die ähnliche Konfigurationen haben, bei welchen Anomalien auf eine ähnliche Weise auftreten, und die ähnliche Vorgänge ausführen. Wie unter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, steuern die Relais-Server-Vorrichtung 106, die in einer einzelnen Stufe oder in mehreren Stufen ausgebildet sind, die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103 und die Relais-Server-Vorrichtungen 106 niedrigerer Ordnung vollständig.
Die Relais-Server-Vorrichtungen 106 können jedoch auch weggelassen werden, und die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103 und die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 können direkt durch die Kommunikationsleitung 105 verbunden sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist jede von der Ausrüstung 102, der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103, der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 und der Relais-Server-Vorrichtung 106 im Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen so konfiguriert, dass sie einen Computer (Steuerungseinrichtung), wie z.B. einen Digitalrechner und einer Kommunikationsschaltung (Kommunikationseinrichtung) aufweisen. In diesem Fall ist die jeweilige Ausrüstung 102 beispielsweise ein Leistungsumrichter, eine Speicherbatterie, eine Bremsvorrichtung oder ein Motor für ein Schienenfahrzeug.
Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 gemäß der vorliegenden Ausführungsform misst einen diskreten Wert x, der eine für die Ausrüstung 102 gemessene physikalische Größe darstellt. Es sei Folgendes angemerkt: Da das Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen die Ausrüstung 102 detektiert, die klar verschieden von den anderen Ausrüstungen 102 ist, indem sie die physikalischen Größen x der großen Anzahl von Ausrüstungen 102 vergleicht, können zumindest einige Elemente der physikalischen Größe x von irgendeiner Anomalie der Ausrüstung 102 beeinflusst sein.
Ferner wird angenommen, dass dann, wenn die physikalischen Größen x einer großen Anzahl von normalen Ausrüstungen 102 gemessen werden, die physikalischen Größen x einer bestimmten Verteilung Pt folgen. Wenn wiederum die Ausrüstung n (wobei n ein Identifikationsmerkmal der Ausrüstung in der Darstellung in den nachfolgenden Gleichungen ist) unter den Ausrüstungen 102 normal ist, sollte eine Verteilung, die erhalten wird, indem die physikalische Größe x der Ausrüstung n viele Male gemessen wird, mit der Verteilung Pt übereinstimmen. Wenn die Verteilung nicht mit der Verteilung Pt übereinstimmt, dann kann bestimmt werden, dass die Ausrüstung n abnorm ist. In der Praxis wird bestimmt, dass die Ausrüstung, deren Verteilung signifikant stark verschieden von der Verteilung Pt ist, als abnorm gilt, wobei individuelle Differenzen zwischen den Ausrüstungen berücksichtigt werden.
In diesem Fall ergibt sich folgendes erstes Problem: Da die abnorme Ausrüstung 102 im Voraus nicht ausgeschlossen werden kann, wird die erhaltene Verteilung Pt unvorteilhaft von der abnormen Ausrüstung 102 beeinflusst. Demzufolge kann bestimmt werden, dass eine Ausrüstung 102 abnorm ist, und es kann bestimmt werden, dass eine abnorme Ausrüstung 102 normal ist.
Dann ergibt sich folgendes zweites Problem: Wenn es eine extrem große Anzahl von Ausrüstungen 102 gibt, kann ein Aggregieren von Informationen über die Ausrüstungen 102 zum Ausbilden der Verteilung P_t extrem hohe Kosten notwendig machen, und zwar im Sinne einer Berechnungsmenge und einer Kommunikationsmenge. Wenn es beispielsweise eine Million Ausrüstungen 102 gibt und es notwendig ist, Informationen von allen Ausrüstungen 102 zu aggregieren und eine Anomalie-Bestimmung alle 100 Millisekunden durchzuführen, ist es notwendig, dass die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 eine Verarbeitungsgeschwindigkeit von 10 MByte/Sekunde erreicht, selbst wenn die physikalische Größe x in maximal einem Byte dargestellt werden kann.
Um die obigen Probleme zu lösen, verwendet das Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform das nachstehend beschriebene Verfahren. Zunächst werden, um dem ersten Problem gerecht zu werden, die gesamten Ausrüstungen 102 in beispielsweise drei oder mehr Gruppen aufgeteilt (dies kann eine Mehrzahl von Gruppen sein), und Informationen werden für jede der Gruppen aggregiert, um eine Verteilung zu bilden.
Eine Verteilung, die erhalten wird, indem Informationen über die Ausrüstungen in einer Gruppe m aggregiert werden, wird als P_g,m bezeichnet. Wenn die Gesamtzahl der Gruppen M ist, dann werden alle M Verteilungen P_g,m an alle Ausrüstungen geliefert. Die Ausrüstung n misst wiederholt die eigene physikalische Größe, beispielsweise mit einer vorgegebenen Periode, und bildet eine Verteilung P_e,n gefolgt von der gemessenen physikalischen Größe. Dann wird ein Differenzgrad zwischen der eigenen Verteilung P_e,n der Ausrüstung n und jeder der gelieferten M Verteilungen P_g,1, ..., P_g,M numerisch berechnet, und der Median des Differenzgrads von 1 bis M wird schließlich genommen. Wenn der Median größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass die Ausrüstung n abnorm ist.
Wenn r eine Anomalierate der Ausrüstungen 102 ist und N(m) ein Satz von Ausrüstungen 102 ist, die in der Gruppe m enthalten sind, dann kann die Wahrscheinlichkeit der Verteilung P_g,m unbeeinflusst von der abnormen Ausrüstung 102 als (1 – r)^|N(m)| ausgewertet werden. Es sei angemerkt, dass |N(m)| die Anzahl von Elementen von N(m) ist. In diesem Fall kann (1 – r)^N(m) größer gemacht werden als 0,5, indem die Anzahl |N(m)| so angenommen wird, dass sie größer ist als –log(2/log(1 – r)). In diesem Fall ist die Mehrzahl der Verteilungen P_g,1, ..., P_g,M mit hoher Wahrscheinlichkeit unbeeinflusst von der abnormen Ausrüstung 102.
Wenn die Ausrüstung n normal ist, nimmt in diesem Fall der Differenzgrad einen kleinen Wert hinsichtlich der Mehrzahl der Verteilungen P_g,m an, und er nimmt irgendeinen Wert hinsichtlich einer kleinen Anzahl von Verteilungen P_g,m an, die von der abnormen Ausrüstung 102 beeinflusst werden. Wenn die Ausrüstung n abnorm ist, nimmt der Differenzgrad einen großen Wert hinsichtlich der Mehrzahl der Verteilungen P_g,m an, und er nimmt irgendeinen Wert hinsichtlich einer kleinen Anzahl von Verteilungen P_g,m an, die von der abnormen Ausrüstung 102 beeinflusst werden.
Demzufolge ist es möglich, die abnorme Ausrüstung 102 zu detektieren, indem der Median des Differenzgrads mit dem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird. Wenn jedoch die Anomalierate r ausreichend klein ist, dann kann die Gruppierung weggelassen werden, und die Informationen über alle Ausrüstungen 102 kann aggregiert werden, um die Verteilung zu bilden. Als nächstes wird dem zweiten Problem Rechnung getragen.
Wenn es K Typen von physikalischen Größenwerten x₁, ..., x_K der Ausrüstung 102 gibt, dann wird die Verteilung P_g,m, die aus den gemessenen Werten der Ausrüstung 102 geschätzt wird, durch die folgende Gleichung dargestellt.
Hier kann eine Wahrscheinlichkeitsverteilung durch einen Vektor mit k Elementen dargestellt werden.
Die Gesamtzahl M der Gruppen ist fest. Jede der Ausrüstungen 102 wählt zufällig eine Gruppe m aus, zu welcher die Ausrüstung 102 selbst gehört, und sie überträgt dann eine Matrix, bei welcher die m-te Spalte ein Vektor P_e,n ist und die anderen Spalten Null sind, und einen Zahlenvektor, in welchem nur das m-te Element 1 ist, an die Relais-Server-Vorrichtung 106 höherer Ordnung. Die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 berechnet die Summe der Matrizen und die Summe der Zahlenvektoren, wobei die Matrizen und die Zahlenvektoren, die von den Ausrüstungen 102 oder den Relais-Server-Vorrichtungen 106 niedrigerer Ordnung übertragen werden, vollständig von der Relais-Server-Vorrichtung 106 oder der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 gesteuert werden, und sie überträgt dann die berechneten Ergebnisse an die Relais-Server-Vorrichtung 106 höherer Ordnung oder die Verwaltungs-Servervorrichtung 104.
Die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 berechnet die Verteilungen P_g,1, ..., P_g,M, indem sie jede Spalte der Matrix durch das entsprechende Element des Zahlenvektors teilt. Auf diese Weise ist es möglich, die Verteilungen P_g,1, ..., P_g,M zu erhalten, ohne eine großangelegte Berechnungsverarbeitung in der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 vorzunehmen, indem eine Additionsverarbeitung in jeder der Relais-Server-Vorrichtungen 106 auf eine verteilte Weise vorgenommen wird. Außerdem ist die Kommunikationsmenge zwischen benachbarten Vorrichtungen, d. h. zwischen irgendwelchen von den Ausrüstungen 102, der Relais-Server-Vorrichtung 106 und der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 proportional zu (K + 1) × M Ganzzahlen, und sie verändert sich selbst dann nicht, wenn die Gesamtzahl von Ausrüstungen 102 zunimmt.
Schließlich werden die Verteilungen P_g,1, ..., P_g,M, die in der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 erhalten werden, an jede der Ausrüstungen 102 geliefert. Eine Anomalie-Bestimmungseinheit 307 (siehe die unten beschriebene 3) der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103, die mit jeder der Ausrüstungen 102 verbunden ist, berechnet den Differenzgrad aus ihrer eigenen Verteilung aus den gelieferten Verteilungen P_g,1, ..., P_g,M, nimmt den Median des Differenzgrades und vergleicht den Median mit dem vorbestimmten Schwellenwert, um eine Anomalie der Ausrüstung zu detektieren. Nachfolgend wird der Betrieb des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen unter Verwendung eines einfachen Beispiels beschrieben.
In diesem Beispiel ist die Ausrüstung 102 eine Münzausrüstung (nachfolgend in dieser Beschreibung als „Münze“ bezeichnet), die einen Wert von 1 oder 0 ausgibt, der der Vorderseite oder der Rückseite entspricht, die erscheint, wenn die Münze geworfen wird, und zwar als physikalische Größe. Es sei angemerkt, dass eine normale Münze in diesem Beispiel nicht notwendigerweise eine Münze bezeichnet, deren Vorderseite und Rückseite mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auftreten.
Das Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform nimmt an, dass die meisten Münzen die gleiche Wahrscheinlichkeit für ein Auftreten der Vorderseite und der Rückseite haben, und sie detektiert eine kleine Anzahl von Münzen, deren Auftrittswahrscheinlichkeit verschieden von der Auftrittswahrscheinlichkeit der meisten der Münzen ist. 2 zeigt eine Tabelle, die ein Betriebsbeispiel des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß 1 veranschaulicht.
2 veranschaulicht den Fall, in welchem das Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der ersten Ausführungsform auf sieben Münzen angewendet wird. Die zweite Reihe in 2 zeigt eine Auftrittswahrscheinlichkeitsverteilung für die Vorderseite und die Rückseite für jede der Münzen. Jede der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103 kann die Auftrittswahrscheinlichkeitsverteilung P_e,n erhalten, indem die Anzahl des Auftretens der Vorderseite und der Rückseite der Münze der Ausrüstung 102 gezählt wird, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 verwaltet wird.
Dann weist die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 eine Gruppe zu, zu welcher jede der Ausrüstungen 102 gehört, so dass die Anzahl von Ausrüstungen 102 in jeder Gruppe ausreichend gemittelt wird. Die zugewiesenen Gruppen sind in der dritten Reihe in 2 gezeigt. Wie oben beschrieben, erzeugt ferner jede der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103 eine Matrix, in welcher jede Spalte die Auftrittswahrscheinlichkeitsverteilung P_e,n der Ausrüstung 102 ist, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 verwaltet wird, und einen Zahlenvektor. Die Matrix der Auftrittswahrscheinlichkeitsverteilung P_e,n der Ausrüstung 102 und der Zahlenvektor sind in der vierten und fünften Reihe in 2 dargestellt.
Wie in der sechsten, siebten und achten Reihe in 2 dargestellt, addieren außerdem die Relais-Server-Vorrichtungen 106 und die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 die Matrizen und die Zahlenvektoren. Schließlich kann eine Verteilung [P_g,1 P_g,2 P_g,3] jeder Gruppe erhalten werden, indem die in der achten Reihe in 2 dargestellte Matrix durch den entsprechenden Wert des Zahlenvektors für jede Spalte geteilt wird.
Ferner kann der Differenzgrad (die Differenz) zwischen Stücken der Verteilungsinformationen mit der relativen Entropie gemessen werden. Im Fall einer diskreten Variable kann der Differenzgrad D(P_e,n|P_g,m) zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen mittels der folgenden Gleichung berechnet werden. Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Beschreibung das mathematische Symbol " " eine Definitionsgleichung darstellt.
Es sei angemerkt, dass die Summe der physikalischen Größen über die k Typen mit k verwendet werden kann, wobei eine Verteilung P_g,m(x_k) hinsichtlich der physikalischen Größe x_k nicht Null wird. Die relative Entropie ist Null, wenn die Verteilung P_e,n die gleiche ist wie die Verteilung P_g,m, und ein Muster, das von 0 in der Tabelle verschieden ist, wird wie folgt erhalten.
Muster A: Der Differenzgrad D(P_e,n|P_g,1) zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen, wenn die Verteilung P_e,n = [1/3 2/3] und die Verteilung P_g,1 = [1/2 1/2] ist, wird durch die folgende Gleichung dargestellt.
Muster B: Der Differenzgrad D(P_e,4|P_g,1) zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen, wenn die Verteilung P_e,4 = [2/3 1/3] und die Verteilung P_g,1 = [1/2 1/2] ist, wird durch die folgende Gleichung dargestellt.
Muster C: Der Differenzgrad D(P_e,4|P_g,m) zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen, wenn die Verteilung P_e,4 = [2/3 1/3] und die Verteilung P_g,m = [1/3 2/3] ist, wird durch die folgende Gleichung dargestellt.
Wenn der Median der relativen Entropie der Gruppe berechnet wird, nimmt nur die Münze 4 einen Wert von 0,2310... an, der nicht 0 ist und den höchsten relativen Entropie-Median hat. Demzufolge kann bestimmt werden, dass die Münze 4 abnorm ist.
In diesem Fall gilt Folgendes: Wenn die Aufmerksamkeit auf den Differenzgrad D (P_e,n|P_g,1) aus der Gruppe 1 gerichtet wird, so wird der Differenzgrad D(P_e,n|P_g,1) von der abnormen Ausrüstung 102 beeinflusst, und er wird durch die nachfolgende Gleichung dargestellt. D(P_e,n|P_g,1) = 5/3log2 – log3 (6) D(P_e,4|P_g,1) = 5/3log2 – log3 (7)
Die Münze 4 und die anderen Münzen haben den gleichen Differenzgrad. Da jedoch die Gruppe 2 und die Gruppe 3 nicht von der abnormen Ausrüstung 102 beeinflusst werden, kann bestimmt werden, dass die Münze 4 abnorm ist, indem der Median betrachtet wird.
Außerdem ist, wenn die Gruppierung nicht durchgeführt wird, die Wahrscheinlichkeit aller Ausrüstungen 102 P_all = [8/21 13/21]. Wenn die Wahrscheinlichkeit P_all aller Ausrüstungen mit der Verteilung P_e,n von jeder der Ausrüstungen 102 verglichen wird, so wird der Differenzgrad D(P_e,n|P_all), der von demjenigen der Münze 4 verschieden ist, durch die folgende Gleichung dargestellt.
Außerdem wird der Differenzgrad D(P_e,4|P_all) der Münze 4 durch die folgende Gleichung dargestellt.
Folglich kann eine Anomalie nicht mit einem Schwellenwert 0,005 und einem Schwellenwert 0,2 bestimmt werden. Die Bestimmung kann jedoch erfolgen, wenn die Gruppierung durchgeführt wird. Das heißt, das Detektionsvermögen wird verbessert, was nicht so wirksam bei der einfachen Ausrüstung 102 in diesem Beispiel ist, aber eine signifikante Wirkung bei einer solchen Ausrüstung erzielt, die eine komplizierte physikalische Größe hat.
In diesem Fall ist die Anzahl M der Gruppen nicht notwendigerweise bei allen Gelegenheiten festgelegt. Beispielsweise kann die Anzahl der Ausrüstungen 102 (die Gesamtzahl an Ausrüstungen) unter Verwendung einer Kommunikation durch die Kommunikationsleitung 105 vor der Verarbeitung gezählt werden. Dann kann die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 die Anzahl M der Gruppen auf der Basis der gezählten Gesamtzahl von Ausrüstungen bestimmen, und sie kann dann die bestimmte Anzahl M der Gruppen an jede der Ausrüstungen 102 liefern. Jede der Ausrüstungen 102 kann die eigene Gruppe m auf der Basis der gelieferten Anzahl M der Gruppen bestimmen.
Alternativ kann jede der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103 auch bloß eine eindeutige ID haben, die eine ausreichende Anzahl von Bits aufweist, und die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 kann die Gruppe m unter Verwendung einer Hash-Funktion bestimmen, die auf ausreichend zufällige Weise die Gruppen 1, ..., M auf der Basis von jeder ID erzeugt. Beispiele einer gewünschten ID beinhalten eine MAC-Adresse des Ethernet (eingetragene Marke) und eine UUID. Gruppen-Zuweisungen können mittels einer Berechnungs-Verarbeitung durchgeführt werden, die einen langen Hash-Wert, der von einer bekannten Hash-Funktion, wie z.B. MD5 oder SHA-2 erzeugt wird, durch die Anzahl M der Gruppen teilt und den Rest verwendet.
Wie oben beschrieben, kann eine Anomalie der Ausrüstung 102 bestimmt werden, indem der Median mit dem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird. In diesem Fall ist es notwendig, den vorbestimmten Schwellenwert im Voraus geeignet vorzugeben. Um die Einstellung des Schwellenwerts zu automatisieren, überträgt die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Median erneut an die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 durch eine Kommunikationseinheit 304 (siehe 3), die Relais-Server-Vorrichtung 106 und die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 sammeln statistische Informationen über die Ausrüstung 102 des Medians.
Die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 bestimmt einen Schwellenwert auf der Basis der statistischen Informationen, und sie überträgt dann den bestimmten Schwellenwert an die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103. Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 bestimmt eine Anomalie der Ausrüstung 102 auf der Basis des Schwellenwerts. Das Schwellenwert-Bestimmungsverfahren wird geeignet ausgewählt, um eine gewünschte Detektionsrate und eine gewünschte Rate für die fehlerhafte Detektion zu erhalten, wobei der Grad der Dringlichkeit und die Größe des Einflusses einer Fehlfunktion berücksichtigt wird, die detektiert werden sollten. Beispielsweise wird ein Schwellenwert verwendet, der eine fehlerhafte Detektion beinhaltet, und zwar hinsichtlich einer Fehlfunktion, die einen hohen Dringlichkeitsgrad hat und unverzüglich detektiert werden sollte.
Nachfolgend werden Einzelheiten der Konfiguration des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 gemäß 1 veranschaulicht.
Wie unter Bezugnahme auf 3 ersichtlich, ist die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 so konfiguriert, dass sie Folgendes aufweist: eine Messeinheit 301, einen Ausrüstungs-ID-Speicher 302, eine Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit 303, die Kommunikationseinheit 304, eine Verteilungs-Vergleichseinheit 305, eine Berechnungseinheit 306 für einen robusten Mittelwert, eine Anomalie-Bestimmungseinheit 307 und eine Anzeigeeinheit 308. In diesem Fall ist die Kommunikationseinheit 304 mit der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder der Relais-Server-Vorrichtung 106 durch die Kommunikationsleitung 105 so verbunden, dass sie mit der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder der Relais-Server-Vorrichtung 106 kommunizieren kann.
Wie unter Bezugnahme auf 3 ersichtlich, misst die Messeinheit 301 die physikalische Größe x_k der Ausrüstung 102, und sie gibt die gemessene physikalische Größe x_k an die Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit 303 aus. Der Ausrüstungs-ID-Speicher 302 speichert und hält eine Ausrüstungs-ID, die für die verbundene Ausrüstung 102 eindeutig ist, und sie gibt Informationen über die Ausrüstungs-ID an die Kommunikationseinheit 304 aus.
Die Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit 303 zählt die Anzahl von Beobachtungen für jede physikalische Größe x_k, erzeugt Verteilungsinformationen über die Ausrüstung 102, indem sie die gezählte Anzahl von Beobachtungen für jede physikalische Größe x_k durch die Gesamtzahl von Beobachtungen teilt, und gibt die erzeugten Verteilungsinformationen an die Kommunikationseinheit 304 und die Verteilungs-Vergleichseinheit 305 aus. Die Kommunikationseinheit 304 überträgt die Ausrüstungs-ID, die vom Ausrüstungs-ID-Speicher 302 gehalten wird, und die Verteilungsinformationen über die Ausrüstung 102, die von der Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit 303 erzeugt werden, an die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Verwaltungs-Servervorrichtung 104.
Die Verteilungs-Vergleichseinheit 305 berechnet eine relative Entropie (Differenz) zwischen den Verteilungsinformationen über mindestens drei Gruppen, die von der Relais-Server-Vorrichtung 106 oder der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 durch die Kommunikationseinheit 304 geliefert werden, und den Verteilungsinformationen über die Ausrüstung 102, die von der Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit 303 erzeugt werden, und zwar gemäß Gleichung (2), und sie gibt die berechnete relative Entropie an die Berechnungseinheit 306 für einen robusten Mittelwert aus. Ferner kann die Verteilungs-Vergleichseinheit 305 die relative Entropie (Differenz) zwischen den Verteilungsinformationen über mindestens drei Gruppen, die von der Relais-Server-Vorrichtung 106 oder der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 durch die Kommunikationseinheit 304 geliefert werden, und den Verteilungsinformationen über die Ausrüstung 102 berechnen, die von der Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit 303 gemäß Gleichung (2) erzeugt werden, und sie kann dann die berechnete relative Entropie an die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 durch die Kommunikationseinheit 304 übertragen.
Die Berechnungseinheit 306 für einen robusten Mittelwert berechnet den Median der relativen Entropie, der von der Verteilungs-Vergleichseinheit 305 berechnet worden ist, und zwar über die Gruppe als eine robusten Mittelwert (oder einen robusten Durchschnittswert) der Ausrüstung, und sie gibt den berechneten robusten Mittelwert an die Anomalie-Bestimmungseinheit 307 aus und überträgt dann den robusten Mittelwert an die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 durch die Kommunikationseinheit 304.
Die Anomalie-Bestimmungseinheit 307 vergleicht den robusten Mittelwert der Ausrüstung 102, der von der Berechnungseinheit 306 für einen robusten Mittelwert berechnet worden ist, mit dem Schwellenwert, der von der Relais-Server-Vorrichtung 106 oder der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 durch die Kommunikationseinheit 304 geliefert worden ist, und sie bestimmt, dass die Ausrüstung 102 abnorm ist, wenn der Median größer als der Schwellenwert ist. Wenn die Anomalie-Bestimmungseinheit 307 bestimmt, dass die Ausrüstung 102 abnorm ist, dann zeigt die Anomalie-Bestimmungseinheit 307 das Bestimmungsergebnis auf einer Anzeigeeinheit 102A der Ausrüstung 102 an, oder sie überträgt das Bestimmungsergebnis an die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 durch die Kommunikationseinheit 304.
Die Verteilungsinformationen können beispielsweise ein Satz von zwei Werten sein: Der Anzahl von Beobachtungen für jede physikalische Größe x_k; und die Gesamtzahl an Beobachtungen. Die relative Entropie kann beispielsweise der Kolmogorow-Smirnow-Abstand sein. Der Median kann beispielsweise ein beschnittener Mittelwert oder ein Quartil-Mittelwert sein. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Relais-Server-Vorrichtung 106 gemäß 1 veranschaulicht.
Wie unter Bezugnahme auf 4 ersichtlich, ist die Relais-Server-Vorrichtung 106 so konfiguriert, dass sie Folgendes aufweist: eine Gruppen-Zuweisungseinheit 401, eine Kommunikationseinheit 402 höherer Ordnung, eine Kommunikationseinheit 403 niedrigerer Ordnung, eine Verteilungs-Integrationseinheit 404, eine Verteilungs-Liefereinheit 405, eine Sammeleinheit 406 für statistische Informationen und eine Schwellenwert-Liefereinheit 407. In diesem Fall ist die Kommunikationseinheit 403 niedrigerer Ordnung mit der Relais-Server-Vorrichtung 106 oder der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 durch eine Kommunikationsleitung 105 verbunden, so dass sie mit der Relais-Server-Vorrichtung 106 oder der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 kommunizieren kann.
Außerdem ist die Kommunikationseinheit 402 höherer Ordnung mit der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder der Relais-Server-Vorrichtung 106 durch eine weitere Kommunikationsleitung 105 verbunden, so dass sie mit der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder der Relais-Server-Vorrichtung 106 kommunizieren kann. Wie unter Bezugnahme auf 4 ersichtlich, gilt Folgendes: Die Gruppen-Zuweisungseinheit 401 weist jede der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103 der entsprechenden Gruppe zu, und zwar unter Verwendung von beispielsweise einer Hash-Funktion und auf der Basis der Gesamtzahl der Gruppen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder der Relais-Server-Vorrichtung 106 höherer Ordnung durch die Kommunikationseinheit 402 höherer Ordnung empfangen worden ist, und der Ausrüstungs-ID der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103, die durch die Kommunikationseinheit 403 niedrigerer Ordnung empfangen worden ist.
Außerdem liefert die Gruppen-Zuweisungseinheit 401 die Gesamtzahl der Gruppen an die Relais-Server-Vorrichtung 106 niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit 403 niedrigerer Ordnung. Dann führt die Verteilungs-Integrationseinheit 404 beispielsweise eine gewichtete Mittelung der Stücke von Verteilungsinformationen durch, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 und der Relais-Server-Vorrichtung 106 niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit 403 niedrigerer Ordnung empfangen worden ist, und zwar gemäß der Anzahl von Ausrüstungen, um die integrierten Verteilungsinformationen zu erzeugen, und sie überträgt dann die integrierten Verteilungsinformationen an die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder die Relais-Server-Vorrichtung 106 höherer Ordnung durch die Kommunikationseinheit 402 höherer Ordnung.
Ferner liefert die Verteilungs-Liefereinheit 405 die Verteilungsinformationen über jede Gruppe, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder der Relais-Server-Vorrichtung 106 höherer Ordnung geliefert worden sind, durch die Kommunikationseinheit 402 höherer Ordnung an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 oder die Relais-Server-Vorrichtung 106 niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit 403 niedrigerer Ordnung. Die Sammeleinheit 406 für statistische Informationen integriert die robusten Mittelwerte der Ausrüstungen, die von der Berechnungseinheit 306 für einen robusten Mittelwert berechnet werden, wobei die robusten Mittelwerte von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 und der Relais-Server-Vorrichtung 106 niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit 403 niedrigerer Ordnung empfangen werden, und sie überträgt dann die integrierten Daten an die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder die Relais-Server-Vorrichtung 106 höherer Ordnung durch die Kommunikationseinheit 402 höherer Ordnung.
Die Schwellenwert-Liefereinheit 407 liefert den Schwellenwert, der von der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder der Relais-Server-Vorrichtung 106 durch die Kommunikationseinheit 402 höherer Ordnung geliefert wird, an die AusrüstungsVerwaltungsvorrichtung 103 oder die Relais-Server-Vorrichtung 106 niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit 403 niedrigerer Ordnung.
Eine Statistik der statistischen Berechnung durch die Sammeleinheit 406 für statistische Informationen kann beispielsweise ein Histogramm des robusten Mittelwerts oder eine Statistik sein, die den Mittelwert (oder Durchschnittswert), die Varianz, die Kurtosis, die Schiefe, den Maximalwert, den Minimalwert, den Median oder den Modus des robusten Mittelwerts oder eine Kombination dieser Mehrzahl von Statistiken beinhaltet. Der Schwellenwert kann eine Mehrzahl von Schwellenwerten aufweisen, die den Anomaliegrad repräsentieren.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Verwaltungs-Servervorrichtung 104 gemäß 1 veranschaulicht. Wie unter Bezugnahme auf 5 ersichtlich, ist die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 so konfiguriert, dass sie Folgendes aufweist: eine Gruppen-Zuweisungseinheit 501, eine Kommunikationseinheit 502, eine Verteilungs-Integrationseinheit 503 und eine Schwellenwert-Bestimmungseinheit 504.
Wie unter Bezugnahme auf 5 ersichtlich, bestimmt die Gruppen-Zuweisungseinheit 501 die Gesamtzahl der Gruppen aus der Gesamtzahl der Ausrüstungen und einer angenommenen Anomalierate, so dass die Anzahl der Ausrüstungen 102, die in jeder Gruppe enthalten sind, die Ungleichung |N(m)| >– log(2/log(1 – r)) erfüllt, sie weist die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 der entsprechenden Gruppe zu, und zwar unter Verwendung von beispielsweise einer Hash-Funktion und auf der Basis der Ausrüstungs-ID, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 durch die Kommunikationseinheit 502 empfangen worden ist, und sie liefert dann Daten des Gruppen-Zuweisungsergebnisses an die Relais-Server-Vorrichtung 106.
Die Verteilungs-Integrationseinheit 503 integriert Stücke der Verteilungsinformationen über jede Gruppe, die von der Relais-Server-Vorrichtung 106 oder der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 durch die Kommunikationseinheit 502 empfangen worden sind, und sie liefert dann Daten der integrierten Verteilungsinformationen über die Gruppen als ein Ergebnis der Integration an die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 durch die Kommunikationseinheit 502.
Die Schwellenwert-Bestimmungseinheit 504 bestimmt einen Schwellenwert zum Unterscheiden zwischen einer Anomalie und einem Normalzustand, und zwar aus den Daten der Statistik, die von der Relais-Server-Vorrichtung 106 oder der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 durch die Kommunikationseinheit 502 empfangen worden sind, und sie liefert die Daten des bestimmten Schwellenwerts dann an die Relais-Server-Vorrichtung 106 oder die Verwaltungs-Servervorrichtung 103 durch die Kommunikationseinheit 502 aus. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Kommunikationsprozedur des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß 1 veranschaulicht.
Wie unter Bezugnahme auf 6 ersichtlich, bestimmt die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 die Anzahl der Gruppen, und sie liefert dann die bestimmte Anzahl der Gruppen an die Relais-Server-Vorrichtungen 106 aus.
Die Relais-Server-Vorrichtung 106 weist jede der Ausrüstungen der entsprechenden Gruppe zu, und zwar auf der Basis der Anzahl der Gruppen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 geliefert worden ist. Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 misst die physikalische Größe der Ausrüstung 102, erzeugt Verteilungsinformationen und überträgt dann die Verteilungsinformationen an die Relais-Server-Vorrichtung 106. Die Relais-Server-Vorrichtung 106 integriert die empfangenen Stücke der Verteilungsinformationen für jede Gruppe, und sie überträgt dann die integrierten Verteilungsinformationen an die Verwaltungs-Servervorrichtung 104.
Die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 integriert die empfangenen Stücke der Verteilungsinformationen für jede Gruppe, und sie liefert dann die integrierten Verteilungsinformationen an die Relais-Server-Vorrichtungen 106 aus. Die Relais-Server-Vorrichtung 106 liefert ferner die gelieferten Verteilungsinformationen über jede Gruppe an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103.
Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 berechnet eine relative Entropie aus den gelieferten Verteilungsinformationen über jede Gruppe und den Verteilungsinformationen über die Ausrüstung 102, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung 103 verwaltet werden, sie berechnet auf der Basis der relativen Entropie einen robusten Mittelwert davon, und sie überträgt dann die Daten des robusten Mittelwerts an die Relais-Server-Vorrichtung 106. Die Relais-Server-Vorrichtung 106 berechnet eine Statistik des empfangen robusten Mittelwerts, und sie überträgt dann die Daten der berechneten Statistik des robusten Mittelwerts (nachfolgend als statistische Informationen bezeichnet) an die Verwaltungs-Servervorrichtung 104.
Die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 integriert die empfangenen Stücke der statistischen Informationen, bestimmt einen Schwellenwert zum Unterscheiden zwischen der Anomalie und dem Normalzustand jeder der Ausrüstungen 102 auf der Basis des integrierten Ergebnisses, und sie liefert dann den bestimmten Schwellenwert an die Relais-Server-Vorrichtungen 106. Die Relais-Server-Vorrichtung 106 liefert ferner den gelieferten Schwellenwert an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103. Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 bestimmt, ob oder ob nicht die Ausrüstung 102 abnorm ist, und zwar aus dem gelieferten Schwellenwert und dem robusten Mittelwert, den sie selbst berechnet hat. Es sei Folgendes angemerkt:
Unter den in 6 dargestellten zwei Relais-Server-Vorrichtungen 106 gehört die linke Relais-Server-Vorrichtung 106 zu einer Gruppe der Ausrüstungen 102 und der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103, die in 6 dargestellt sind, und die rechte Relais-Server-Vorrichtung 106 gehört zu einer Gruppe der Ausrüstungen 102 und der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103, die in 6 nicht dargestellt sind. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerungsverarbeitung der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 gemäß 3 veranschaulicht.
Jeder Prozess gemäß 7 wird entsprechend den jeweiligen Verarbeitungseinheiten 301 bis 307 gemäß 3 ausgeführt. Die Prozesse gemäß 7 können ersetzt werden, solange das Ersetzen die Abhängigkeit zwischen den Prozessen nicht beeinflusst. Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 kann beispielsweise als eine Software eines Mikrocontrollers oder als eine integrierte logische Schaltung implementiert sein. Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 überträgt die Ausrüstungs-ID im Schritt S1 gemäß 7, misst die physikalische Größe im Schritt S2, erzeugt Verteilungsinformationen im Schritt S3, überträgt die erzeugten Verteilungsinformationen im Schritt S4 und empfängt Verteilungsinformationen über jede Gruppe im Schritt S5.
Dann führt die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 einen Vergleich mit den Verteilungsinformationen über jede Gruppe aus, die im Schritt S6 empfangen worden sind, berechnet einen robusten Mittelwert im Schritt S7, überträgt den berechneten robusten Mittelwert im Schritt S8, empfängt einen Schwellenwert im Schritt S9, bestimmt, ob oder ob nicht jede der Ausrüstungen 102 abnorm ist, und zwar auf der Basis des Schwellenwerts, im Schritt S10, und beendet die Steuerungsverarbeitung. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerungsverarbeitung der Relais-Server-Vorrichtung 106 gemäß 4 veranschaulicht.
Jeder Prozess gemäß 8 wird entsprechend den jeweiligen Verarbeitungseinheiten 401 bis 407 gemäß 4 ausgeführt. Die Prozesse gemäß 8 können ersetzt werden, solange das Ersetzen die Abhängigkeit zwischen den Prozessen nicht beeinflusst. Die Relais-Server-Vorrichtung 106 kann beispielsweise als eine Software eines Mikrocontrollers oder als eine integrierte logische Schaltung implementiert sein. Die Relais-Server-Vorrichtung 106 überträgt die Ausrüstungs-ID im Schritt S11 gemäß 8, empfängt die Anzahl der Gruppen im Schritt S12, führt eine Gruppenzuweisung im Schritt S13 durch und liefert dann die Anzahl der Gruppen im Schritt S14.
Dann empfängt die Relais-Server-Vorrichtung 106 Stücke der Verteilungsinformationen im Schritt S15, integriert die Stücke der Verteilungsinformationen im Schritt S16 und überträgt die integrierten Verteilungsinformationen im Schritt S17. Ferner empfängt die Relais-Server-Vorrichtung 106 die Verteilungsinformationen über jede Gruppe im Schritt S18, liefert die Verteilungsinformationen über jede Gruppe im Schritt S19, empfängt den robusten Mittelwert im Schritt S20, berechnet eine Statistik im Schritt S21, überträgt die berechnete Statistik im Schritt S22, empfängt einen Schwellenwert im Schritt S23, liefert den Schwellenwert im Schritt S24 und beendet die Steuerungsverarbeitung.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerungsverarbeitung der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 gemäß 5 veranschaulicht. Jeder Prozess gemäß 9 wird entsprechend den jeweiligen Verarbeitungseinheiten 501 bis 504 gemäß 5 ausgeführt. Die Prozesse gemäß 9 können ersetzt werden, solange das Ersetzen die Abhängigkeit zwischen den Prozessen nicht beeinflusst. Die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 kann beispielsweise als eine Software eines Mikrocontrollers oder als eine integrierte logische Schaltung implementiert sein.
Die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 empfängt die Ausrüstungs-ID im Schritt S31 gemäß 9, führt eine Gruppenzuweisung im Schritt S32 durch, liefert die Anzahl der Gruppen im Schritt S33, empfängt Stücke von Verteilungsinformationen über jede Gruppe im Schritt S34, integriert die Stücke der Verteilungsinformationen über jede Gruppe im Schritt S35, liefert die integrierten Verteilungsinformationen über die Gruppen im Schritt S36, empfängt eine Statistik im Schritt S37, bestimmt einen Schwellenwert auf der Basis der Statistik im Schritt S38, liefert den bestimmten Schwellenwert im Schritt S39 und beendet die Steuerungsverarbeitung.
Bei dem Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der ersten Ausführungsform ist die Kommunikationsleitung 105 beispielsweise unter Verwendung einer Kommunikationsleitung, wie z.B. dem Ethernet (eingetragene Marke) konfiguriert.
In diesem Fall ist es nur notwendig, dass eine Baumstruktur, die aus der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103, der Relais-Server-Vorrichtung 106 und der Verwaltungs-Servervorrichtung 104 gebildet ist, beispielsweise als eine logischer Kommunikationskanal-Konfiguration durch ein Internetprotokoll implementiert ist, das auf dem Ethernet (eingetragene Marke) konstruiert ist, und es ist nicht notwendigerweise nötig, dass eine physische Kommunikationsleitung die Baumstruktur bildet.
Wie oben beschrieben, gilt gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes:
Selbst wenn der Betrieb der Ausrüstung 102 im Voraus nicht genau vorausgesagt werden kann, so kann eine Anomalie der Ausrüstung 102 durch einen Vergleich zwischen einer großen Anzahl von Ausrüstungen 102 vom im Wesentlichen gleichen Typ detektiert werden. Außerdem ist es möglich, eine extrem große Zahl von Ausrüstungen 102 zu verwalten, ohne einen leistungsfähigen Rechner oder eine Breitband-Kommunikationseinrichtung zu verwenden, indem eine Verarbeitung der Detektion durch die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103 und die Relais-Server-Vorrichtungen 106 auf eine verteilte Weise durchgeführt wird.
Selbst wenn es eine abnorme Ausrüstung 102 gibt, ist es außerdem möglich, statistische Informationen über die normalen Ausrüstungen 102 korrekt zu extrahieren und die abnorme Ausrüstung 102 auf der Basis der statistischen Informationen über die normalen Ausrüstungen 102 zu detektieren, indem eine Gruppierung einer Mehrzahl von Ausrüstungen 102 durchgeführt wird. 12 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Anomalie-Detektionssystems 101A für verteilte Ausrüstungen gemäß einer ersten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Bei der obigen Beschreibung der Konfiguration der Ausführungsform ist die Konfiguration beschrieben, die die Relais-Server-Vorrichtungen 106 aufweist, die mehrstufig konfiguriert sind. Wenn eine Vorrichtungsskala nicht groß ist oder wenn es eine ausreichende Netzwerk-Übertragungskapazität gibt, dann können die Relais-Server-Vorrichtungen 106 auch weggelassen werden, und eine große Anzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103 und eine Verwaltungs-Servervorrichtung 104 können direkt durch Kommunikationsleitungen 105 verbunden werden, wie in 12 dargestellt.
Bei einer solchen Konfiguration ist es auch möglich, die Wirkung zu erzielen, dass die Ausrüstungen 102 verwaltet werden können, ohne einen leistungsfähigen Rechner und/oder Breitband-Kommunikationseinrichtungen verwendet werden, indem die Verteilungsinformationen für jede zugewiesene Gruppe berechnet werden. 13 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Anomalie-Detektionssystems für verteilte Ausrüstungen gemäß einer zweiten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
13 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration, bei welcher die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Konfiguration auf Speicherbatterien 102B (die ein Beispiel für die Ausrüstung 102 sind) angewendet wird, die an Schienenfahrzeugen 200 und 200 montiert sind. Wie unter Bezugnahme auf 13 ersichtlich, ist das Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der zweiten modifizierten Ausführungsform so konfiguriert, dass es Folgendes aufweist: Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103, die jeweils mit einer Mehrzahl von Speicherbatterien 102B verbunden sind, die Ausrüstungen vom im Wesentlichen gleichen Typ sind und für die jeweiligen Speicherbatterien 102B bereitgestellt sind; eine Verwaltungs-Servervorrichtung 104, die das Innere des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen vollständig steuert; und eine Kommunikationsleitung 105, die die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103, eine Relais-Server-Vorrichtung 106 und die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 verbindet.
Die Relais-Server-Vorrichtung 106 ist in jedem der getrennten Schienenfahrzeuge 200 und 200 eines Schienen-Zuges 201 mit der gleichen Zusammenstellung angeordnet, und sie steuert die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen 103 vollständig, die innerhalb eines jeden der Schienenfahrzeuge 200 und 200 angeordnet sind. Außerdem sind die Speicherbatterien 102B auf die Mehrzahl von Schienenfahrzeugen 200 und 200 verteilt und in Reihe geschaltet. Bei so einer Konfiguration kann angenommen werden, dass die Speicherbatterien 102B den gleichen Strom haben.
Die Antwort der Spannung in Bezug auf den Strom, der in einer abnormen Speicherbatterie fließt, kann von derjenigen in einer normalen Speicherbatterie abweichen, und zwar infolge einer Differenz der Innenwiderstände der Speicherbatterien. Als ein Beispiel kann selbst mit dem gleichen Strom eine Anschlussspannung in einer abnormen Speicherbatterie von derjenigen in einer normalen Speicherbatterie abweichen. Als ein weiteres Beispiel kann die Zeitkonstante einer Spannungsänderung in Bezug auf eine Stromänderung in einer abnormen Speicherbatterie von derjenigen in einer normalen Speicherbatterie abweichen.
14 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 gemäß einer dritten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 14 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration, bei welcher die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung gemäß 3 auf ein Speicherbatterie-Anomalie-Detektionssystem angewendet wird. Wie unter Bezugnahme auf 14 ersichtlich, ist nur eine Messeinheit 301 aus den Bestandteilselementen der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 extrahiert, und sie ist zum Klarstellen der Konfiguration gezeigt. Unter Bezugnahme auf 14 ist die Messeinheit 301 so konfiguriert, dass sie eine Spannungs-Messeinheit 141, die eine physikalische Größe einer Speicherbatterie 102B misst, und eine Spannungsbestimmungs-Signalerzeugungseinheit 142 aufweist.
Die Spannungs-Messeinheit 141 misst eine Anschlussspannung der Speicherbatterie 102B als die physikalische Größe. Beispielsweise wird die Anschlussspannung der Speicherbatterie 102B in einen Eingangsspannungspegel eines A/D-Umsetzers mittels eines Transformators oder dergleichen umgesetzt und dann von der Spannungs-Messeinheit 141 gemessen, und die gemessene Spannung wird an die Spannungsbestimmungs-Signalerzeugungseinheit 142 ausgegeben. Beispielsweise ternarisiert die Spannungsbestimmungs-Signalerzeugungseinheit 142 die Speicherbatterie-Spannung, um ein Spannungs-Bestimmungssignal zu erzeugen, indem sie bestimmt, ob die gemessene Spannung gleich hoch wie oder höher ist als ein vorbestimmter oberer Grenzwert, gleich groß wie oder niedriger ist als ein vorbestimmter unterer Grenzwert oder zwischen dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert liegt.
Die Anomalie-Bestimmungseinheit 307 (3) der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 detektiert eine abnorme Speicherbatterie 102B auf der Basis eines Differenzgrads in der Auftrittswahrscheinlichkeit des Spannungs-Bestimmungssignals. Das Konfigurationsbeispiel gemäß 14 ist dahingehend wirksam, dass eine Anomalie der Speicherbatterie 102B mit einer kostengünstigen Konfiguration detektiert werden kann, wenn erwogen werden kann, dass die Benutzungsbedingungen, wie z.B. die Laderate und der verschlechterte Zustand unter einer Mehrzahl von Speicherbatterien 102B gleich sind.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einem Fall verwendet, in welchem es möglich ist, Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) der Ausrüstung 102 anstelle der physikalischen Größe der Ausrüstung 102 bei dem Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der ersten Ausführungsform zu definieren und zu messen. Das heißt, wenn erwogen werden kann, dass ein Ausgang y der Ausrüstung 102 von einer Funktion y = f(x) hinsichtlich eines Eingangs x dargestellt werden kann, dann wird die Ausrüstung 102 detektiert, die durch eine Funktion f dargestellt wird, die von der Funktion einer großen Zahl von anderen Ausrüstungen 102 verschieden ist. Der Eingang x variiert jedoch unter den Ausrüstungen und folgt nicht notwendigerweise der gleichen Verteilung.
Der Betrieb des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Verwendung eines einfachen Beispiels beschrieben, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Die Ausrüstung 102 ist eine Münze, und es gibt drei Münzen 1, 2 und 3. Die Vorderseite und die Rückseite der Münze vor einem Münzwurf wird als Eingang betrachtet, und die Vorderseite oder die Rückseite der Münze als Ergebnis des Münzwurfs wird als Ausgang betrachtet.
Die 10A bis 10C sind Tabellen, die Betriebsbeispiele des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigen. 10A ist eine Tabelle, die die Vorderseite- und die Rückseite- und die Randverteilungen des Eingangs und des Ausgangs der Münze 1 zeigen, wenn eine verbundene Verteilung des Eingangs und des Ausgangs betrachtet wird. 10B ist eine Tabelle, die die Vorderseite- und die Rückseite- und die Randverteilungen des Eingangs und des Ausgangs der Münze 2 zeigen, wenn eine verbundene Verteilung des Eingangs und des Ausgangs betrachtet wird. 10C ist eine Tabelle, die die Vorderseite- und die Rückseite- und die Randverteilungen des Eingangs und des Ausgangs der Münze 3 zeigen, wenn eine verbundene Verteilung des Eingangs und des Ausgangs betrachtet wird.
In diesem Fall wird nachstehend betrachtet, ob oder ob nicht die Münzen als abnorm angesehen werden sollten, wenn die verbundene Verteilung P_e,n(y_l, x_k) des Eingangs und des Ausgangs so wie in 10A bis 10C ist, als Ergebnis des Zählens des Eingangs und Ausgangs der Münzen.
Gemäß der Randverteilung P_e,n(x_k) des Eingangs der Münze, wie in 10C dargestellt, scheint es, als seien die Münze 2 und die Münze 3 normal und die Münze 1 abnorm. Gemäß der Randverteilung P_e,n(y_l) des Eingangs, der in 10C dargestellt ist, scheint es wiederum, als seien die Münze 1 und die Münze 3 normal und die Münze 2 abnorm. Folglich kann eine Anomalie der Ausrüstung 102 nur mit dem Eingang und dem Ausgang der Münzen nicht klar bestimmt werden. Um eine statistische Wahrscheinlichkeit der Ausrüstung 102 zu extrahieren, aus welcher der Einfluss der Eingabe beseitigt ist, wird demzufolge eine bedingte Wahrscheinlichkeit P_e,n(y_l, x_k) der folgenden Gleichung betrachtet, die in 11A bis 11C veranschaulicht ist.
Die 11A bis 11C sind Tabellen, die Betriebsbeispiele des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigen. 11A ist eine Tabelle, die die Vorderseite- und die Rückseite- und die Randverteilungen des Eingangs und des Ausgangs der Münze 1 zeigen, wenn die bedingte Wahrscheinlichkeit betrachtet wird. 11B ist eine Tabelle, die die Vorderseite- und die Rückseite- und die Randverteilungen des Eingangs und des Ausgangs der Münze 2 zeigen, wenn die bedingte Wahrscheinlichkeit betrachtet wird. 11C ist eine Tabelle, die die Vorderseite- und die Rückseite- und die Randverteilungen des Eingangs und des Ausgangs der Münze 3 zeigen, wenn die bedingte Wahrscheinlichkeit betrachtet wird. In diesem Fall versteht es sich, dass die Münzen 1 und 2 normal sind und die Münze 3 abnorm ist.
In diesem Fall wird die Differenz zwischen den bedingten Wahrscheinlichkeiten durch die relative Entropie gemessen, und zwar auf eine ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Wenn die Vorderseite beispielsweise bei irgendeiner der Münzen vor einem Münzwurf stets nach oben zeigt und die Rückseite einer anderen der Münzen vor einem Münzwurf stets nach unten zeigt, dann kann jedoch daraus nicht bestimmt werden, ob oder welche der Ausrüstungen abnorm ist. Folglich wird die Anomalie-Bestimmung mit einer gewünschten Eigenschaft erzielt, indem ein Erwartungswert D(P_e,n|P_g,m) der nachfolgenden Gleichung der relativen Entropie in Bezug auf den Eingang jeder Münze als die Differenz zwischen den Verteilungen gemessen wird.
Gemäß der obigen Anomalie-Bestimmung wird die Differenz bei der Ausgangsverteilung hinsichtlich eines extrem seltenen Eingangs im Wesentlichen ignoriert, und es wird keine Anomalie bestimmt. Das Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist vollständig das gleiche wie dasjenige der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass Gleichung (2) durch Gleichung (11) ersetzt wird.
Die erste Ausführungsform entspricht dem Fall, in welchem der Eingang nicht definiert ist und nur der Ausgang definiert ist, so dass die physikalische Größe in der vorliegenden Ausführungsform gemessen werden kann, und es ist möglich, die in der ersten Ausführungsform beschriebene Wirkung zu erzielen. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Konfigurationsbeispiel eines Anomalie-Detektionssystems für verteilte Ausrüstungen gemäß einer ersten modifizierten Ausführungsform der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
15 zeigt ein Konfigurationsbeispiel, bei welchem die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform bei einer Speicherbatterie 102B verwendet wird, die an einem Schienenfahrzeug 200 montiert ist. Eine Mehrzahl von Schienen-Zügen 201 mit der gleichen Konfiguration fahren auf jeweils verschiedenen Routen. Der Schienen-Zug 201 jeder Zusammenstellung unterscheidet sich von dem Schienen-Zug 201, der in 13 dargestellt ist, in den folgenden Punkten:

(1) Auf eine Weise ähnlich der in 1 dargestellten Konfiguration gibt es Relais-Server-Vorrichtungen 106m höherer Ordnung und niedrigerer Ordnung. In diesem Fall weist jede der Relais-Server-Vorrichtungen 106m eine Antenne 106a auf und hat eine Funktion, bei welcher sie drahtlos mit einer Verwaltungs-Servervorrichtung 104m kommuniziert.
(2) Die Verwaltungs-Servervorrichtung 104m ist in einem Datenzentrum installiert. In diesem Fall weist die Verwaltungs-Servervorrichtung 104m eine Antenne 104a auf und hat eine Funktion, bei welcher sie drahtlos mit der Relais-Server-Vorrichtung 106m kommuniziert.
(3) Eine Messeinheit 161 gemäß 16 ist anstelle der Messeinheit 301 bereitgestellt.

In dem Konfigurationsbeispiel gemäß 15 kann erwogen werden, dass eine Mehrzahl von Speicherbatterien 102B unterschiedliche Ströme in unterschiedlichen Zusammenstellungen haben.
16 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103A gemäß einer zweiten modifizierten Ausführungsform der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Die Messeinheit 161 gemäß 16 ist so konfiguriert, dass sie Folgendes aufweist: eine Strom-Messeinheit 162, eine Strombestimmungs-Signalerzeugungseinheit 163 und eine Daten-Integrationseinheit 164, und zwar zusätzlich zu der Konfiguration der Messeinheit 301 gemäß 14.
Wie unter Bezugnahme auf 16 ersichtlich, misst die Strom-Messeinheit 162 einen Strom, der in der Speicherbatterie 102B fließt, als eine physikalische Größe, und sie gibt den gemessenen Strom an die Strombestimmungs-Signalerzeugungseinheit 163 aus. In diesem Fall wird die Strommessung beispielsweise derart durchgeführt, dass ein sehr kleiner Widerstand in einen Strompfad eingefügt wird und die Spannung an dessen beiden Enden gemessen und durch einen Widerstandswert geteilt wird, um den Strom zu berechnen.
Beispielsweise gibt die Strombestimmungs-Signalerzeugungseinheit 163 an die Daten-Integrationseinheit 164 ein Strom-Bestimmungssignal aus, das ein ternärer Wert ist, der erhalten wird, indem bestimmt wird, ob der gemessene Strom gleich groß wie oder größer als ein vorbestimmter oberer Grenzwert ist, gleich groß wie oder kleiner ist als ein unterer Grenzwert oder zwischen dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert liegt. In diesem Fall werden beispielsweise der obere Grenzwert und der untere Grenzwert so bestimmt, dass das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein und die positive oder negative Eigenschaft des Stroms bestimmt werden können.
Die Daten-Integrationseinheit 164 integriert ein Spannungs-Bestimmungssignal und das Strom-Bestimmungssignal, die ihr zugeführt werden, und sie gibt die integrierten Daten aus. Es ist möglich, einen abnormen Zustand der Speicherbatterie 102B zu detektieren, indem angenommen wird, dass der Eingang das Strom-Bestimmungssignal ist und der Ausgang ein Ausgangs-Bestimmungssignal ist. Das Konfigurationsbeispiel gemäß 16 ist dahingehend wirksam, dass eine abnorme Speicherbatterie 102B aus einer Mehrzahl von Speicherbatterien 102B detektiert werden kann, die an verschiedenen Zusammenstellungen montiert ist, und zwar in einem Zustand, in welchem erwogen werden kann, dass die Benutzungsbedingungen, wie z.B. ein Ladezustand und ein verschlechterter Zustand zwischen den Speicherbatterien 102B gleich sind.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei einem Fall verwendet, in welchem die physikalische Größe, die in der Ausrüstung 102 gemessen wird, nicht eine endliche Menge in der Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der ersten Ausführungsform ist.
Bei einer solchen Ausrüstung 102 wird die physikalische Größe x der Ausrüstung 102 beispielsweise durch eine Zufallsvariable eines ganzzahligen Werts, eines reellen Werts oder eines Vektorwerts dargestellt. Die Zufallsvariable kann eine physikalische Größe sein, die durch Ausrüstungs-Konstanten, wie z.B. die Masse, die Länge, die Zeit, den Strom, die Temperatur, die Menge einer Substanz oder die Lichtintensität dargestellt wird, die innerhalb der Ausrüstung 102 gemessen werden, oder eine Kombination dieser Ausrüstungs-Konstanten. Außerdem kann die physikalische Größe x der Ausrüstung 102 auch eine unter Verwendung einer Kommunikationsmenge der Ausrüstung 102, einer Belegung einer arithmetischen Einheit oder eines Speichers oder ein Übergangszustand innerhalb einer Software sein.
Ferner kann die physikalische Größe x der Ausrüstung 102 eine sein, die durch einen charakteristischen Wert ersetzt ist, der aus den obigen verschiedenen physikalischen Größen und Zuständen berechnet ist. Genauer gesagt: Die physikalische Größe kann eine Größe sein, die erhalten wird, indem eine nichtlineare Umwandlung durchgeführt wird, um die obigen verschiedenen Größen wie eine Zufallsvariable zu behandeln, die einer Verteilung folgt, die theoretisch einfach behandelt werden kann. Die Differenz bzw. der Unterschied zwischen Verteilungen der Zufallsvariable eines reellen Werts oder eines reellen Vektorwerts kann mittels der relativen Entropie D(P_e,n|P_g,m) der folgenden Gleichung auf eine ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform gemessen werden.
Es sei angemerkt, dass jede der Wahrscheinlichkeiten P_e,n, P_g,m eine Dichtefunktion der entsprechenden Wahrscheinlichkeitsverteilung ist. Um die Wahrscheinlichkeiten P_e,n, P_g,m aus den beobachteten Werten der Ausrüstung 102 zu konfigurieren, wird einfach angenommen, dass sie eine empirische Verteilung annimmt. Da jedoch die Wahrscheinlichkeit P_g,m = 0 überall in der empirischen Verteilung wird, ist es nicht möglich, die Division (P_e,n(x)/P_g,m(x)) so durchzuführen, wie sie ist.
Wenn die empirischen Verteilungen einer großen Zahl von Ausrüstungen 102 integriert werden, ist es außerdem notwendig, dass Datenwerte, die proportional zur Anzahl der Ausrüstungen 102 sind, die Verteilung repräsentieren, was zu einer Technik wird, die zum Verwalten einer extrem großen Anzahl von Ausrüstungen 102 ungeeignet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird demzufolge irgendeine theoretische Verteilung als die Verteilungen P_e,n, P_g,m angenommen, und ein Parameter der theoretischen Verteilung wird aus den beobachteten Werten der Ausrüstung 102 geschätzt, um die Dichte P_e,n, P_g,m zu berechnen. Wenn beispielsweise die Gaussverteilung als die theoretische Verteilung angenommen wird, können der Mittelwert µ_e,n und die Varianz Σ_e,n der beobachteten Werte berechnet werden, und eine Dichtefunktion der Gaussverteilung des Mittelwerts µ_e,n und der Varianz Σ_e,n der folgenden Gleichung können als die Dichtefunktion verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass K im Fall eines reellen Werts 1 ist und im Fall eines reellen Vektors eine Dimension ist. In diesem Fall kann die relative Entropie D(P_e,n|P_g,m) analytisch mittels der folgenden Gleichung berechnet werden.
Irgendeine angenommene theoretische Verteilung kann gemäß der Ausrüstung 102 ausgewählt werden. Wenn beispielsweise eine Verteilung des Minus-Quadrats von χ angenommen wird, ist der Parameter ein Freiheitsgrad d, der geschätzt werden kann, indem der Mittelwert der beobachteten Werte genommen wird. Als zu verwendende Statistiken der beobachteten Werte können nicht nur der Mittelwert und die Varianz der beobachteten Werte, sondern auch die Kurtosis, die Schiefe, das Moment höherer Ordnung, der Maximalwert und der Minimalwert verwendet werden, und alle diese Statistiken können wirksam durch die Relais-Server-Vorrichtung integriert werden.
Auch im Falle einer Zufallsvariable, die einen ganzzahligen Wert oder einen ganzzahligen Vektorwert annimmt, kann die vorliegende Ausführungsform auf die vollständig gleiche Art angewendet werden, indem das Integral der Dichtefunktion durch die unendliche Summe der Wahrscheinlichkeiten ersetzt wird. Alternativ kann das in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Verfahren in einem Fall verwendet werden, in dem die physikalische Größe der Ausrüstung 102 eine endliche Menge ist, wie bei der ersten Ausführungsform.
In diesem Fall sind die Verteilungsinformationen auf eine kleine Zahl von Parametern konzentriert, was es ermöglicht, dass die Effizienz der Übertragung und des Empfangs der Verteilungsinformationen verbessert werden. Das Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich zu dem Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen, das bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, mit Ausnahme der folgenden Punkte (1) und (2).

(1) Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103 und die Relais-Server-Vorrichtung 106 integrieren den Mittelwert µ_e,n und die Varianz Σ_e,n, und sie übertragen dann die integrierten Daten an die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder die Relais-Server-Vorrichtung 106 höherer Ordnung, anstatt die Verteilungsinformationen P_e,n, P_g,m zu integrieren und die integrierten Daten an die Verwaltungs-Servervorrichtung 104 oder die Relais-Server-Vorrichtung 106 höherer Ordnung zu übertragen.
(2) Gleichung (14) wird anstelle von Gleichung (2) in der Verteilungs-Vergleichseinheit 305 verwendet. Gemäß der in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die in der ersten Ausführungsform beschriebene Wirkung selbst dann zu erzielen, wenn die physikalische Größe der Ausrüstung 102 keine endliche Menge ist.

Außerdem ist es möglich, die Verteilungsinformationen effizient zu übertragen und zu empfangen, indem das in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Verfahren auf die Ausrüstung 102 angewendet wird, deren physikalische Größe eine endliche Menge ist. 17 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103B gemäß einer modifizierten Ausführungsform der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
17 zeigt ein Konfigurationsbeispiel, bei welchem die Konfiguration, die in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben ist, auf eine Speicherbatterie 102B angewendet wird, die in einem Schienenfahrzeug 200 montiert ist. Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103B gemäß 17 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Messeinheit 171 anstelle der Messeinheit 301 aufweist, wenn sie mit der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung 103A gemäß 14 verglichen wird.
Wie unter Bezugnahme auf 17 ersichtlich, hat die Messeinheit 171 die gleiche Konfiguration wie diejenige der Messeinheit 161, mit der Ausnahme, dass die Spannungsbestimmungs-Signalerzeugungseinheit 142 und die Strombestimmungs-Signalerzeugungseinheit 163 beseitigt sind. Eine Daten-Integrationseinheit 164 integriert einen Spannungs-Messwert und einen Strom-Messwert, die keine endlichen Mengen sind, anstelle des Spannungs-Bestimmungssignals und des Strom-Bestimmungssignals, die ternäre Werte sind, und sie gibt die integrierten Daten aus.
Das Konfigurationsbeispiel gemäß 17 ist dahingehend wirksam, dass eine abnorme Speicherbatterie 102B in einem Zustand detektiert werden kann, wenn erwogen werden kann, dass die Benutzungsbedingungen, wie z.B. die Laderate und der verschlechterte Zustand unter den Speicherbatterien 102B unterschiedlich sind.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Fall verwendet, in welchem die Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) der Ausrüstung 102 anstelle der physikalische Größe der Ausrüstung 102 gemessen werden können, und die Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) keine endliche Menge in dem Anomalie-Detektionssystem 101 für verteilte Ausrüstungen gemäß der ersten Ausführungsform sind. Die Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) werden beispielsweise durch eine Zufallsvariable eines ganzzahligen Werts, eines reellen Werts oder eines Vektorwerts dargestellt.
Die Zufallsvariable kann eine physikalische Größe sein, die durch Ausrüstungs-Konstante, wie z.B. die Masse, die Länge, die Zeit, den Strom, die Temperatur, die Menge einer Substanz oder die Lichtintensität der Ausrüstung 102 dargestellt wird, oder eine Kombination dieser Ausrüstungs-Konstanten. Außerdem kann die Zufallsvariable eine Kommunikationsmenge der Ausrüstung 102 sein, eine Belegung einer arithmetischen Einheit oder eines Speichers oder ein Übergangszustand innerhalb einer Software. Ferner kann die Zufallsvariable eine charakteristische Größe sein, die aus den obigen verschiedenen physikalischen Größen und Zuständen berechnet ist.
Außerdem kann die Zufallsvariable ein Wert sein, der erhalten wird, indem eine nichtlineare Umwandlung durchgeführt wird, um die obigen verschiedenen Größen wie eine Zufallsvariable zu behandeln, die einer Verteilung folgt, die theoretisch einfach behandelt werden kann. Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, in welchem eine Gaussverteilung als eine theoretische Verteilung der Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) der Ausrüstung 102 angenommen wird.
Es wird angenommen, dass dann, wenn ein Ausgang y und ein Eingang x der Ausrüstung n unter einer Mehrzahl der Ausrüstungen 102 wiederholt beobachtet werden, der Mittelwert und dessen Varianz-Kovarianz-Matrix durch die folgenden Ausdrücke dargestellt werden. Mittelwert:
Varianz-Kovarianz-Matrix:
In diesem Fall ist die Verteilung P_e,n(x) des Eingangs durch die Gaussverteilung des Mittelwerts µ_e,n,x und der Varianz Σ_e,n,xx gegeben, und die bedingte Verteilung P_e,n(y|x) des Ausgangs y hinsichtlich des Eingangs x ist durch die Gaussverteilung des Mittelwerts und die Varianz der folgenden Gleichungen gegeben. µ -_e,n(x) := µ_e,n,y + Σ_e,n,yxΣ –1 / e,n,xx(x – µ_e,n,x) Σ -_e,n(x) := Σ_e,n,yy – Σ_e,n,yxΣ –1 / e,n,xxΣ_e,n,xy Mittelwert:
Varianz-Kovarianz-Matrix:
In diesem Fall ist die bedingte Verteilung P_g,m(y|x) des Ausgangs y hinsichtlich des Eingangs y durch die Gaussverteilung des Mittelwerts und die Varianz-Kovarianz-Matrix der folgenden Gleichungen gegeben.
Mittelwert:

µ -_g,m(x) := µ_g,m,y + Σ_g,m,yxΣ –1 / g,m,xx(x – μ_g,m,x)

Varianz-Kovarianz-Matrix:

Σ -_g,m(x) := Σ_g,m,yy – Σ_g,m,yxΣ –1 / g,m,xxΣ_g,m,xy

In diesem Fall wird die relative Entropie zwischen den obigen Stücken von bedingten Verteilungsinformationen analytisch durch die folgende Gleichung erhalten, und zwar auf eine ähnliche Weise wie in Gleichung (14).
Auf eine Weise ähnlich derjenigen der zweiten Ausführungsform gilt Folgendes: Wenn der Erwartungswert der relativen Entropie hinsichtlich des Eingangs betrachtet wird, kann der Erwartungswert D(P_e,n|P_g,m) analytisch mittels der folgenden Gleichung berechnet werden.
Es sei angemerkt, dass Φ durch die folgende Gleichung dargestellt wird.
Außerdem werden eine Matrix Ξ und ein Vektor ξ jeweils durch die folgenden Gleichungen dargestellt.
bezeichnet eine Cholesky-Zerlegung der folgenden inversen Matrix: Σ - –1 / e,n.
Die gesamte Konfiguration des Anomalie-Detektionssystems 101 für verteilte Ausrüstungen in der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich zu derjenigen der zweiten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass Gleichung (18) anstelle von Gleichung (11) verwendet wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) der Ausrüstung 102 anstelle der physikalischen Größe der Ausrüstung 102 zu messen und die in der ersten Ausführungsform beschriebene Wirkung zu erhalten, selbst wenn die Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) keine endliche Menge sind.
Ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform ist es außerdem möglich, Verteilungsinformationen wirksam zu übertragen und zu empfangen, indem das in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Verfahren auf die Ausrüstung angewendet wird, deren Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) keine endliche Menge sind. Ein Beispiel für eine Konfiguration, bei welcher die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Konfiguration beispielsweise auf eine Speicherbatterie 102B angewendet wird, die an einem Schienenfahrzeug 200 montiert ist, ist eine Kombination der in 15 dargestellten Konfiguration, bei welcher die Speicherbatterien 102B an Schienenfahrzeugen 200 mit unterschiedlichen Zusammenstellungen montiert sind, mit der Konfiguration der Messeinheit 171, die in 17 dargestellt ist.
Diese Konfiguration ist dahingehend wirksam, dass eine abnorme Speicherbatterie 102B aus Speicherbatterien 102B detektiert werden kann, die an einer Mehrzahl von Schienenfahrzeugen 200 mit unterschiedlichen Zusammenstellungen montiert sind, und zwar in einem Zustand oder einer physikalischen Größe, bei welcher angenommen werden kann, dass die Benutzungsbedingungen, wie z.B. ein Ladezustand und/oder ein verschlechterter Zustand zwischen den Speicherbatterien 102B verschieden sind.
Zusammenfassung der Ausführungsformen
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen zum Überwachen von physikalischen Größe einer Mehrzahl von Ausrüstungen vom im Wesentlichen identischen Typ und zum Detektieren einer Anomalie von jeder der Mehrzahl von Ausrüstungen bereitgestellt.
Das Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen weist eine Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen und eine Verwaltungs-Servervorrichtung auf. Die Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen ist jeweils mit der Mehrzahl von Ausrüstungen verbunden, und die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen verwalten jeweils die Ausrüstungen. Die Verwaltungs-Servervorrichtung ist zum Kommunizieren der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen imstande. Jede der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen weist eine erste Kommunikationseinheit, eine Messeinheit, eine Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit, eine Verteilungs-Vergleichseinheit und eine Anomalie-Bestimmungseinheit auf.
Die erste Kommunikationseinheit kommuniziert mit der Verwaltungs-Servervorrichtung und der Messeinheit, die wiederholt die physikalische Größe der Ausrüstung misst. Die Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit berechnet Verteilungsinformationen über die Ausrüstung aus der gemessenen physikalischen Größe der Ausrüstung, und die Verteilungs-Vergleichseinheit berechnet eine Differenz zwischen den Verteilungsinformationen der Ausrüstung, die von der Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit erzeugt werden, und den integrierten Verteilungsinformationen über die gesamten Ausrüstungen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert werden.
Die Anomalie-Bestimmungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht die Ausrüstung abnorm ist, und zwar auf der Basis der berechneten Differenz zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen. Die Verwaltungs-Servervorrichtung weist eine zweite Kommunikationseinheit und eine erste Verteilungs-Integrationseinheit auf. Die zweite Kommunikationseinheit kommuniziert mit der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen.
Die erste Verteilungs-Integrationseinheit berechnet die integrierten Verteilungsinformationen, indem sie die Verteilungsinformationen über die jeweilige Mehrzahl von Ausrüstungen integriert, und zwar auf der Basis der Verteilungsinformationen über jede der Mehrzahl von Ausrüstungen, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit übertragen werden.
Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung überträgt die erzeugten Verteilungsinformationen über jede der Mehrzahl von Ausrüstungen an die Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit. Die Verwaltungs-Servervorrichtung liefert die berechneten integrierten Verteilungsinformationen an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit.
Selbst wenn der Betrieb der Ausrüstung nicht vollständig vorher vorausgesagt werden kann, ist es demzufolge möglich, eine Anomalie einer Ausrüstung zu detektieren, indem eine große Anzahl von Ausrüstungen vom gleichen Typ miteinander verglichen wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gilt im Vergleich zu dem Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung Folgendes: Die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung weist ferner einen Ausrüstungs-ID-Speicher auf, der eine ID speichert, die für die Ausrüstung eindeutig ist; sowie eine Berechnungseinheit für einen robusten Mittelwert, die einen robusten Mittelwert einer Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen auf der Basis von gelieferten Verteilungsinformationen über jede einer Mehrzahl von Gruppen berechnet, die konfiguriert werden, indem die Mehrzahl von Ausrüstungen geteilt werden.
Der Ausrüstungs-ID-Speicher überträgt die ID der Ausrüstung an die Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit. Die Verteilungs-Vergleichseinheit berechnet eine Differenz zwischen den integrierten Verteilungsinformationen über mindestens drei Gruppen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert werden, und den Verteilungsinformationen über die Ausrüstung. Die Anomalie-Bestimmungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht die Ausrüstung abnorm ist, und zwar auf der Basis des berechneten robusten Mittelwerts.
Die Verwaltungs-Servervorrichtung weist ferner eine zweite Gruppen-Zuweisungseinheit auf, die eine Anzahl der Gruppen auf der Basis der Gesamtzahl der Mehrzahl von Ausrüstungen bestimmt, und die eine Gruppe bestimmt, zu welcher jede der Ausrüstungen gehört, die mit der eigenen Verwaltungs-Servervorrichtung verbunden sind, und zwar auf der Basis der ID der Ausrüstung, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit empfangen wird. Die zweite Kommunikationseinheit liefert die Anzahl der Gruppen an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung.
Die erste Verteilungs-Integrationseinheit integriert die Verteilungsinformationen über die Mehrzahl der Ausrüstungen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit empfangen worden sind, und zwar für jede Gruppe, und sie liefert dann die integrierten Verteilungsinformationen an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit.
Selbst unter dem Umstand, dass das Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen einen bestimmten Prozentsatz von Ausrüstungen in einem abnormen Zustand enthält, ist es demzufolge möglich, eine Zustandsverteilung korrekt zu schätzen, der die normalen Ausrüstungen folgen, und die Ausrüstungen in einem abnormen Zustand auf der Basis der geschätzten Zustandsverteilung zu detektieren.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung gilt im Vergleich zum Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung Folgendes: Die Verteilungs-Vergleichseinheit überträgt die berechnete Differenz zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen an die Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit, oder die Berechnungseinheit für einen robusten Mittelwert berechnet den robusten Mittelwert auf der Basis der berechneten Differenz zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen, und sie überträgt den berechneten robusten Mittelwert an die Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit.
Die Anomalie-Bestimmungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht sich die Ausrüstung in einem abnormen Zustand befindet, und zwar auf der Basis des berechneten robusten Mittelwerts und eines Schwellenwerts, der von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert wird. Die Verwaltungs-Servervorrichtung weist ferner eine Sammeleinheit für statistische Informationen und eine Schwellenwert-Bestimmungseinheit auf. Die Sammeleinheit für statistische Informationen berechnet eine Statistik der Differenz zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen, die von der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen übertragen werden, oder des robusten Mittelwerts der Differenz zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen.
Die Schwellenwert-Bestimmungseinheit bestimmt einen Schwellenwert auf der Basis der Statistik der Differenz zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit empfangen werden, oder des robusten Mittelwerts der Differenz. Die zweite Kommunikationseinheit liefert den Schwellenwert, der von der Schwellenwert-Bestimmungseinheit bestimmt wird, an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung.
Zusätzlich zu der Wirkung gemäß dem zweiten Aspekt ist es demzufolge möglich, automatisch den Schwellenwert zu bestimmen, um zu bestimmen, ob oder ob nicht sich die Ausrüstung in einem abnormen Zustand befindet, und zwar gemäß der Betriebsbedingung der Ausrüstung.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung gilt im Vergleich zum Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung Folgendes: Die Messeinheit misst wiederholt einen Eingangswert an die Ausrüstung und einen Ausgangswert aus der Ausrüstung. Die Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit erzeugt eine Verteilung des gemessenen Eingangswerts an die Ausrüstung und eine verbundene Verteilung des Eingangswerts an die Ausrüstung und des Ausgangswerts aus der Ausrüstung.
Die Verteilungs-Vergleichseinheit berechnet eine erste bedingte Verteilung über irgendeine Eingabe aus der erzeugten verbundenen Verteilung des Eingangswerts an die Ausrüstung und des Ausgangswerts aus der Ausrüstung, berechnet eine zweite bedingte Verteilung über die Eingabe aus den integrierten Verteilungsinformationen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert werden, berechnet eine Differenz zwischen der ersten bedingten Verteilung und der zweiten bedingten Verteilung und berechnet als eine Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen einen Erwartungswert der Differenz zwischen der ersten bedingten Verteilung und der zweiten bedingten Verteilung hinsichtlich der Verteilung des Eingangswerts an die Ausrüstung, die von der Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit berechnet wird.
Zusätzlich zu der Wirkung gemäß dem zweiten Aspekt gilt daher Folgendes: Selbst wenn Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) an die Ausrüstung anstelle eines Zustands der Ausrüstung gemessen werden können, ist es möglich, eine Differenz des Eingangs jeder der Ausrüstungen auszuschließen und eine Anomalie der Ausrüstung selbst zu detektieren.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung gilt verglichen mit dem Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen von irgendeinem von zweitem bis viertem Aspekt der vorliegenden Erfindung Folgendes: Die Messeinheit misst wiederholt einen ganzzahligen Wert, einen reellen Wert oder einen Vektorwert als die physikalische Größe der Ausrüstung oder die Eingangs- und Ausgangswerte der Ausrüstung. Die Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit berechnet eine vorbestimmte Statistik der wiederholt gemessenen Werte der physikalischen Größe des Eingangs und Ausgangs der Ausrüstung, und sie schätzt einen Parameter einer vorbestimmten theoretischen Verteilung auf der Basis der berechneten Statistik.
Die Verteilungs-Vergleichseinheit berechnet aus dem geschätzten Parameter der theoretischen Verteilung und einem Parameter der integrierten Verteilung, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert wird, eine Differenz zwischen Stücken der Verteilungsinformationen. Die erste Verteilungs-Integrationseinheit integriert die vorbestimmte Statistik der gemessenen Werte der physikalischen Größe oder des Eingangs und Ausgangs der Ausrüstung, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung empfangen worden ist, und sie schätzt einen Parameter einer vorbestimmten integrierten Verteilung auf der Basis der integrierten Statistik.
Selbst wenn ein Zustand der Ausrüstung oder Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) der Ausrüstung keine endliche Menge sind, werden die Wirkungen gemäß dem ersten bis vierten Aspekt erhalten.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung gilt im Vergleich zum Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen des fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung Folgendes: Die vorbestimmte Statistik ist ein Mittelwert, eine Varianz, ein Moment, ein Maximalwert, ein Minimalwert, ein Median oder eine Kombination dieser Werte.
Selbst wenn ein Zustand der Ausrüstung oder Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) der Ausrüstung keine endliche Menge sind, werden die Wirkungen gemäß dem ersten bis fünften Aspekt erhalten.
Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung gilt verglichen mit dem Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen des fünften oder sechsten Aspekts der vorliegenden Erfindung Folgendes: Der Messwert der physikalischen Größe der Ausrüstung oder der Eingang und Ausgang der Ausrüstung ist ein ganzzahliger Wert, ein reeller Wert oder ein Vektorwert, die erhalten werden, indem eine lineare oder nichtlineare Umwandlung eines ganzzahligen Werts, eines reellen Werts oder eines Vektorwerts durchgeführt werden, die durch Messen der Ausrüstung erhalten werden.
Selbst wenn ein Zustand der Ausrüstung nicht einer theoretischen Verteilung folgt, die einfach verwendet werden kann, oder wenn Eingangs- und Ausgangsdaten (Eingangs- und Ausgangswerte) der Ausrüstung nicht in einem linearen Verhältnis stehen, werden die Wirkungen gemäß dem fünften oder sechsten Aspekt erhalten.
Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung gilt im Vergleich zu dem Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung Folgendes: Das Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen weist ferner mindestens eine Relais-Server-Vorrichtung auf, die zum Kommunizieren mit der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen oder einer Relais-Server-Vorrichtung niedriger Ordnung imstande ist und zum Kommunizieren mit der Verwaltungs-Servervorrichtung oder einer Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung imstande ist.
Die Relais-Server-Vorrichtung weist eine Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung, eine Kommunikationseinheit höherer Ordnung, eine erste Gruppen-Zuweisungseinheit, eine zweite Verteilungs-Integrationseinheit, eine Verteilungs-Liefereinheit, eine Sammeleinheit für statistische Informationen und eine Schwellenwert-Liefereinheit auf. Die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung kommuniziert mit der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen oder der Relais-Server-Vorrichtung niedrigerer Ordnung und der Kommunikationseinheit höherer Ordnung, die mit der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung kommuniziert.
Die erste Gruppen-Zuweisungseinheit bestimmt eine Gruppe, zu welcher jede der Ausrüstungen gehört, die mit der eigenen Vorrichtung verbunden sind, und zwar auf der Basis der ID der Ausrüstung, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung empfangen worden ist, und der Anzahl von Gruppen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung durch die Kommunikationseinheit höherer Ordnung geliefert wird.
Die zweite Verteilungs-Integrationseinheit integriert Verteilungsinformationen über Ausrüstungen, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung für jede Gruppe empfangen worden sind, und sie liefert dann integrierte Verteilungsinformationen über jede Gruppe aus, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung durch die Kommunikationseinheit höherer Ordnung geliefert worden sind, an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung oder die Relais-Server-Vorrichtung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung.
Die Verteilungs-Liefereinheit liefert die integrierten Verteilungsinformationen oder einen Parameter der integrierten Verteilungsinformationen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung durch die Kommunikationseinheit höherer Ordnung geliefert worden sind, an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung oder die Relais-Server-Vorrichtung niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung. Die Sammeleinheit für statistische Informationen berechnet eine Statistik einer Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen oder einen robusten Mittelwert der Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen, die von der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen übertragen worden sind.
Die Schwellenwert-Liefereinheit liefert ferner einen Schwellenwert, der von der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Servervorrichtung höherer Ordnung geliefert wird, durch die Kommunikationseinheit höherer Ordnung an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung oder die Relais-Server-Vorrichtung niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung.
Zusätzlich zu der Wirkung gemäß dem ersten Aspekt gilt daher Folgendes: Selbst wenn das System eine extrem große Anzahl von Ausrüstungen aufweist, ist es möglich, das System mit niedrigen Kosten zu konstruieren, ohne eine hochperformante Informations-Kommunikationausrüstung zu verwenden, und zwar indem eine Integration und dann eine Lieferung von Verteilungen durch die Relais-Server-Vorrichtungen auf eine verteilte Weise durchgeführt wird.
Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung gilt im Vergleich zum Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen von irgendeinem von erstem bis achten Aspekt der vorliegenden Erfindung Folgendes: Jede der Mehrzahl von Ausrüstungen ist ein Leistungsumrichter, eine Speicherbatterie, eine Bremsvorrichtung oder ein Motor.
Bei dem Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen gemäß dem ersten bis achten Aspekt werden folglich die obigen Wirkungen erzielt, wenn jede der Ausrüstungen ein Leistungsumrichter, eine Speicherbatterie, eine Bremsvorrichtung oder ein Motor ist. Gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung zur Verwendung in einem Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen zum Überwachen von physikalischen Größe einer Mehrzahl von Ausrüstungen vom im Wesentlichen identischen Typ und zum Detektieren einer Anomalie von jeder der Mehrzahl von Ausrüstungen bereitgestellt.
Eine Mehrzahl der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen ist jeweils mit der Mehrzahl von Ausrüstungen verbunden, um jede der Mehrzahl von Ausrüstungen zu verwalten. Jede der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen weist eine Verteilungs-Vergleichseinheit, eine Berechnungseinheit für einen robusten Mittelwert und eine Anomalie-Bestimmungseinheit auf. Die Verteilungs-Vergleichseinheit berechnet eine Differenz zwischen den Verteilungsinformationen über jede der Mehrzahl der Ausrüstungen und den integrierten Verteilungsinformationen über mindestens drei Gruppen, die konfiguriert werden, indem die Mehrzahl von Ausrüstungen geteilt werden, wobei die integrierten Verteilungsinformationen erhalten werden, indem die Verteilungsinformationen über die physikalische Größe jeder der Mehrzahl von Ausrüstungen für jede der Gruppen integriert werden.
Die Berechnungseinheit für einen robusten Mittelwert berechnet einen robusten Mittelwert einer Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen auf der Basis der Verteilungsinformationen über jede der Gruppen. Die Anomalie-Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob oder ob nicht die Ausrüstung abnorm ist, und zwar auf der Basis des berechneten robusten Mittelwerts. Gemäß der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung gemäß dem zehnten Aspekt gilt daher Folgendes: Selbst wenn der Betrieb der Ausrüstung nicht vollständig vorher vorausgesagt werden kann, ist es möglich, eine Anomalie der Ausrüstung zu detektieren, indem eine große Anzahl von Ausrüstungen vom gleichen Typ miteinander verglichen wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben im Einzelnen beschrieben, gilt bei dem Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes: Selbst wenn der Betrieb der Ausrüstung vorher nicht vollständig vorausgesagt werden kann, ist es möglich, eine Anomalie der Ausrüstung zu detektieren, indem eine große Anzahl von Ausrüstungen vom gleichen Typ miteinander verglichen wird.
Selbst wenn das System eine extrem große Anzahl von Ausrüstungen aufweist, ist es außerdem möglich, das System mit niedrigen Kosten aufzubauen, ohne eine hochleistungsfähige Informations-Kommunikationausrüstung zu verwenden, und zwar indem eine Integration und dann eine Lieferung von Verteilungen durch die Relais-Server-Vorrichtungen auf eine verteilte Weise durchgeführt wird.
Demzufolge ist es möglich, die Kommunikationsdatenmenge zu verringern, wenn Batterieinformationen, wie z.B. Strom, Spannung und Temperatur für eine große Zahl von Ausrüstungen gesammelt werden, und auch die Berechnungsmenge zu verringern, und es ist möglich, das Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen bereitzustellen, das mit einer Sammelvorrichtung mit geringen Kosten und einer Analyse-Verarbeitungsvorrichtung mit geringen Kosten implementiert werden kann.
Bezugszeichenliste

101: Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen
102: Ausrüstung
102A: Anzeigeeinheit
102B: Speicherbatterie
103: Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung
103A, 103B: Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung
104: Verwaltungs-Servervorrichtung
104a: Antenne
105: Kommunikationsleitung
106, 106m: Relais-Server-Vorrichtung
106a: Antenne
141: Spannungs-Messeinheit
142: Spannungsbestimmungs-Signalerzeugungseinheit
161: Messeinheit
162: Strom-Messeinheit
163: Strombestimmungs-Signalerzeugungseinheit
164: Daten-Integrationseinheit
171: Messeinheit
200: Schienenfahrzeug
201: Schienen-Zug
301: Messeinheit
302: Ausrüstungs-ID-Speicher
303: Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit
304: Kommunikationseinheit
305: Verteilungs-Vergleichseinheit
306: Berechnungseinheit für einen robusten Mittelwert
307: Anomalie-Bestimmungseinheit
401: Gruppen-Zuweisungseinheit
402: Kommunikationseinheit höherer Ordnung
403: Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung
404: Verteilungs-Integrationseinheit
405: Verteilungs-Liefereinheit
406: Sammeleinheit für statistische Informationen
407: Schwellenwert-Liefereinheit
501: Gruppen-Zuweisungseinheit
503: Verteilungs-Integrationseinheit
504: Schwellenwert-Bestimmungseinheit
600: Datenzentrum

Claims

Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen zum Überwachen physikalischer Größen einer Mehrzahl von Ausrüstungen vom im Wesentlichen identischen Typ und zum Detektieren einer Anomalie von jeder von der Mehrzahl von Ausrüstungen, wobei das Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen Folgendes aufweist: eine Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen, die jeweils mit der Mehrzahl von Ausrüstungen verbunden, wobei die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen jeweils die Ausrüstungen verwalten; und eine Verwaltungs-Servervorrichtung, die zum Kommunizieren mit der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen imstande ist, wobei jede der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen Folgendes aufweist: eine erste Kommunikationseinheit, die mit der Verwaltungs-Servervorrichtung kommuniziert; eine Messeinheit, die wiederholt die physikalische Größe der Ausrüstung misst; eine Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit, die die Verteilungsinformationen über die Ausrüstungen aus der gemessenen physikalischen Größe der Ausrüstung berechnet; eine Verteilungs-Vergleichseinheit, die eine Differenz zwischen den Verteilungsinformationen über die Ausrüstungen, die von der Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit erzeugt wird, und den integrierten Verteilungsinformationen über die gesamten Ausrüstungen berechnet, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert werden; und eine Anomalie-Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob oder ob nicht die Ausrüstung abnorm ist, und zwar auf der Basis der berechneten Differenz zwischen Stücken der Verteilungsinformationen, wobei die Verwaltungs-Servervorrichtung Folgendes aufweist: eine zweite Kommunikationseinheit, die mit der Mehrzahl von Ausrüstungs- Verwaltungsvorrichtungen kommuniziert; und eine erste Verteilungs-Integrationseinheit, die die integrierten Verteilungsinformationen berechnet, indem sie die Verteilungsinformationen über die jeweilige Mehrzahl von Ausrüstungen integriert, und zwar auf der Basis der Verteilungsinformationen über jede der Mehrzahl von Ausrüstungen, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit übertragen werden, wobei die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung die erzeugten Verteilungsinformationen über jede der Mehrzahl von Ausrüstungen an die Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit überträgt, und wobei die Verwaltungs-Servervorrichtung die berechneten integrierten Verteilungsinformationen an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit liefert.
Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen nach Anspruch 1, wobei die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung ferner Folgendes aufweist: einen Ausrüstungs-ID-Speicher, der eine ID speichert, die für die Ausrüstung eindeutig ist; und eine Berechnungseinheit für einen robusten Mittelwert, die einen robusten Mittelwert einer Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen berechnet, und zwar auf der Basis von gelieferten Verteilungsinformationen über jede von einer Mehrzahl von Gruppen, die konfiguriert werden, indem die Mehrzahl von Ausrüstungen aufgeteilt werden, wobei der Ausrüstungs-ID-Speicher die ID der Ausrüstung an die Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit überträgt, wobei die Verteilungs-Vergleichseinheit eine Differenz zwischen den integrierten Verteilungsinformationen über mindestens drei Gruppen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert werden, und den Verteilungsinformationen über die Ausrüstung berechnet, wobei die Anomalie-Bestimmungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht die Ausrüstung abnorm ist, und zwar auf der Basis des berechneten robusten Mittelwerts, wobei die Verwaltungs-Servervorrichtung ferner eine zweite Gruppen-Zuweisungseinheit aufweist, die eine Anzahl der Gruppen auf der Basis der Gesamtzahl der Mehrzahl von Ausrüstungen bestimmt, und die eine Gruppe bestimmt, zu welcher jede der Ausrüstungen gehört, die mit der eigenen Verwaltungs-Servervorrichtung verbunden sind, und zwar auf der Basis der ID der Ausrüstung, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit empfangen wird, wobei die zweite Kommunikationseinheit die Anzahl der Gruppen an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung liefert, und wobei die erste Verteilungs-Integrationseinheit die Verteilungsinformationen über die Mehrzahl der Ausrüstungen integriert, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit empfangen worden sind, und zwar für jede Gruppe, und dann die integrierten Verteilungsinformationen an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit liefert.
Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen nach Anspruch 2, wobei die Verteilungs-Vergleichseinheit die berechnete Differenz zwischen Stücken der Verteilungsinformationen an die Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit überträgt, oder wobei die Berechnungseinheit für einen robusten Mittelwert den robusten Mittelwert auf der Basis der berechneten Differenz zwischen Stücken der Verteilungsinformationen berechnet, und wobei sie den berechneten robusten Mittelwert an die Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit überträgt, wobei die Anomalie-Bestimmungseinheit bestimmt, ob oder ob nicht sich die Ausrüstung in einem abnormen Zustand befindet, und zwar auf der Basis des berechneten robusten Mittelwerts und eines Schwellenwerts, der von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert wird, wobei die Verwaltungs-Servervorrichtung ferner Folgendes aufweist: eine Sammeleinheit für statistische Informationen, die eine Statistik der Differenz zwischen Stücken der Verteilungsinformationen, die von der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen übertragen werden, oder des robusten Mittelwerts der Differenz zwischen Stücken der Verteilungsinformationen berechnet; und eine Schwellenwert-Bestimmungseinheit, die einen Schwellenwert auf der Basis der Statistik der Differenz zwischen den Stücken der Verteilungsinformationen, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die zweite Kommunikationseinheit empfangen werden, oder des robusten Mittelwerts der Differenz bestimmt, und wobei die zweite Kommunikationseinheit den Schwellenwert, der von der Schwellenwert-Bestimmungseinheit bestimmt wird, an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung liefert.
Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen nach Anspruch 2, wobei die Messeinheit wiederholt einen Eingangswert an die Ausrüstung und einen Ausgangswert von der Ausrüstung misst, wobei die Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit eine Verteilung des gemessenen Eingangswerts an die Ausrüstung und eine verbundene Verteilung des Eingangswerts an die Ausrüstung und des Ausgangswerts von der Ausrüstung erzeugt, und wobei die Verteilungs-Vergleichseinheit eine erste bedingte Verteilung über irgendeine Eingabe aus der erzeugten verbundenen Verteilung des Eingangswerts an die Ausrüstung und des Ausgangswerts von der Ausrüstung berechnet, eine zweite bedingte Verteilung über die Eingabe aus den integrierten Verteilungsinformationen berechnet, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert werden, eine Differenz zwischen der ersten bedingten Verteilung und der zweiten bedingten Verteilung berechnet und als eine Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen einen Erwartungswert der Differenz zwischen der ersten bedingten Verteilung und der zweiten bedingten Verteilung hinsichtlich der Verteilung des Eingangswerts an die Ausrüstung berechnet, die von der Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit berechnet wird.
Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Messeinheit wiederholt einen ganzzahligen Wert, einen reellen Wert oder einen Vektorwert als die physikalische Größe der Ausrüstung oder die Eingangs- und Ausgangswerte der Ausrüstung misst, wobei die Verteilungsinformations-Erzeugungseinheit eine vorbestimmte Statistik der wiederholt gemessenen Werte der physikalischen Größe des Eingangs und Ausgangs der Ausrüstung berechnet und einen Parameter einer vorbestimmten theoretischen Verteilung auf der Basis der berechneten Statistik schätzt, wobei die Verteilungs-Vergleichseinheit aus dem geschätzten Parameter der theoretischen Verteilung und einem Parameter der integrierten Verteilung, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung durch die erste Kommunikationseinheit geliefert wird, eine Differenz zwischen Stücken der Verteilungsinformationen berechnet, und wobei die erste Verteilungs-Integrationseinheit die vorbestimmte Statistik der gemessenen Werte der physikalischen Größe oder des Eingangs und Ausgangs der Ausrüstung integriert, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung empfangen worden ist, und einen Parameter einer vorbestimmten integrierten Verteilung auf der Basis der integrierten Statistik schätzt.
Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Statistik ein Mittelwert, eine Varianz, ein Moment, ein Maximalwert, ein Minimalwert, ein Median oder eine Kombination dieser Werte ist.
Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Messwert der physikalischen Größe der Ausrüstung oder der Eingang und Ausgang der Ausrüstung ein ganzzahliger Wert, ein reeller Wert oder ein Vektorwert ist, der erhalten wird, indem eine lineare oder nichtlineare Umwandlung eines ganzzahligen Werts, eines reellen Werts oder eines Vektorwerts vorgenommen wird, die durch Messen der Ausrüstung erhalten werden.
Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen nach Anspruch 1, die ferner mindestens eine Relais-Server-Vorrichtung aufweist, die dazu imstande ist, mit der Mehrzahl der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen oder eine Relais-Server-Vorrichtung niedrigerer Ordnung zu kommunizieren, und die dazu imstande ist, mit der Verwaltungs-Servervorrichtung oder einer Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung zu kommunizieren, wobei die Relais-Server-Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung, die mit der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen oder der Relais-Server-Vorrichtung niedrigerer Ordnung kommuniziert; eine Kommunikationseinheit höherer Ordnung, die mit der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung kommuniziert; eine erste Gruppen-Zuweisungseinheit, die eine Gruppe bestimmt, zu welcher jede der Ausrüstungen gehört, die mit der eigenen Vorrichtung verbunden ist, und zwar auf der Basis der ID der Ausrüstung, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung empfangen worden ist, und der Anzahl der Gruppen, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung durch die Kommunikationseinheit höherer Ordnung geliefert wird; eine zweite Verteilungs-Integrationseinheit, die Verteilungsinformationen über Ausrüstungen integriert, die von der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung für jede Gruppe empfangen worden sind, und die dann integrierte Verteilungsinformationen über jede Gruppe liefert, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung durch die Kommunikationseinheit höherer Ordnung geliefert worden sind, und zwar an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung oder die Relais-Server-Vorrichtung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung; eine Verteilungs-Liefereinheit, die die integrierten Verteilungsinformationen oder einen Parameter der integrierten Verteilungsinformationen liefert, die von der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Relais-Server-Vorrichtung höherer Ordnung durch die Kommunikationseinheit höherer Ordnung geliefert worden sind, und zwar an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung oder die Relais-Server-Vorrichtung niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung; eine Sammeleinheit für statistische Informationen, die eine Statistik der Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen oder eines robusten Mittelwerts der Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen berechnet, die von der Mehrzahl von Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen übertragen werden; und eine Schwellenwert-Liefereinheit, die ferner einen Schwellenwert liefert, der von der Verwaltungs-Servervorrichtung oder der Servervorrichtung höherer Ordnung geliefert wird, und zwar durch die Kommunikationseinheit höherer Ordnung an die Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung oder die Relais-Server-Vorrichtung niedrigerer Ordnung durch die Kommunikationseinheit niedrigerer Ordnung.
Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jede von der Mehrzahl von Ausrüstungen ein Leistungsumrichter, eine Speicherbatterie, eine Bremsvorrichtung oder ein Motor ist.
Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtung zur Verwendung in einem Anomalie-Detektionssystem für verteilte Ausrüstungen zum Überwachen physikalischer Größen einer Mehrzahl von Ausrüstungen vom im Wesentlichen identischen Typ und zum Detektieren einer Anomalie von jeder der Mehrzahl von Ausrüstungen, wobei eine Mehrzahl der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen jeweils mit der Mehrzahl von Ausrüstungen verbunden ist, um jede der Mehrzahl von Ausrüstungen zu verwalten, wobei jede der Ausrüstungs-Verwaltungsvorrichtungen Folgendes aufweist: eine Verteilungs-Vergleichseinheit, die eine Differenz zwischen den Verteilungsinformationen über jede der Mehrzahl der Ausrüstungen und den integrierten Verteilungsinformationen über mindestens drei Gruppen berechnet, die konfiguriert werden, indem die Mehrzahl von Ausrüstungen aufgeteilt werden, wobei die integrierten Verteilungsinformationen erhalten werden, indem die Verteilungsinformationen über die physikalische Größe jeder der Mehrzahl von Ausrüstungen für jede der Gruppen integriert werden; eine Berechnungseinheit für einen robusten Mittelwert, die einen robusten Mittelwert einer Differenz zwischen Stücken von Verteilungsinformationen auf der Basis der Verteilungsinformationen über jede der Gruppen berechnet; und eine Anomalie-Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob oder ob nicht die Ausrüstung abnorm ist, und zwar auf der Basis des berechneten robusten Mittelwerts.