JP2021111034A - Abnormality detection program, abnormality detection method, and information processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異常検知技術に関する。 The present invention relates to an abnormality detection technique.
運用状態の管理対象となる物(管理対象物)には、各種センサーが取り付けられている。センサーで計測した計測値を含む計測データは、IoT(Internet of Things)などの技術を用いてサーバで収集することができる。サーバは、収集した多数のセンサーの計測データを解析し、管理対象物の状態を把握することができる。例えばサーバは、船舶に取り付けられた多数のセンサーの計測値の時系列変化に基づいて、その船舶の運行状況や性能を把握することができる。またサーバは、船舶に取り付けられた多数のセンサーの計測値を入力データとして機械学習を行い、船舶の性能診断用の予測モデルを生成することもできる。そしてサーバは、生成した予測モデルを用いて、センサーの計測データに基づいて、船舶の運行に支障があるような異常の有無を推定することができる。 Various sensors are attached to the objects to be managed in the operating state (managed objects). The measurement data including the measurement value measured by the sensor can be collected by the server using a technology such as IoT (Internet of Things). The server can analyze the measurement data of a large number of collected sensors and grasp the state of the managed object. For example, the server can grasp the operation status and performance of a ship based on the time-series changes of the measured values of a large number of sensors attached to the ship. The server can also perform machine learning using the measured values of a large number of sensors attached to the ship as input data and generate a prediction model for diagnosing the performance of the ship. Then, the server can estimate the presence or absence of an abnormality that hinders the operation of the ship based on the measurement data of the sensor by using the generated prediction model.
計測したデータに基づくデータ処理技術としては、例えばネットワーク装置の通信トラフィック等の時系列データの特定不能な変動による異常を適正に検知する時系列データ異常監視装置が提案されている。 As a data processing technique based on the measured data, a time-series data abnormality monitoring device that appropriately detects an abnormality due to unspecified fluctuations in time-series data such as communication traffic of a network device has been proposed.
センサーの計測データには、スパイクノイズ、計測ミスデータなどの計測異常に起因する異常データが含まれることがある。これらの異常データは、センサーが取り付けられた管理対象物の状態を正しく表しているものではない。管理対象物に取り付けられた複数のセンサーの計測データに異常データが含まれると、計測データを用いた管理対象物の状態の判断を正しく行うことができない。そこでサーバでは、例えばセンサーから得られた計測値に基づく所定の指標値が閾値を超えた場合に、その計測データに異常データが含まれると判断して、その計測データを解析対象から除外することができる。 The measurement data of the sensor may include abnormality data caused by measurement abnormality such as spike noise and measurement error data. These anomalous data do not accurately represent the state of the controlled object to which the sensor is attached. If the measurement data of a plurality of sensors attached to the controlled object contains abnormal data, the state of the controlled object cannot be correctly determined using the measured data. Therefore, for example, when a predetermined index value based on the measured value obtained from the sensor exceeds the threshold value, the server determines that the measured data contains abnormal data and excludes the measured data from the analysis target. Can be done.
しかし、閾値との比較によるデータの異常検知は、判定用の閾値が専門家により予め設定されていることが前提となり、専門家により閾値が設定されていないデータの異常を検知することはできない。しかも、ネットワーク装置のような管理された環境下にある管理対象物と異なり、例えば船舶のような自然環境下で運用される管理対象物は、外部環境の影響によりセンサーの計測データに異常データが表れる場合が多々ある。そのため、すべての状況を想定して閾値を設定しておくことは困難である。このように従来技術では、予想外の事象に起因する異常なデータを検知することができず、異常なデータの検知精度を上げることが困難となっている。 However, the detection of data abnormality by comparison with the threshold value is based on the premise that the threshold value for determination is set in advance by the expert, and it is not possible to detect the abnormality of the data for which the threshold value is not set by the expert. Moreover, unlike managed objects in a controlled environment such as network devices, managed objects operated in a natural environment such as ships have abnormal data in the sensor measurement data due to the influence of the external environment. It often appears. Therefore, it is difficult to set the threshold value assuming all situations. As described above, in the prior art, it is not possible to detect abnormal data caused by an unexpected event, and it is difficult to improve the detection accuracy of the abnormal data.
1つの側面では、本件は、異常なデータの検知精度を向上させることを目的とする。 On one side, the present case aims to improve the detection accuracy of anomalous data.
1つの案では、以下の処理をコンピュータに実行させることを特徴とする異常検知プログラムが提供される。
コンピュータは、第1のセンサーの計測に基づいて得られた第1の複数の値と第2のセンサーの計測に基づいて得られた第2の複数の値とを取得する。次にコンピュータは、第1の複数の値のそれぞれと第2の複数の値のそれぞれとを組み合わせた複数の組を複数のグループに分類する。そしてコンピュータは、複数のグループのそれぞれに含まれる組の数の変化に応じて異常を検知する。
One proposal provides an anomaly detection program characterized by causing a computer to perform the following processes.
The computer acquires the first plurality of values obtained based on the measurement of the first sensor and the second plurality of values obtained based on the measurement of the second sensor. Next, the computer classifies a plurality of sets in which each of the first plurality of values and each of the second plurality of values are combined into a plurality of groups. Then, the computer detects the abnormality according to the change in the number of pairs included in each of the plurality of groups.
1態様によれば、異常なデータの検知精度を向上させることができる。 According to one aspect, the detection accuracy of abnormal data can be improved.
以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。なお各実施の形態は、矛盾のない範囲で複数の実施の形態を組み合わせて実施することができる。
〔第1の実施の形態〕
図1は、第1の実施の形態に係る異常検知方法の一例を示す図である。図1には、異常検知方法を、情報処理装置10を用いて実施した場合の例を示している。情報処理装置10は、例えば異常検知方法の処理手順が記述された異常検知プログラムを実行することにより、異常検知方法に係る処理を実行することができる。
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. It should be noted that each embodiment can be implemented by combining a plurality of embodiments within a consistent range.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an abnormality detection method according to the first embodiment. FIG. 1 shows an example in which the abnormality detection method is carried out by using the
情報処理装置10は、記憶部11と処理部12とを有する。記憶部11は、例えば情報処理装置10が有するメモリ、またはストレージ装置である。処理部12は、例えば情報処理装置10が有するプロセッサ、または演算回路である。
The
情報処理装置10には、第1のセンサー1と第2のセンサー2とがネットワークを介して接続されている。第1のセンサー1と第2のセンサー2とは、例えば状態の管理対象となる機器(管理対象機器)に取り付けられたセンサーである。管理対象機器としては、船舶や自動車のような屋外で使用される機器も含まれる。
The
記憶部11は、第1のセンサー1および第2のセンサー2が計測した時系列の計測値を記憶する。例えば記憶部11には、所定の単位期間P1,P2ごとに、該当単位期間内に第1のセンサー1および第2のセンサー2それぞれにより一定時間間隔(単位期間P1,P2よりも短い時間間隔)で計測された計測値を記憶する。
The
処理部12は、第1のセンサー1および第2のセンサー2が計測した時系列の計測値を第1のセンサー1および第2のセンサー2から取得して、計測値を記憶部11に格納する。そして処理部12は、記憶部11に格納された計測値に基づいて、第1のセンサー1または第2のセンサー2の計測値に含まれる可能性がある異常なデータを検知する。異常なデータは、スパイクノイズまたは計測ミスなどが発生したときの計測値である。例えば第1のセンサー1または第2のセンサー2は、外乱などの影響によって異常なデータを計測値として出力する。ある単位期間内に計測したデータに異常なデータが含まれる場合、その単位期間内に計測したデータを、機械学習などの解析処理で使用するのは不適切である。そこで処理部12は、第1のセンサー1および第2のセンサー2が計測した時系列の計測値からの異常データの検知を行い、異常なデータを含むデータが解析処理に使用されることを抑止する。
The processing unit 12 acquires the time-series measured values measured by the
例えば処理部12は、第1のセンサー1の計測に基づいて得られた第1の複数の値と第2のセンサーの計測に基づいて得られた第2の複数の値とを取得する。例えば処理部12は、第1のセンサー1の計測によって得られた計測値の所定の時間間隔ΔTの変化率を第1の複数の値として取得し、第2のセンサー2の計測によって得られた計測値の所定の時間間隔ΔTの変化率を第2の複数の値として取得する。変化率は、例えば所定の時間間隔ΔTの間の平均変化率である。例えば測定値の時間変化が式f(T)で表せる場合(Tは、時刻を示す変数)、平均変化率は、差分商「{f(T+ΔT)−f(T)}/ΔT」によって求めることができる。なお処理部12は、式f(T)の微分演算を行い、時間間隔ΔTごとの微分係数f’(T)を変化率とすることもできる。
For example, the processing unit 12 acquires a first plurality of values obtained based on the measurement of the
次に処理部12は、第1の複数の値のそれぞれと第2の複数の値のそれぞれとを組み合わせた複数の組を複数のグループに分類する。各組は、第1のセンサー1と第2のセンサー2とにおいて同じ時刻の計測に基づいて得られた値の組である。例えば1つの組は、ある時刻における第1のセンサー1の測定値の変化率と、同じ時刻における第2のセンサー2の測定値の変化率との組である。
Next, the processing unit 12 classifies a plurality of sets in which each of the first plurality of values and each of the second plurality of values are combined into a plurality of groups. Each set is a set of values obtained by measuring the same time in the
例えば処理部12は、各組に対応する点がプロットされる所定の座標系上の位置に基づいて複数の組を分類することができる。具体的には、処理部12は、第1の複数の値に対応する第1の座標軸と第2の複数の値に対応する第2の座標軸とを有する座標系を生成する。処理部12は、生成した座標系上に複数のグループのいずれかに対応する複数の領域を生成する。そして処理部12は、複数の組それぞれについて、組に含まれる2つの値を座標値とする点が属する領域に対応するグループにその組を分類する。 For example, the processing unit 12 can classify a plurality of sets based on the positions on a predetermined coordinate system in which the points corresponding to each set are plotted. Specifically, the processing unit 12 generates a coordinate system having a first coordinate axis corresponding to the first plurality of values and a second coordinate axis corresponding to the second plurality of values. The processing unit 12 generates a plurality of regions corresponding to any of the plurality of groups on the generated coordinate system. Then, the processing unit 12 classifies each of the plurality of sets into a group corresponding to the area to which the points having the two values included in the set as the coordinate values belong.
図1の例では処理部12は、複数の領域として、座標系の原点を含む領域、第1の座標軸を含む領域、第2の座標軸を含む領域、および第1の座標軸と第2の座標軸とを含まない領域を生成している。座標系の原点を含む領域は、Aグループに対応付けられている。第1の座標軸を含む領域と第2の座標軸を含む領域とはBグループに対応付けられている。第1の座標軸と第2の座標軸とを含まない領域は、Cグループに対応付けられている。この場合、処理部12は、複数の組それぞれを、A,B,Cの3つのグループのうち、その組を示す点が属する領域に対応するグループに分類する。 In the example of FIG. 1, the processing unit 12 includes, as a plurality of regions, a region including the origin of the coordinate system, a region including the first coordinate axis, a region including the second coordinate axis, and a first coordinate axis and a second coordinate axis. The area that does not contain is generated. The area including the origin of the coordinate system is associated with the A group. The area including the first coordinate axis and the area including the second coordinate axis are associated with the B group. The area that does not include the first coordinate axis and the second coordinate axis is associated with the C group. In this case, the processing unit 12 classifies each of the plurality of sets into a group corresponding to the area to which the point indicating the set belongs among the three groups A, B, and C.
そして処理部12は、複数のグループのそれぞれに含まれる組の数の変化に応じて、異常を検知する。例えば処理部12は、複数のグループのそれぞれに含まれる組の数のグループ間での比率が、時間経過と共に変化した場合、データの異常を検知する。 Then, the processing unit 12 detects an abnormality according to a change in the number of sets included in each of the plurality of groups. For example, the processing unit 12 detects an abnormality in data when the ratio of the number of pairs included in each of the plurality of groups changes with the passage of time.
具体的には、処理部12は、第1の複数の値と第2の複数の値の取得の際に、単位期間P1,P2ごとに、第1の複数の値と第2の複数の値とを取得する。次に処理部12は、複数の組の分類を単位期間P1,P2ごとに実行する。さらに処理部12は、単位期間P1,P2ごとに、複数のグループを含まれる組の数でソートする。そして処理部12は、第1の単位期間における複数のグループのソート後の順番と、第2の単位期間における複数のグループのソート後の順番とが一致しないとき、異常があると判断する。 Specifically, when the processing unit 12 acquires the first plurality of values and the second plurality of values, the first plurality of values and the second plurality of values are obtained for each unit period P1 and P2. And get. Next, the processing unit 12 executes the classification of a plurality of sets for each unit period P1 and P2. Further, the processing unit 12 sorts by the number of pairs including a plurality of groups for each unit period P1 and P2. Then, the processing unit 12 determines that there is an abnormality when the sorted order of the plurality of groups in the first unit period and the sorted order of the plurality of groups in the second unit period do not match.
図1の例では、単位期間P1においては、Bグループに多くの組が含まれるが、Cグループには含まれない。それに対して、単位期間P2においては、Bグループに少量の組が含まれるが、Cグループには多くの組が含まれている。すなわち単位期間P1と単位期間P2とでは、Bグループに含まれる組の数とCグループに含まれる組の数とが逆転している。この場合、処理部12は、データに異常があると検知する。 In the example of FIG. 1, in the unit period P1, many pairs are included in the B group, but are not included in the C group. On the other hand, in the unit period P2, the B group contains a small amount of pairs, but the C group contains many pairs. That is, in the unit period P1 and the unit period P2, the number of pairs included in the B group and the number of pairs included in the C group are reversed. In this case, the processing unit 12 detects that there is an abnormality in the data.
このようにして、データの異常を検知することができる。このようなデータの異常の検知では、特定の事象を想定した異常の判定用の閾値の設定が不要であり、未知の事象に起因するデータの異常も検知可能である。その結果、データ異常の検知精度が向上する。 In this way, it is possible to detect an abnormality in the data. In the detection of such an abnormality of data, it is not necessary to set a threshold value for determining an abnormality assuming a specific event, and it is possible to detect an abnormality of data caused by an unknown event. As a result, the accuracy of detecting data abnormalities is improved.
ところでセンサーから出力される異常なデータは、そのセンサーが本来計測すべき物理量が採る値とは大きく異なる値が出力されることが多い。そのため異常データの検知では、計測値の急激な変化を強調するように変換することで、異常のデータの検知が容易となる。 By the way, the abnormal data output from the sensor often outputs a value that is significantly different from the value taken by the physical quantity that the sensor should originally measure. Therefore, in the detection of abnormal data, it becomes easy to detect the abnormal data by converting so as to emphasize the sudden change in the measured value.
そこで処理部12は、例えば、第1のセンサー1の計測値の変化率と第2のセンサー2の計測値の変化率とを、第1の複数の値および第2の複数の値として取得する。これにより、計測値の急激な変化が強調される。図1の例では、第1のセンサー1の計測値が、特定の時刻に急激に増加している。第1のセンサー1の測定値の変化率をとると、計測値が急激に変化した時刻において極端に大きな値が検出される。計測値の急激な変化が強調されることで、異常な値との測定値の検出精度が向上する。
Therefore, for example, the processing unit 12 acquires the rate of change of the measured value of the
また処理部12は、各組を、その組に含まれる値を座標値とする点が属する領域に対応するグループに分類することで、相関図に表れる相関の崩れを検知することができる。例えば第1のセンサー1と第2のセンサー2とがある管理対象物に取り付けられているものとする。このとき、第1のセンサー1の計測に基づいて得られた第1の複数の値と第2のセンサー2の計測に基づいて得られた第2の複数の値との間に、ある種の相関関係(正の相関、負の相関、相関なしなど)があることがわかっている場合がある。相関関係は、相関図上にプロットされた点の散らばり方に表れる。そこで処理部12は、相関図上の点が、相関図を表す座標系に設定した複数の領域のうちのどの領域に属するのかにより、その点に対応する組を分類するグループを決定する。これにより、相関の崩れが生じると、各グループに含まれる組の数が大きく変動することとなる。その結果、グループに含まれる組の数の変化に応じて、異常データが発生した可能性を示す相関の崩れが検知できる。
Further, the processing unit 12 can detect the collapse of the correlation appearing in the correlation diagram by classifying each set into a group corresponding to the area to which the points having the values included in the set as the coordinate values belong. For example, it is assumed that the
座標系上に複数の領域を設定するとき、処理部12は、例えば座標系の原点付近の領域、座表軸付近の領域、原点からも座標軸からも離れた領域を設定することができる。このような領域の設定は、複数の組それぞれに対応する座標系上の点が、原点周辺に集まる傾向にある場合に特に有効である。例えば第1のセンサー1または第2のセンサー2の測定値の変化率を第1の複数の値または第2の複数の値とした場合、各センサーの測定値の変化が少ない傾向にあれば、複数の組に対応する点は、座標系の原点付近にプロットされる。そうすると、原点付近の領域以外の領域にどの程度の数の点がプロットされたかにより、相関の様子を容易に判断することができる。
When setting a plurality of regions on the coordinate system, the processing unit 12 can set, for example, a region near the origin of the coordinate system, a region near the seat axis, and a region far from the origin and the coordinate axis. Setting such a region is particularly effective when the points on the coordinate system corresponding to each of the plurality of sets tend to gather around the origin. For example, when the rate of change of the measured value of the
処理部12は、複数のグループのそれぞれに含まれる組の数の変化の有無を、例えば単位期間ごとの、複数のグループに含まれる組の数に基づくソート後のグループの順番の違いに基づいて判断する。これにより、センサーの測定に基づいて得られる値が異常か否かの判定用の閾値を予め設定することなく、異常の検知が可能となる。その結果、予期せぬ外乱に基づくデータ異常の検知が容易となる。 The processing unit 12 determines whether or not the number of pairs included in each of the plurality of groups has changed, for example, based on the difference in the order of the sorted groups based on the number of pairs included in the plurality of groups for each unit period. to decide. This makes it possible to detect an abnormality without presetting a threshold value for determining whether or not the value obtained based on the measurement of the sensor is abnormal. As a result, it becomes easy to detect a data abnormality due to an unexpected disturbance.
なお、管理対象物に取り付けられたセンサーの数は、3個以上の場合もある。この場合、処理部12は、例えば、管理対象物に取り付けられた複数のセンサーの中から2つのセンサーを選択して得られるセンサー対を複数生成する。そして処理部12は、センサー対の一方を第1のセンサーとし他方を第2のセンサーとすることで、センサー対ごとに、第1の複数の値と第2の複数の値の取得、複数の組の分類、および異常検知を行う。センサー対ごとに異常検知を行うことにより、異常検知の精度を向上させることができる。 The number of sensors attached to the object to be managed may be three or more. In this case, the processing unit 12 generates, for example, a plurality of sensor pairs obtained by selecting two sensors from a plurality of sensors attached to the object to be managed. Then, the processing unit 12 obtains a first plurality of values and a second plurality of values for each sensor pair by using one of the sensor pairs as the first sensor and the other as the second sensor. Classify groups and detect abnormalities. By detecting anomalies for each sensor pair, the accuracy of anomaly detection can be improved.
センサー対ごとに異常検知を行う場合、例えば処理部12は、複数生成されたセンサー対のうちの異常が検知されたセンサー対の割合に基づいて、複数のセンサーの少なくとも一部における計測異常の有無を判断する。すなわち処理部12は、所定の割合以上のセンサー対においてデータ異常を検知した場合、管理対象物が強い外乱の影響下にあると考えられ、一部のセンサーの計測異常があり、計測された値に異常データが含まれると判断する。一部のセンサーでも計測異常があれば、すべてのセンサーの測定に基づいて得られた値全体の信頼性が低くなる。そこで、処理部12は、少なくとも一部のセンサーの計測異常があると判断した場合、複数のセンサーの測定に基づいて得られた値全体の解析処理への使用を抑止する。これにより、センサーの測定に基づいて得られた値を用いた解析処理の信頼性が向上する。 When anomaly detection is performed for each sensor pair, for example, the processing unit 12 determines whether or not there is a measurement abnormality in at least a part of the plurality of sensors based on the ratio of the sensor pair in which the abnormality is detected among the plurality of generated sensor pairs. To judge. That is, when the processing unit 12 detects a data abnormality in a sensor pair having a predetermined ratio or more, it is considered that the managed object is under the influence of a strong disturbance, and there is a measurement abnormality in some sensors, and the measured value. Judges that abnormal data is included in. If some sensors have measurement anomalies, the overall reliability of the values obtained based on the measurements of all sensors will be low. Therefore, when the processing unit 12 determines that there is a measurement abnormality of at least a part of the sensors, the processing unit 12 suppresses the use of the entire value obtained based on the measurement of the plurality of sensors in the analysis processing. This improves the reliability of the analysis process using the value obtained based on the measurement of the sensor.
〔第2の実施の形態〕
第2の実施の形態は、船舶に取り付けられたセンサーが計測した計測値を含む計測データから、船舶の運行状態に関する異常ではなく、センサーの計測異常に起因する異常なデータの有無を検知するものである。
[Second Embodiment]
The second embodiment detects the presence or absence of abnormal data caused by the sensor measurement abnormality, not the abnormality related to the operation state of the ship, from the measurement data including the measurement value measured by the sensor attached to the ship. Is.
図2は、第2の実施の形態に係るシステムの一例を示す図である。航海中の船舶30には、複数のセンサー31〜33が取り付けられている。船舶30のセンサー31〜33には、動力の軸馬力を計測するセンサー、船速を計測するセンサー、動力の軸回転数を計測するセンサー、可変ピッチプロペラ(CPP:Controllable Pitch Propeller)の翼角応答値を計測するセンサー、主機関(M/E:Main Engine)の燃料の瞬時流量を計測するセンサー、発電機(D/G:Diesel Generator)の燃料の瞬時流量を計測するセンサー、真風向と真風速を計測するセンサーなどがある。センサー31〜33は、所定間隔で計測データを出力する。計測データには、例えば、センサー31〜33が計測した物理量である計測値と計測時刻を示す時刻情報とが含まれる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the system according to the second embodiment. A plurality of
船舶30には、衛星通信用の通信機34が搭載されている。通信機34は、センサー31〜33に接続されている。また通信機34は、通信衛星41と通信することができる。通信衛星41は、地上アンテナ42を介してサーバ100と通信できる。通信機34は、センサー31〜33が出力した計測データを、通信衛星41を経由してサーバ100に送信する。
The ship 30 is equipped with a
サーバ100は、船舶30から取得した計測データに基づいて、例えば船舶30の運行状況を把握する。例えばサーバ100は、計測データに基づいて、船舶30の異常を検知することができる。
The
図3は、サーバのハードウェアの一例を示す図である。サーバ100は、プロセッサ101によって装置全体が制御されている。プロセッサ101には、バス109を介してメモリ102と複数の周辺機器が接続されている。プロセッサ101は、マルチプロセッサであってもよい。プロセッサ101は、例えばCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、またはDSP(Digital Signal Processor)である。プロセッサ101がプログラムを実行することで実現する機能の少なくとも一部を、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、PLD(Programmable Logic Device)などの電子回路で実現してもよい。
FIG. 3 is a diagram showing an example of server hardware. The entire device of the
メモリ102は、サーバ100の主記憶装置として使用される。メモリ102には、プロセッサ101に実行させるOS(Operating System)のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、メモリ102には、プロセッサ101による処理に利用する各種データが格納される。メモリ102としては、例えばRAM(Random Access Memory)などの揮発性の半導体記憶装置が使用される。
The
バス109に接続されている周辺機器としては、ストレージ装置103、グラフィック処理装置104、入力インタフェース105、光学ドライブ装置106、機器接続インタフェース107およびネットワークインタフェース108がある。
Peripheral devices connected to the bus 109 include a
ストレージ装置103は、内蔵した記録媒体に対して、電気的または磁気的にデータの書き込みおよび読み出しを行う。ストレージ装置103は、コンピュータの補助記憶装置として使用される。ストレージ装置103には、OSのプログラム、アプリケーションプログラム、および各種データが格納される。なお、ストレージ装置103としては、例えばHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)を使用することができる。
The
グラフィック処理装置104には、モニタ21が接続されている。グラフィック処理装置104は、プロセッサ101からの命令に従って、画像をモニタ21の画面に表示させる。モニタ21としては、有機EL(Electro Luminescence)を用いた表示装置や液晶表示装置などがある。
A monitor 21 is connected to the
入力インタフェース105には、キーボード22とマウス23とが接続されている。入力インタフェース105は、キーボード22やマウス23から送られてくる信号をプロセッサ101に送信する。なお、マウス23は、ポインティングデバイスの一例であり、他のポインティングデバイスを使用することもできる。他のポインティングデバイスとしては、タッチパネル、タブレット、タッチパッド、トラックボールなどがある。
A keyboard 22 and a mouse 23 are connected to the
光学ドライブ装置106は、レーザ光などを利用して、光ディスク24に記録されたデータの読み取りを行う。光ディスク24は、光の反射によって読み取り可能なようにデータが記録された可搬型の記録媒体である。光ディスク24には、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)などがある。
The
機器接続インタフェース107は、サーバ100に周辺機器を接続するための通信インタフェースである。例えば機器接続インタフェース107には、メモリ装置25やメモリリーダライタ26を接続することができる。メモリ装置25は、機器接続インタフェース107との通信機能を搭載した記録媒体である。メモリリーダライタ26は、メモリカード27へのデータの書き込み、またはメモリカード27からのデータの読み出しを行う装置である。メモリカード27は、カード型の記録媒体である。
The
ネットワークインタフェース108は、ネットワーク20に接続されている。ネットワークインタフェース108は、ネットワーク20を介して、他のコンピュータまたは通信機器との間でデータの送受信を行う。
The
サーバ100は、以上のようなハードウェアによって、第2の実施の形態の処理機能を実現することができる。なお、第1の実施の形態に示した装置も、図3に示したサーバ100と同様のハードウェアにより実現することができる。
The
サーバ100は、例えばコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムを実行することにより、第2の実施の形態の処理機能を実現する。サーバ100に実行させる処理内容を記述したプログラムは、様々な記録媒体に記録しておくことができる。例えば、サーバ100に実行させるプログラムをストレージ装置103に格納しておくことができる。プロセッサ101は、ストレージ装置103内のプログラムの少なくとも一部をメモリ102にロードし、プログラムを実行する。またサーバ100に実行させるプログラムを、光ディスク24、メモリ装置25、メモリカード27などの可搬型記録媒体に記録しておくこともできる。可搬型記録媒体に格納されたプログラムは、例えばプロセッサ101からの制御により、ストレージ装置103にインストールされた後、実行可能となる。またプロセッサ101が、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み出して実行することもできる。
The
サーバ100は、船舶30からセンサーの計測データを取得し、船舶30の運行状況を監視する。例えばサーバ100は、機械学習により生成した訓練済みモデルを用いて、船舶30の異常の有無を監視する。その際、外部環境の影響によってセンサーの計測データに異常データが含まれていると、船舶30についての異常の有無についてサーバ100が誤った判断をする可能性がある。例えばサーバ100は、異常データを含む計測データに基づいて船舶30の異常の有無を判断すると、船舶30に異常がないのに、船舶30に異常があると判断する可能性がある。そこでサーバ100は、船舶30の異常の有無の判断前に、船舶30から取得した計測データに、センサーの計測異常に起因する異常データが含まれているか否かを判定する。計測データに異常データが含まれる場合、サーバ100は、異常データを含む計測データに基づく船舶30の異常の有無の判断を抑止する。
The
図4は、サーバにおける船舶の監視機能を示すブロック図である。サーバ100は、船舶30を監視するための機能として、データ取得部110、データ記憶部120、前処理部130、および機械学習部140を有する。
FIG. 4 is a block diagram showing a ship monitoring function on the server. The
データ取得部110は、船舶30から、船舶30に設置されたセンサーの計測データを、通信衛星回線などを介して取得する。例えばデータ取得部110は、一定時間間隔で、直前の一定時間内で計測された計測データを取得する。データ取得部110は、取得した計測データをデータ記憶部120に格納する。
The
データ記憶部120は、計測データを記憶する。例えばデータ記憶部120は、一定時間幅(例えば数時間)の期間を単位期間として、単位期間ごとの複数のセンサー31〜33それぞれの計測データを記憶する。データ記憶部120は、例えばメモリ102またはストレージ装置103の記憶領域の一部によって実現される。
The
前処理部130は、単位期間ごとの計測データについて、異常データの有無を検知する。前処理部130は、異常データを検知した計測データについては、機械学習部140への入力データから除外する。また前処理部130は、異常データを検知していない計測データは、機械学習部140に入力する。
The
機械学習部140は、DNN(Deep Neural Network)141を用いて、入力された計測データに基づいて、船舶30の異常の有無の検知処理を行う。例えば機械学習部140は、単位期間分の計測データが入力されると、その計測データを訓練済みモデルの入力データとすることで、訓練済みモデルを用いた異常の有無の推定処理を行う。また機械学習部140は、入力された計測データに基づいてモデルの訓練を行い、訓練モデルの生成または修正を行うこともできる。
The
サーバ100は、このような機能を連係動作させることで、船舶30の運行状態を監視する。なお、図4に示した各要素の機能は、例えば、その要素に対応するプログラムモジュールをコンピュータに実行させることで実現することができる。
The
図5は、データ記憶部に格納される計測データの一例を示す図である。データ記憶部120には、単位期間P1,P2,・・・ごとの計測データ121,122,・・・が格納されている。
FIG. 5 is a diagram showing an example of measurement data stored in the data storage unit. The
単位期間P1,P2,・・・ごとの計測データ121には、該当単位期間内でのセンサーごとの時系列データ121a,121b,・・・が含まれる。時系列データ121a,121b,・・・には、センサーのセンサーIDに対応付けて、そのセンサーで計測されるデータのデータ種別と、そのセンサーで単位期間内に定期的(例えば数秒ごと)に計測された物理量の計測値とが設定されている。計測値には、その計測値の計測時刻が付与されている。他の計測データ122,・・・にも、計測データ121と同様に、センサーごとの時系列データが含まれる。
The measurement data 121 for each unit period P1, P2, ... Includes time-
次に前処理部130の詳細について説明する。
図6は、前処理部の詳細機能を示すブロック図である。前処理部130には、計測データ入力部131と異常データ検知部132とが含まれる。計測データ入力部131は、データ記憶部120から一単位期間分の計測データを取得する。そして計測データ入力部131は、取得した計測データを異常データ検知部132に送信し、異常データ検知処理を異常データ検知部132に依頼する。計測データ入力部131は、異常データ検知部132において、計測データ内に異常データが含まれていないと判定された場合、その計測データを機械学習の入力データとして機械学習部140に入力する。また計測データ入力部131は、異常データ検知部132において、計測データ内に異常データが含まれていると判定された場合、その計測データの機械学習部140への入力を抑止する。
Next, the details of the
FIG. 6 is a block diagram showing a detailed function of the preprocessing unit. The
異常データ検知部132は、計測データ入力部131から取得した計測データからの異常データの検知処理を行う。異常データ検知部132は、相関ペア選定部132a、データ平滑処理部132b、変化率算出部132c、相関特性監視部132d、相関頻度記憶部132e、異常判定部132f、異常履歴記憶部132g、および異常データ除去部132hを有する。
The abnormality
相関ペア選定部132aは、計測値間の相関特性を監視する相関ペアを選定する。相関ペアは、第1の実施の形態に示すセンサー対の一例である。例えば相関ペア選定部132aは、過去に異常データが検出されていない場合には、任意の2つのセンサーの組み合わせを網羅的に抽出し、抽出したセンサーの組を相関ペアとする。網羅的に抽出するとは、いずれのセンサーも、少なくとも1つの相関ペアに含まれるように抽出することである。網羅的に抽出することにより、異常データの検出から除外されるセンサーの発生を抑止することができる。
The correlation
なお相関ペア選定部132aは、すべてのセンサーから任意の2つを選出する場合において選出し得るすべての組み合わせについて、相関ペアとして選出することも可能である。ただし、センサーが大量にある場合にこのような総当たりによる相関ペアの選出を行うと、相関ペア数が膨大となり、異常データ検知の計算負荷が過大となる。そこで相関ペア選定部132aは、少なくとも網羅的に相関ペアを選出することで、異常データ検知処理の監視対象からのセンサーの漏れを抑止すると共に、処理負荷を抑止する。
The correlation
相関ペア選定部132aは、例えば異常履歴記憶部132gを参照し、過去に異常データを有すると判定された回数が多い相関ペアに含まれるセンサーの組を、今回の単位期間における監視対象の相関ペアとして優先的に選定する。これにより、異常データを検出できる可能性が高いセンサーの組を、相関ペアとして選定することができる。
The correlation
データ平滑処理部132bは、フィルタリング、移動平均法などによる計測ノイズ(電源ノイズなど)を除去することで、データの平滑化を行う。例えばデータ平滑処理部132bは、センサーが計測した時系列データの周波数成分から、ローパスフィルタによって、所定の遮断周波数よりも高い周波数成分を除去する。またデータ平滑処理部132bは、移動平均法を適用する場合、センサーによる計測時刻が連続する2つの計測値を、それらの計測値の平均値に置き換える。このときデータ平滑処理部132bは、置き換え後の計測値の計測時刻を、置き換え前の連続する計測時刻の中間の時刻とする。
The data smoothing
変化率算出部132cは、平滑化後のデータにおける計測値の時間変化の変化率算出を行う。変化率算出により、計測値の単位時間当りの変化量(変化率)の時間変化が得られる。例えばセンサーの時系列データが、各計測時刻での船舶30の位置を表している場合、変化率算出により、船舶30の速度の時系列変化が得られる。具体的には、変化率算出部132cは、一定の時間間隔ΔTの2つの時刻T1,T2(T2−T1=ΔT)で計測された2つの計測値の差をその時間間隔ΔTで除算する。変化率算出部132cは、除算結果を、それらの時刻の間の期間(T1〜T2)における変化率とする。
The change
変化率算出部132cは、時間間隔ΔTを、元の時系列データにおける計測値の時間変化を表す曲線の波形の立ち上がりまたは立ち下がりの鋭さ、あるいはサンプリング周波数に基づいて決定する。例えば変化率算出部132cは、センサーによる物理量の計測のサンプリング周波数に基づいてサンプリング周期を求め、サンプリング周期のN倍(Nは正の実数)を時間間隔ΔTとする。
The rate of
相関特性監視部132dは、相関ペアとして選出されたセンサーの時系列データそれぞれから得られた変化率の間の相関図を求め、相関の特性を数値化する。例えば相関特性監視部132dは、相関図にプロットされた点を、点の座標に基づいて複数のグループに分類する。そして相関特性監視部132dは、相関ペアについて得られた複数のグループそれぞれに属する点の数(相関頻度)を、その相関ペアの特性とする。相関特性監視部132dは、複数の相関ペアそれぞれについて算出された相関頻度を、相関頻度記憶部132eに格納する。
The correlation
相関特性監視部132dは、相関図にプロットされた点の分類では、例えば原点付近のAグループ、x座標軸付近のBグループ、y軸座標付近のB’グループ、第1または第3象限内のCグループ、第2または第4象限内のC’グループに、各点を分類する。なお、BグループとB’グループとは、1つのグループに纏めてもよい。またCグループとC’グループとを1つのグループに纏めてもよい。
In the classification of the points plotted on the correlation diagram, the correlation
相関頻度記憶部132eは、相関ペアごとの相関頻度の算出履歴を記憶する。相関頻度記憶部132eは、例えばメモリ102またはストレージ装置103の記憶領域の一部である。
The correlation
異常判定部132fは、検知対象の相関ペアについて、単位期間ごとに求められた相関頻度を比較し、異常の有無を判定する。例えば異常判定部132fは、相関ペアの単位期間ごとに、各グループの相関頻度をヒストグラム化し、単位期間ごとのヒストグラムを比較する。そして異常判定部132fは、最新の単位期間におけるヒストグラムが、それ以前の単位期間におけるヒストグラムと異なる特徴を有している場合、最新の単位期間の計測データに異常データが含まれると判定する。
The
異常判定部132fは、少なくとも一部の相関ペアについて異常データが含まれると判定した場合、異常データ除去部132hに、異常データありと通知する。また異常判定部132fは、異常履歴記憶部132gにおける、異常データが含まれると判定された相関ペアの累積異常回数をカウントアップする。
When the
異常履歴記憶部132gは、相関ペアごとの異常データの検知回数を示す累積異常回数を記憶する。異常履歴記憶部132gは、例えばメモリ102またはストレージ装置103の記憶領域の一部である。
The abnormality
異常データ除去部132hは、異常データありと判定された単位期間の計測データを、機械学習部140への入力データから除去する。例えば異常データ除去部132hは、異常データありと判定されたことを示す情報を、計測データ入力部131に通知する。すると計測データ入力部131は、データ記憶部120から取得した単位期間の計測データに異常データが含まれていると認識し、その計測データの機械学習部140への入力を抑止する。
The abnormality data removing unit 132h removes the measurement data for the unit period determined to have the abnormality data from the input data to the
次に図7、図8を参照し、相関頻度記憶部132eと異常履歴記憶部132gとに格納されるデータについて詳細に説明する。
図7は、相関頻度記憶部の一例を示す図である。相関頻度記憶部132eには、単位期間ごとの相関頻度情報51,52,・・・を記憶する。相関頻度情報51には、対応する単位期間の計測データの異常データ検知の際に生成された相関ペアごとの相関頻度表51a,51b,・・・が含まれる。相関頻度表51a,51b,・・・には、相関図上にプロットした点を分類したグループのグループ名に対応付けて、そのグループに含まれる点の数(出現頻度)が設定されている。なお相関頻度表51a,51b,・・・には、対応する相関ペアそれぞれのセンサーIDが示されている。他の相関頻度情報52,・・・にも、相関頻度情報51と同様に、対応する単位期間の計測データの異常データ検知の際に生成された相関ペアごとの相関頻度表が含まれる。
Next, with reference to FIGS. 7 and 8, the data stored in the correlation
FIG. 7 is a diagram showing an example of the correlation frequency storage unit. The correlation
図8は、異常履歴記憶部の一例を示す図である。異常履歴記憶部132gには、例えば異常履歴管理テーブル60が格納される。異常履歴管理テーブル60には、相関ペアに含まれる2つのセンサーのセンサーIDの組みに対応付けて、累積異常回数が設定されている。累積異常回数は、対応する相関ペアの相関頻度表から異常データありと判定された回数を示している。
FIG. 8 is a diagram showing an example of an abnormality history storage unit. For example, the abnormality history management table 60 is stored in the abnormality
次に、異常データ検知処理について具体的に説明する。異常データ検知処理では、相関ペア間での変化率の相関図が生成される。
図9は、相関図の生成例を示す図である。図9の例では、センサーID「001」のセンサーとセンサーID「002」のセンサーとの組が、相関ペアとして選定されている。変化率算出部132cは、相関ペアに含まれる各センサーの時系列データ121a,121bに基づいて、センサーごとの一定間隔ごとの変化率を算出する。その結果、センサーID「001」のセンサーの変化率情報61と、センサーID「002」のセンサーの変化率情報62とが得られる。
Next, the abnormality data detection process will be specifically described. In the anomaly data detection process, a correlation diagram of the rate of change between the correlation pairs is generated.
FIG. 9 is a diagram showing an example of generating a correlation diagram. In the example of FIG. 9, the pair of the sensor with the sensor ID "001" and the sensor with the sensor ID "002" is selected as a correlation pair. The rate of
センサーごとの変化率情報61,62には、対応するセンサーのセンサーIDが付与されている。また変化率情報61,62には、時間間隔ΔTおきの時刻ごとの、該当時刻における時系列データの変化率が設定されている。時系列データ121aに示される計測値の時間変化を示す式をf(x)とした場合、時系列データ121aの時刻T11での変化率は「{f(T11+ΔT)−f(T11)}/ΔT」となる。また時系列データ121bに示される計測値の時間変化を示す式をg(x)とした場合、時系列データ121bの時刻T11での変化率は「{g(T11+ΔT)−g(T11)}/ΔT」となる。
The sensor IDs of the corresponding sensors are assigned to the rate of change information 61 and 62 for each sensor. Further, in the change rate information 61 and 62, the change rate of the time series data at the corresponding time is set for each time interval ΔT. When the formula showing the time change of the measured value shown in the
相関特性監視部132dは、このようなセンサーごとの変化率情報61,62に基づいて、相関ペア間での変化率の相関図を生成する。例えば相関特性監視部132dは、センサーID「001」のセンサーを第1のセンサーとし、センサーID「002」のセンサーを第2のセンサーとする。そして相関特性監視部132dは、第1のセンサーの変化率を横軸(x軸)、第2のセンサーの変化率を縦軸(y軸)とする座標系を定義する。
The correlation
相関特性監視部132dは、定義した座標系に、変化率に対応する時刻ごとに、該当時刻の第1のセンサーの変化率と第2のセンサーの変化率とに応じた位置に、点をプロットする。例えば時刻T11における第1のセンサーの変化率と第2のセンサーの変化率とに対応する位置に、T11の点63がプロットされる。相関特性監視部132dが、単位期間内の時系列データに基づいて算出されたすべての変化率について対応する点をプロットすることで、相関図64が生成される。
The correlation
なお相関特性監視部132dは、変化率情報61と変化率情報62との間の時刻について、所定の誤差の範囲内の時刻は同じ時刻であると判断する。例えば相関ペアに含まれる各センサーのサンプリング周期が1sであるものとする。この場合、相関特性監視部132dは、変化率情報61に示される時刻と変化率情報62とに示される時刻とが秒単位(小数点以下を無視)で同じであれば、それらの時刻は同時刻であると判断する。
The correlation
また相関特性監視部132dは、相関図64の座標系を、複数の領域に分割する。
図10は、領域分割された座標系の一例を示す図である。相関特性監視部132dは、座標系65の原点から所定の範囲内の領域65aを、Aグループの相関特性を表す領域とする。相関特性監視部132dは、x軸を中心として幅LBの範囲内の領域65b,65c(領域65aに含まれる範囲は除外)を、Bグループの相関特性を表す領域とする。相関特性監視部132dは、y軸を中心として幅LB'の範囲内の領域65d,65e(領域65aに含まれる範囲は除外)を、B’グループの相関特性を表す領域とする。相関特性監視部132dは、領域65a〜65eのいずれにも含まれない、第1象限の領域65fと第3象限の領域65gとを、Cグループの相関特性を表す領域とする。相関特性監視部132dは、領域65a〜65eのいずれにも含まれない第2象限の領域65hと第4象限の領域65iとを、C’グループの相関特性を表す領域とする。
Further, the correlation
FIG. 10 is a diagram showing an example of a region-divided coordinate system. The correlation
図11は、各領域にプロットされた点の意味を示す図である。Aグループの相関特性を表す領域65aにプロットされた点は、その点に対応する時刻において、相関ペアの2つのセンサーそれぞれの時系列データが、いずれも大きな時間変化をしていないこと(変化なし)を示す。
FIG. 11 is a diagram showing the meaning of the points plotted in each area. The points plotted in the
Bグループの相関特性を表す領域65b,65cにプロットされた点は、その点に対応する時刻において、第1のセンサーの時系列データが大きな時間変化をしているが、第2のセンサーの時系列データは大きな時間変化をしていないことを示す。すなわち、Bグループの相関特性を表す領域65b,65cにプロットされた点に対応する時刻では、2つのセンサーの時系列データに示される計測値の変化タイミングは不一致である。
The points plotted in the
B’グループの相関特性を表す領域65d,65eにプロットされた点は、その点に対応する時刻において、第2のセンサーの時系列データが大きな時間変化をしているが、第1のセンサーの時系列データは大きな時間変化をしていないことを示す。すなわち、B’グループの相関特性を表す領域65d,65eにプロットされた点に対応する時刻では、2つのセンサーの時系列データに示される計測値の変化タイミングは不一致である。
The points plotted in the
Cグループの相関特性を表す領域65f,65gにプロットされた点は、その点に対応する時刻において、相関ペアの2つのセンサーそれぞれの時系列データの値が増加または減少していることを示す。Cグループの相関特性では、第1のセンサーの時系列データの値が増加しているときには、第2のデータの時系列データの値も増加し、第1のセンサーの時系列データの値が減少しているときには、第2のデータの時系列データの値も減少する。このように、Cグループの相関特性を表す領域65f,65gにプロットされた点に対応する時刻では、2つのセンサーの時系列データに示される計測値の変化タイミングは一致している。
The points plotted in the
C’グループの相関特性を表す領域65h,65iにプロットされた点は、その点に対応する時刻において、相関ペアの2つのセンサーそれぞれの時系列データの値が増加または減少していることを示す。C’グループの相関特性では、第1のセンサーの時系列データの値が増加しているときには、第2のデータの時系列データの値が減少し、第1のセンサーの時系列データの値が減少しているときには、第2のデータの時系列データの値が増加する。このように、C’グループの相関特性を表す領域65h,65iにプロットされた点に対応する時刻では、2つのセンサーの時系列データに示される計測値の変化タイミングは一致している。
The points plotted in the
なお、Aグループの相関特性を表す領域65aは、例えば第1のセンサーの変化率のばらつき度合いと第2のセンサーの変化率のばらつき度合いとに基づいて算出された楕円である。
The
図12は、Aグループの相関特性を表す領域の一例を示す図である。例えば相関特性監視部132dは、相関ペアそれぞれの変化率のばらつき度合いを計算する。変化率のばらつきは、例えば分散値で表すことができる。相関ペアの一方(第1のセンサー)の分散値をsx 2とし、他方(第2のセンサー)の分散値をsy 2とすると、各分散値は以下の式で計算できる。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a region representing the correlation characteristic of Group A. For example, the correlation
式(1)、(2)において、nは要素(ある時刻における第1のセンサーの変化率と第2のセンサーの変化率との組)の総数である(nは1以上の整数)。xiは、i番目(iは1以上n以下の整数)の要素における第1のセンサーの変化率である。yiは、i番目の要素における第2のセンサーの変化率である。オーバーライン付きのxは、第1のセンサーの変化率の平均値である。オーバーライン付きのyは、第2のセンサーの変化率の平均値である。 In the equations (1) and (2), n is the total number of elements (a set of the rate of change of the first sensor and the rate of change of the second sensor at a certain time) (n is an integer of 1 or more). x i is the rate of change of the first sensor in the i-th element (i is an integer of 1 or more and n or less). y i is the rate of change of the second sensor in the i-th element. The overlined x is the average value of the rate of change of the first sensor. The overlined y is the average value of the rate of change of the second sensor.
次に相関特性監視部132dは、分散値に基づいて、原点付近の領域65aの外縁を示す楕円66の式を生成する。例えば相関特性監視部132dは、第1のセンサーの変化率の分散値sx 2をa、第2のセンサーの変化率の分散値sy 2をbとしたとき、一方の軸の長さが2a(=2sx 2)、他方の軸の長さが2b(=2sy 2)の楕円66を生成する。このような楕円66は、以下の式で表される。
x2/a2+y2/b2=1 (3)
a≧bの場合、この楕円66の焦点F,F’の位置はそれぞれF((a2−b2)1/2,0)、F’(−(a2−b2)1/2,0)となる。相関特性監視部132dは、このような楕円66の内部を、Aグループの相関特性を表す領域65aとする。
Next, the correlation
x 2 / a 2 + y 2 / b 2 = 1 (3)
When a ≧ b, the positions of the focal points F and F'of this ellipse 66 are F ((a 2 −b 2 ) 1/2 , 0), F'(− (a 2 −b 2 ) 1/2 , respectively. It becomes 0). The correlation
なお相関特性監視部132dは、相関ペアそれぞれの分散値から10%程度のマージンをとり、楕円66を拡大することもできる。10%のマージンをとる場合、相関特性監視部132dは、楕円66の式(3)におけるa,bについて、a=1.1×sx 2、b=1.1×sy 2とする。
The correlation
このようなマージンの量の調整により、正常/異常判定の感度を調整することが可能である。例えば船舶30が平穏に一定速度で航行している場合、ほとんどのセンサーの時系列データは大きく変化しないことが予想される。するとそれらのセンサーの時系列データから求めた変化率に基づいてプロットされた点は、殆どが原点付近に集まる。この場合、Aグループの相関特性を表す領域65aから外れた位置にプロットされた点が大量に生じた場合に、異常データの可能性がある。マージンの量を大きくすることにより、楕円66で示される領域65aが広くなる。すると、プロットされた点がAグループに含まれる割合が高くなる。すなわち、異常と判定する感度が低くなる。他方、マージンの量を小さくすることにより、楕円66で示される領域65aが狭くなる。すると、プロットされた点がAグループに含まれる割合が低くなる。すなわち、異常と判定する感度が高くなる。
By adjusting the amount of such a margin, it is possible to adjust the sensitivity of normal / abnormal determination. For example, when the ship 30 is sailing calmly at a constant speed, it is expected that the time series data of most sensors will not change significantly. Then, most of the points plotted based on the rate of change obtained from the time series data of those sensors gather near the origin. In this case, there is a possibility of abnormal data when a large number of points plotted at positions outside the
相関特性監視部132dは、生成した楕円66の式(3)を用い、点(xi,yi)について、下記のような処理を実行することで、条件分岐(if文)がtrueの場合にプロットされた点で示される特性をAグループと判断する。
if (1 >= xi^2/a^2+yi^2/b^2){
coordinate data = true} #Aグループである。
elseif (1 < xi^2/a^2+yi^2/b^2){
coordinate data = false} #Aグループでない。
The correlation
if (1> = xi ^ 2 / a ^ 2 + yi ^ 2 / b ^ 2) {
coordinate data = true} # A group.
elseif (1 <xi ^ 2 / a ^ 2 + yi ^ 2 / b ^ 2) {
coordinate data = false} # Not in group A.
このようにして、プロットされた点がAグループか否かを判断できる。相関特性監視部132dは、相関特性がAグループではないと判断された点について、BグループまたはB’グループか否かを判断する。
In this way, it can be determined whether or not the plotted points are group A. The correlation
図13は、Bグループの相関を表す領域の一例を示す図である。例えば相関特性監視部132dは、第2のセンサーの変化率の分散値sy 2を、Bグループの相関を示す領域のy軸方向の幅LBとする。この場合、相関特性監視部132dは、点(xi,yi)のy座標値「yi」が、「−LB/2<yi<LB/2」を満たせば、その点で示される相関特性はBグループであると判断する。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a region representing the correlation of the B group. For example correlation
例えば相関特性監視部132dは、下記のような処理を実行することで、条件分岐(if文)がtrueの場合にプロットされた点の相関特性をBグループと判断することができる。
if (-LB/2 <= yi <= LB/2){
coordinate data = true} #Bグループである。
elseif (-LB/2 > yi || LB/2 < yi){
coordinate data = false} #Bグループでない。
For example, the correlation
if (-LB / 2 <= yi <= LB / 2) {
coordinate data = true} # B group.
elseif (-LB / 2> yi || LB / 2 <yi) {
coordinate data = false} # Not in B group.
また相関特性監視部132dは、第1のセンサーの変化率の分散値sx 2を、B’グループの相関特性を示す領域のx軸方向の幅LB'とする。この場合、相関特性監視部132dは、点(xi,yi)のx座標値「xi」が、「−LB'/2<xi<LB'/2」を満たせば、その点で示される相関特性はB’グループであると判断する。
The correlation
例えば相関特性監視部132dは、下記のような処理を実行することで、条件分岐(if文)がtrueの場合にプロットされた点で示される相関特性をB’グループと判断することができる。
if (-LB'/2 <= xi <= LB'/2){
coordinate data = true} #B’グループである。
elseif (-LB'/2 > xi || LB'/2 < xi){
coordinate data = false} #B’グループでない。
For example, the correlation
if (-LB'/2 <= xi <= LB' / 2) {
coordinate data = true} # B'group.
elseif (-LB'/2> xi || LB' / 2 <xi) {
coordinate data = false} # Not in the B'group.
なお相関特性監視部132dは、相関ペアそれぞれの分散値から10%程度のマージンをとり、幅LBまたは幅LB'を拡大することもできる。10%のマージンをとる場合、相関特性監視部132dは、幅LB=1.1×sy 2、幅LB'=1.1×sx 2とする。
Note the correlation
このようにして、プロットされた点の相関特性がBグループか否か、およびB’グループか否かを判断できる。相関特性監視部132dは、Aグループ、Bグループ、B’グループのいずれでもないと判断された点について、CグループまたはC’グループか否かを判断する。
In this way, it is possible to determine whether or not the correlation characteristics of the plotted points are in the B group and in the B'group. The correlation
例えば相関特性監視部132dは、プロットされた点(xi,yi)が第1象限にある場合(xi>0,yi>0)、その点で示される相関特性はCグループであると判断する。相関特性監視部132dは、プロットされた点(xi,yi)が第3象限にある場合(xi<0,yi<0)にも、その点で示される相関特性はCグループであると判断する。
For example, when the plotted point (xi, yi) is in the first quadrant (xi> 0, yi> 0), the correlation
相関特性監視部132dは、プロットされた点(xi,yi)が第2象限にある場合(xi<0,yi>0)、その点で示される相関特性はC’グループであると判断する。相関特性監視部132dは、プロットされた点(xi,yi)が第4象限にある場合(xi>0,yi<0)にも、その点で示される相関特性はC’グループであると判断する。
When the plotted point (xi, yi) is in the second quadrant (xi <0, yi> 0), the correlation
プロットされたすべての点についてその点が示す相関特性の判断が終了すると、相関特性監視部132dは、相関特性のグループごとの頻度を計数し、ヒストグラムを生成する。そして異常判定部132fは、相関ペアごとのヒストグラムに基づいて、該当相関ペアのセンサーの計測データの異常の有無を判定する。
When the determination of the correlation characteristic indicated by the points for all the plotted points is completed, the correlation
図14は、計測データの異常の有無の判定例を示す図である。ある相関ペアについて相関特性を監視したところ、単位期間P1のヒストグラム71では、Aグループの点が最も多く、次にBグループの点またはB’グループの点が多く、その次にCグループの点またはC’グループの点が多くなった。同様の傾向が、単位期間Px-1まで続いたものとする。
FIG. 14 is a diagram showing an example of determining whether or not there is an abnormality in the measurement data. Was monitored correlation characteristics for a correlated pairs, the
そして単位期間Pxのヒストグラム72では、Aグループの点が最も多く、次にCグループの点またはC’グループの点が多く、その次にBグループの点またはB’グループの点が多くなった。すなわち、単位期間P1から単位期間Px-1まではグループBまたはグループB’の点の方がグループCまたはグループC’の点より多いが、単位期間PxではグループCまたはグループC’の点の方がグループBまたはグループB’の点より多い。異常判定部132fは、このように各グループ内の点の出現頻度が大きく変化した場合(相関関係が崩れた場合)、監視対象となった相関ペアの少なくとも一方のセンサーの計測データに異常があると判定する。
Then, in the histogram 72 of the unit period P x , the points of the A group were the most, the points of the C group or the C'group were the most, and then the points of the B group or the B'group were the most. .. That is, from the unit period P 1 to the unit period P x-1 , the points of the group B or the group B'are more than the points of the group C or the group C', but in the unit period P x , the points of the group C or the group C' There are more points than points in group B or group B'. When the frequency of appearance of points in each group changes significantly (when the correlation is broken), the
例えば異常判定部132fは、単位期間ごとに、相関特性のグループを、プロットされた点の出現頻度が多い順に並べる。連続する所定数の単位期間においてグループの並びに変化がない場合において、それらの単位期間の次の単位期間におけるグループの並びが、それ以前と相違する場合、異常判定部132fは計測データに異常ありと判定する。
For example, the
なお異常判定部132fは、BグループとB’グループとを合わせて1つのグループとして扱ってもよい。また異常判定部132fは、CグループとC’グループとを合わせて1つのグループとして扱ってもよい。
The
次に、異常データ検知部132による異常データ検知処理について詳細に説明する。
図15は、異常データ検知処理の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図15に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
Next, the abnormality data detection process by the abnormality
FIG. 15 is a flowchart showing an example of the procedure for abnormal data detection processing. Hereinafter, the process shown in FIG. 15 will be described along with the step numbers.
[ステップS101]相関ペア選定部132aは、計測データ入力部131から、計測データ入力部131が機械学習部140に入力予定の1単位期間の計測データを取得する。
[Step S101] The correlation
[ステップS102]相関ペア選定部132aは、該当の単位期間における相関特性監視を行う相関ペアを選定する。相関ペア選定処理の詳細は後述する(図16参照)。
[ステップS103]相関ペア選定部132aは、選定した複数の相関ペアのうち、相関特性を調査していない未選択の相関ペアを1つ選択する。相関ペア選定部132aは、選択した相関ペアを示す情報と、その相関ペアに対応する2つのセンサーから取得した時系列データとを、データ平滑処理部132bに送信する。
[Step S102] The correlation
[Step S103] The correlation
[ステップS104]データ平滑処理部132b、変化率算出部132c、相関特性監視部132d、および異常判定部132fが連係し、相関特性調査処理を行う。相関特性調査処理の詳細は後述する(図17参照)。
[Step S104] The data smoothing
[ステップS105]異常判定部132fは、相関特性調査処理の結果に応じて、処理を分岐させる。例えば異常判定部132fは、データに異常ありと判定された場合、処理をステップS106に進める。また異常判定部132fは、データに異常なしと判定された場合、処理をステップS108に進める。
[Step S105] The
[ステップS106]異常判定部132fは、調査対象の単位期間の異常ペア数に「1」を加算する。異常ペア数は、初期値が「0」の変数であり、異常データ検知処理の間、例えばメモリ102に格納されている。
[Step S106] The
[ステップS107]異常判定部132fは、異常履歴記憶部132gにおける、選択している相関ペアに対応する累積異常回数に「1」を加算する。
[ステップS108]異常判定部132fは、選定されたすべての相関ペアについて相関特性調査済みか否かを判断する。異常判定部132fは、調査していない相関ペアがある場合、処理をステップS103に進める。また異常判定部132fは、選定されたすべての相関ペアについて相関特性調査が完了していれば、処理をステップS109に進める。
[Step S107] The
[Step S108] The
[ステップS109]異常判定部132fは、調査対象の単位期間における異常ペア数が所定の閾値以上か否かを判断する。異常判定部132fは、異常ペア数が閾値以上であれば、処理をステップS110に進める。また異常判定部132fは、異常ペア数が閾値未満であれば、処理をステップS111に進める。
[Step S109] The
[ステップS110]異常データ除去部132hは、該当単位期間の入力データを除去する。例えば異常データ除去部132hは、計測データ入力部131に対して、取得した単位期間分の計測データの機械学習部140への入力を抑止するように指示する。計測データ入力部131は、異常データ除去部132hからの指示に従って、計測データの機械学習部140への入力を抑止する。その後、異常データ検知部132は、異常データ検知処理を終了する。
[Step S110] The abnormality data removing unit 132h removes the input data for the corresponding unit period. For example, the abnormality data removing unit 132h instructs the measurement
[ステップS111]異常データ除去部132hは、計測データ入力部131へ、取得した計測データの機械学習部140への入力を指示する。計測データ入力部131は、指示に従って、機械学習におけるDNNへの入力データとして、取得した計測データを機械学習部140へ入力する。その後、異常データ検知部132は、異常データ検知処理を終了する。
[Step S111] The abnormality data removing unit 132h instructs the measurement
このように、複数の相関ペアのうち所定数以上の相関ペアにおいて、時系列データが異常データの可能性があると判定された場合には、該当する単位期間の計測データの機械学習部140への入力が抑止される。これにより、異常データを含む計測データに基づいて、船舶30に異常が発生したと誤って判断されてしまうことが抑止できる。しかも、複数の相関ペアについての異常の有無の調査結果に基づいて計測データの異常の有無を判定しているため、計測データが異常データを含む可能性があるか否かについて、信頼性の高い判定結果を得ることができる。
In this way, when it is determined that the time series data may be abnormal data in a predetermined number or more of the correlation pairs among the plurality of correlation pairs, the
図16は、相関ペア選定処理の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図16に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
[ステップS121]相関ペア選定部132aは、異常履歴記憶部132gを参照し、今回の異常データ検知処理において相関ペアに選定されていないセンサーの組のうち、累積異常回数が最も多いセンサーの組を、今回の相関特性調査の対象とする相関ペアとして選定する。
FIG. 16 is a flowchart showing an example of the procedure of the correlation pair selection process. Hereinafter, the process shown in FIG. 16 will be described along with the step numbers.
[Step S121] The correlation
[ステップS122]相関ペア選定部132aは、すでに相関ペアとして選定されたセンサーの組において、すべてのセンサーが網羅されているか否かを判断する。相関ペア選定部132aは、選定された相関ペアのいずれにも含まれないセンサーが存在する場合、処理をステップS121に進める。また相関ペア選定部132aは、すべてのセンサーが、選定された相関ペアのいずれかに含まれている場合、処理をステップS123に進める。
[Step S122] The correlation
[ステップS123]相関ペア選定部132aは、所定数以上の相関ペアが選定できたか否かを判断する。相関ペア選定部132aは、所定数以上の相関ペアが選定できた場合、相関ペア選定処理を終了する。また相関ペア選定部132aは、選定された相関ペアの数が所定数に満たない場合、処理をステップS121に進める。
[Step S123] The correlation
このようにして、累積異常回数が多いセンサーの組から順に相関ペアとして選定される。すなわち過去の異常データ検知処理で、データ異常の可能性があると判定されたセンサーの組が、優先的に今回の異常データ検知処理における相関ペアとして選定される。これにより、異常データを出力する可能性が極めて低いセンサーが多数の相関ペアに含まれることが抑止され、効果の低い処理をせずにすむ。その結果、異常データ検知処理の処理効率が向上する。 In this way, the pair of sensors with the highest cumulative number of abnormalities is selected as a correlation pair in order. That is, the set of sensors determined to have the possibility of data abnormality in the past abnormality data detection processing is preferentially selected as the correlation pair in the current abnormality data detection processing. As a result, it is possible to prevent sensors that are extremely unlikely to output abnormal data from being included in a large number of correlation pairs, and it is possible to avoid processing with low effect. As a result, the processing efficiency of the abnormality data detection process is improved.
図17は、相関特性調査処理の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図17に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
[ステップS131]データ平滑処理部132bは、選択された相関ペアの2つのセンサーそれぞれの時系列データの平滑化を行う。データ平滑処理部132bは、データの平滑化としては、例えばフィルタリングまたは移動平均法を用いて計測ノイズ(電源ノイズなど)を除去する。
FIG. 17 is a flowchart showing an example of the procedure of the correlation characteristic investigation process. Hereinafter, the process shown in FIG. 17 will be described along with the step numbers.
[Step S131] The data smoothing
[ステップS132]変化率算出部132cは、変化率算出に用いる時間間隔ΔTを決定する。例えば変化率算出部132cは、相関ペアのセンサーの計測のサンプリング周期に基づいて、時間間隔ΔTを決定する。具体的には、変化率算出部132cは、一方のセンサーのサンプリング周期に所定の整数を乗算した値を、時間間隔ΔTとする。
[Step S132] The rate of
[ステップS133]変化率算出部132cは、センサーごとの平滑化後の時系列データそれぞれについて変化率算出処理を行い、所定時間間隔の各時刻での計測値の変化率(変化率)を算出する。例えば変化率算出部132cは、ステップS132で決定された時間間隔ΔTの時間帯の終了時刻での計測値から開始時刻での計測値を減算した値を、時間間隔ΔTで除算する。そして変化率算出部132cは、除算結果を、該当する時間帯内の時刻における変化率とする。
[Step S133] The change
[ステップS134]相関特性監視部132dは、調査対象として選択された相関ペアの2つのセンサーのうちの一方の第1のセンサー、他方を第2のセンサーとする。そして相関特性監視部132dは、第1のセンサーと第2のセンサーそれぞれの変化率情報(所定の時間間隔の各時刻の変化率を含む)に基づいて、第1のセンサーと第2のセンサーとの間の変化率の相関図を生成する。
[Step S134] The correlation
[ステップS135]相関特性監視部132dは、相関特性抽出処理を行う。例えば相関特性監視部132dは、相関図のx−y平面を複数の領域に分割し、プロットした点がどの領域に含まれるかにより、その点を複数のグループに分類する。そして相関特性監視部132dは、各グループに分類された点の出現頻度を、調査対象の相関ペアの相関特性とする。
[Step S135] The correlation
[ステップS136]異常判定部132fは、相関特性が崩れたか否かを判定する。例えば異常判定部132fは、選択した相関ペアについて過去(現在の処理対象の単位期間より前)に生成した所定回数分の相関頻度表を、相関頻度記憶部132eから取得する。異常判定部132fは、過去の相関頻度表に基づいて、単位期間ごとに、各グループを出現頻度でソートする。相関頻度記憶部132eは、単位期間ごとのソート後のグループの順番が一致する場合、現在の処理対象の単位期間における相関ペアのグループごとの出現頻度で、グループをソートする。相関頻度記憶部132eは、過去の相関頻度表に基づくグループの順番と、最新の単位期間における出現頻度に基づくグループの順番とが異なる場合、相関特性が崩れたと判定する。
[Step S136] The
異常判定部132fは、相関特性が崩れた場合、処理をステップS138に進める。また異常判定部132fは、相関特性が崩れていなければ、処理をステップS137に進める。
When the correlation characteristic is broken, the
[ステップS137]異常判定部132fは、調査対象の相関ペアについての相関特性は正常であると判定する。その後、異常判定部132fは、相関特性調査処理を終了する。
[Step S137] The
[ステップS138]異常判定部132fは、調査対象の相関ペアについての相関特性が異常であると判定する。その後、異常判定部132fは、相関特性調査処理を終了する。
[Step S138] The
このように調査対象の単位期間における相関特性が以前と異なる場合(相関特性が崩れた場合)、相関特性が異常であると判定される。相関特性の崩れは、図14に示したように、プロットされた点の各グループでの出現頻度の比較によって判定できるため、センサーごとの異常判定用の閾値を予め設定せずにすむ。そのため、予期せぬ外乱による計測異常の検知も可能である。 In this way, when the correlation characteristic in the unit period of the survey target is different from the previous one (when the correlation characteristic is broken), it is determined that the correlation characteristic is abnormal. As shown in FIG. 14, the collapse of the correlation characteristic can be determined by comparing the frequency of appearance of the plotted points in each group, so that it is not necessary to set a threshold value for determining an abnormality for each sensor in advance. Therefore, it is possible to detect a measurement abnormality due to an unexpected disturbance.
図18は、相関特性抽出処理の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図18に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
[ステップS141]相関特性監視部132dは、プロットされた点のうちの原点付近の点のAグループへの分類処理(Aグループ分類処理)を行う。この処理の詳細は後述する(図19参照)。
FIG. 18 is a flowchart showing an example of the procedure of the correlation characteristic extraction process. Hereinafter, the process shown in FIG. 18 will be described along with the step numbers.
[Step S141] The correlation
[ステップS142]相関特性監視部132dは、Aグループに分類されていない点のうちの座標軸付近の点のBグループまたはB’グループへの分類処理(Bグループ分類処理)を行う。この処理の詳細は後述する(図20参照)。
[Step S142] The correlation
[ステップS143]相関特性監視部132dは、AグループとBグループとのいずれにも分類されていない点のCグループまたはC’グループへの分類処理(Cグループ分類処理)を行う。この処理の詳細は後述する(図21参照)。
[Step S143] The correlation
[ステップS144]相関特性監視部132dは、ヒストグラム生成処理を行う。例えば相関特性監視部132dは、グループごとに、該当グループに含まれる点の数を計数する。相関特性監視部132dは、計数した数を、該当グループの出現頻度とするヒストグラムを生成する。相関特性監視部132dは、生成したヒストグラムを、異常判定部132fに送信する。
[Step S144] The correlation
[ステップS145]相関特性監視部132dは、グループごとの点の出現頻度を設定した相関頻度表を、選択した相関ペアと、現在の調査対象の単位時刻とに対応付けて相関頻度記憶部132eに格納する。
[Step S145] The correlation
このようにしてプロットされた点が分類され、ヒストグラムが生成される。次に図19〜図21を参照して、各グループへの分類処理について詳細に説明する。
まずAグループ分類処理について詳細に説明する。
The points plotted in this way are classified and a histogram is generated. Next, the classification process for each group will be described in detail with reference to FIGS. 19 to 21.
First, the A group classification process will be described in detail.
図19は、Aグループ分類処理の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図19に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
[ステップS151]相関特性監視部132dは、相関図上の各点のx座標値(第1のセンサーの時系列データから求めた変化率)とy座標値(第2のセンサーの時系列データから求めた変化率)とを取得する。
FIG. 19 is a flowchart showing an example of the procedure of the A group classification process. Hereinafter, the process shown in FIG. 19 will be described along with the step numbers.
[Step S151] The correlation
[ステップS152]相関特性監視部132dは、x座標値の分散値を算出する。
[ステップS153]相関特性監視部132dは、y座標値の分散値を算出する。
[ステップS154]相関特性監視部132dは、Aグループの領域65a(図10参照)を示す楕円の式を生成する。例えば相関特性監視部132dは、x座標値の分散値とy座標値の分散値それぞれの2倍を長軸または短軸の長さとし、2つの焦点がx軸またはy軸上にある楕円の式を生成する。
[Step S152] The correlation
[Step S153] The correlation
[Step S154] The correlation
[ステップS155]相関特性監視部132dは、相関図上の未選択の点を1つ選択する。
[ステップS156]相関特性監視部132dは、選択した点がAグループの領域65a内か否かを判定する。例えば相関特性監視部132dは、選択した点の座標が、ステップS154で生成した楕円内にある場合、その点がAグループの領域65a内にあると判定する。相関特性監視部132dは、選択した点がAグループの領域65a内にあれば、処理をステップS157に進める。また相関特性監視部132dは、選択した点がAグループの領域65a内になければ、処理をステップS158に進める。
[Step S155] The correlation
[Step S156] The correlation
[ステップS157]相関特性監視部132dは、選択した点をAグループに分類する。例えば相関特性監視部132dは、選択した点の識別番号に対応付けて、その点がAグループに属することを示す情報をメモリ102に格納する。
[Step S157] The correlation
[ステップS158]相関特性監視部132dは、相関図上のすべての点を選択したか否かを判断する。相関特性監視部132dは、すべての点が選択済みであれば、Aグループ分類処理を終了する。また相関特性監視部132dは、未選択の点があれば、処理をステップS155に進める。
[Step S158] The correlation
図20は、Bグループ分類処理の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図20に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
[ステップS171]相関特性監視部132dは、相関図上の各点のx座標値とy座標値とを取得する。
FIG. 20 is a flowchart showing an example of the procedure of the B group classification process. Hereinafter, the process shown in FIG. 20 will be described along with the step numbers.
[Step S171] The correlation
[ステップS172]相関特性監視部132dは、y座標値の分散値を算出する。
[ステップS173]相関特性監視部132dは、y座標値の分散値をBグループの領域65b,65c(図10参照)の幅LBに決定する。
[Step S172] The correlation
[Step S173] correlation
[ステップS174]相関特性監視部132dは、x座標値の分散値を算出する。
[ステップS175]相関特性監視部132dは、x座標値の分散値をB’グループの領域65d,65e(図10参照)の幅LB'に決定する。
[Step S174] The correlation
[Step S175] correlation
[ステップS176]相関特性監視部132dは、相関図上の点のうち、いずれのグループにも未分類であり、Bグループ分類処理において未選択の点を1つ選択する。
[ステップS177]相関特性監視部132dは、選択した点がBグループの領域65b,65c内にあるか否かを判断する。例えば相関特性監視部132dは、選択した点のy座標値が−LB/2以上、かつLB/2以下の場合、その点はBグループの領域65b,65c内にあると判断する。相関特性監視部132dは、選択した点がBグループの領域65b,65c内にあれば、処理をステップS178に進める。また相関特性監視部132dは、選択した点がBグループの領域65b,65c内になければ、処理をステップS179に進める。
[Step S176] The correlation
[Step S177] The correlation
[ステップS178]相関特性監視部132dは、選択した点をBグループに分類する。例えば相関特性監視部132dは、選択した点の識別番号に対応付けて、その点がBグループに属することを示す情報をメモリ102に格納する。相関特性監視部132dは、その後、処理をステップS181に進める。
[Step S178] The correlation
[ステップS179]相関特性監視部132dは、選択した点がB’グループの領域65d,65e内にあるか否かを判断する。例えば相関特性監視部132dは、選択した点のx座標値が−LB'/2以上、かつLB'/2以下の場合、その点はB’グループの領域65d,65e内にあると判断する。相関特性監視部132dは、選択した点がB’グループの領域65d,65e内にあれば、処理をステップS180に進める。また相関特性監視部132dは、選択した点がB’グループの領域65d,65e内になければ、処理をステップS181に進める。
[Step S179] The correlation
[ステップS180]相関特性監視部132dは、選択した点をB’グループに分類する。例えば相関特性監視部132dは、選択した点の識別番号に対応付けて、その点がB’グループに属することを示す情報をメモリ102に格納する。
[Step S180] The correlation
[ステップS181]相関特性監視部132dは、相関図上の点のうち、いずれのグループにも未分類であり、Bグループ分類処理において未選択のすべての点について、ステップS176で選択したか否かを判断する。相関特性監視部132dは、すべての点が選択済みであれば、Bグループ分類処理を終了する。また相関特性監視部132dは、未選択の点があれば、処理をステップS176に進める。
[Step S181] Whether or not the correlation
図21は、Cグループ分類処理の手順の一例を示すフローチャートである。以下、図21に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
[ステップS191]相関特性監視部132dは、相関図上の点のうち、いずれのグループにも未分類であり、Cグループ分類処理において未選択の点を1つ選択する。
FIG. 21 is a flowchart showing an example of the procedure of the C group classification process. Hereinafter, the process shown in FIG. 21 will be described along with the step numbers.
[Step S191] The correlation
[ステップS192]相関特性監視部132dは、選択した点が第1象限または第3象限内にあるか否かを判断する。相関特性監視部132dは、選択した点が第1象限または第3象限内にある場合、処理をステップS193に進める。また相関特性監視部132dは、選択した点が第1象限または第3象限内にない場合、処理をステップS194に進める。
[Step S192] The correlation
[ステップS193]相関特性監視部132dは、選択した点をCグループに分類する。例えば相関特性監視部132dは、選択した点の識別番号に対応付けて、その点がCグループに属することを示す情報をメモリ102に格納する。相関特性監視部132dは、その後、処理をステップS196に進める。
[Step S193] The correlation
[ステップS194]相関特性監視部132dは、選択した点が第2象限または第4象限内にあるか否かを判断する。相関特性監視部132dは、選択した点が第2象限または第4象限内にある場合、処理をステップS195に進める。また相関特性監視部132dは、選択した点が第2象限または第4象限内にない場合、処理をステップS196に進める。
[Step S194] The correlation
[ステップS195]相関特性監視部132dは、選択した点をC’グループに分類する。例えば相関特性監視部132dは、選択した点の識別番号に対応付けて、その点がC’グループに属することを示す情報をメモリ102に格納する。
[Step S195] The correlation
[ステップS196]相関特性監視部132dは、相関図上の点のうち、いずれのグループにも未分類であり、Cグループ分類処理において未選択のすべての点について、ステップS191で選択したか否かを判断する。相関特性監視部132dは、すべての点が選択済みであれば、Cグループ分類処理を終了する。また相関特性監視部132dは、未選択の点があれば、処理をステップS191に進める。
[Step S196] Whether or not the correlation
図19〜図21に示した処理により、相関図にプロットされたすべての点がいずれかのグループに分類される。相関図にプロットされた点は、対応する時刻における、相関ペアの2つのセンサーそれぞれが計測した計測値の変化率を表している。このように、サーバ100は、計測値のままで相関図を生成するのではなく、変化率算出後に相関図を生成している。これにより、プロットされた点を分類した際に、異常データを適確に捉えることが可能となっている。
By the processing shown in FIGS. 19 to 21, all the points plotted in the correlation diagram are classified into one of the groups. The points plotted in the correlation diagram represent the rate of change of the measured values measured by each of the two sensors of the correlation pair at the corresponding time. In this way, the
図22は、変化率算出の有無による相関図の違いを示す図である。図22には、電圧を計測するセンサーと積算電流量を計測するセンサーとの組が相関ペアとして選定された場合における相関図の生成例が示されている。この場合、電圧の時系列データ211と積算電流量の時系列データ212とに基づいて相関図が生成される。電圧の時系列データ211にはスパイクノイズが表れている。 FIG. 22 is a diagram showing a difference in the correlation diagram depending on whether or not the rate of change is calculated. FIG. 22 shows an example of generating a correlation diagram when a pair of a sensor for measuring voltage and a sensor for measuring integrated current is selected as a correlation pair. In this case, a correlation diagram is generated based on the time series data 211 of the voltage and the time series data 212 of the integrated current amount. Spike noise appears in the voltage time series data 211.
ここで変化率算出を行わずに相関図221を生成した場合、プロットされた点が集中する位置から、スパイクノイズが発生した時刻に対応する点までの距離が短い(距離小)。それに対して、変化率算出を行った後に相関図222を生成した場合、プロットされた点が集中する位置から、スパイクノイズが発生した時刻に対応する点までの距離が長い(距離大)。そのため変化率算出を経ていない相関図221では、データの異常を検出することは困難である。他方、変化率算出後に生成した相関図222であれば、スパイクノイズが発生した時刻に対応する点を、その他の点と別グループに分けることが可能であり、データの異常として検出することも可能となる。 When the correlation diagram 221 is generated without calculating the rate of change here, the distance from the position where the plotted points are concentrated to the point corresponding to the time when the spike noise occurs is short (distance is small). On the other hand, when the correlation diagram 222 is generated after the rate of change is calculated, the distance from the position where the plotted points are concentrated to the point corresponding to the time when the spike noise occurs is long (large distance). Therefore, it is difficult to detect an abnormality in the data in the correlation diagram 221 that has not undergone the calculation of the rate of change. On the other hand, in the correlation diagram 222 generated after calculating the rate of change, the points corresponding to the time when the spike noise occurred can be divided into a separate group from the other points, and can be detected as an abnormality of the data. It becomes.
変化率算出の際には、計測値の変化量を算出する際の時間間隔ΔTを適切に設定することで、異常なデータの存在をより明瞭にすることができる。
図23は、変化率算出における時間間隔ΔTの設定方法の一例を示す図である。図23の例では、軸回転数の時系列データ231に基づいて、変化率算出における時間間隔ΔTを替えて変化率算出を行った場合の、変化率の違いを示している。なお時系列データ231のサンプリング周期は、例えば1.5秒である。
When calculating the rate of change, the existence of abnormal data can be made clearer by appropriately setting the time interval ΔT when calculating the amount of change in the measured value.
FIG. 23 is a diagram showing an example of a method of setting the time interval ΔT in calculating the rate of change. In the example of FIG. 23, the difference in the rate of change is shown when the rate of change is calculated by changing the time interval ΔT in the calculation of the rate of change based on the time series data 231 of the shaft rotation speed. The sampling period of the time series data 231 is, for example, 1.5 seconds.
時系列データ231では、特定の時刻において軸回転数が大きく変動している。このような時系列データ231に基づいて、時間間隔ΔT=1secとして変化率算出を行った場合、算出された変化率の時系列変化には、元の時系列データ231における変動状況が明確には表れていない。時間間隔ΔT=10secとして変化率算出を行った場合、算出された変化率の時系列変化には、元の時系列データ231における変動が表れている。時間間隔ΔT=60secとして変化率算出を行った場合、算出された変化率の時系列変化には、元の時系列データ231における変動が、より明確に表れている。 In the time series data 231, the shaft rotation speed fluctuates greatly at a specific time. When the rate of change is calculated with the time interval ΔT = 1 sec based on such time series data 231, the time series change of the calculated rate of change clearly shows the fluctuation status in the original time series data 231. It does not appear. When the rate of change is calculated with the time interval ΔT = 10 sec, the time-series change of the calculated rate of change shows the change in the original time-series data 231. When the rate of change is calculated with the time interval ΔT = 60 sec, the change in the original time-series data 231 appears more clearly in the time-series change of the calculated rate of change.
このようにサンプリング周期に対して、時系列データ231の波形の変化が瞬時の場合、時間間隔ΔTをサンプリング周期と同程度の時間にすると、計測値の時系列データ231における大きな変化が表れづらい。時間間隔ΔTをサンプリング周期の数倍程度以上に大きくとることで、計測値の時系列データ231における大きな変化が、変化率算出後の変化率の時系列変化に明確に表れるようになる。 As described above, when the change of the waveform of the time series data 231 is instantaneous with respect to the sampling cycle, if the time interval ΔT is set to the same time as the sampling cycle, it is difficult for a large change of the measured value in the time series data 231 to appear. By setting the time interval ΔT to be several times or more the sampling cycle or more, a large change in the time-series data 231 of the measured value can be clearly shown in the time-series change of the change rate after the change rate is calculated.
サーバ100では、例えば相関ペアのセンサーのうちのサンプリング周期が長い方のセンサーの該サンプリング周期の整数倍に、変化率算出における時間間隔ΔTを決定する。これによって、様々なセンサーがある場合においても、適切な時間間隔ΔTによって変化率算出を行い、計測値の時系列データ231の特徴的な変化を適確に捉えることが可能となる。
In the
また時系列データの変化率算出を行うことで、計測値が瞬間的に大きく変動した時刻をより明確にすることができる。
図24は、時系列データと変化率算出後の変化率の時間変化との比較例を示す図である。図24の例では、時系列データ121aは、エンジンの軸馬力の時間変化を表している。時系列データ121bは、船舶30の速度(船速)の時間変化を表している。時系列データ121cは、エンジンの軸の回転数の時間変化を表している。時系列データ121dは、CPP翼角応答値の時間変化を表している。
In addition, by calculating the rate of change of time-series data, it is possible to clarify the time when the measured value fluctuates significantly momentarily.
FIG. 24 is a diagram showing a comparison example of the time series data and the time change of the change rate after the change rate is calculated. In the example of FIG. 24, the
図24において、時系列データ121a〜121dそれぞれの計測値の時間変化と、変化率算出により得られる時間間隔ΔTごとの変化率の時間変化とを、横軸に時刻を取ったグラフ241〜244で表している。グラフ241〜244は、右側の目盛りが変化率算出前の計測値の値を示しており、左側の目盛りが変化率算出後の変化率の値を示している。
In FIG. 24, the time changes of the measured values of the
グラフ241〜244からも分かるように、変化率算出前は、計測対象ごとに、計測値の数値の大きさも振れ幅も大きく異なる。それに対して、変化率算出後の変化率は、概ね0付近で遷移し、元の計測値に急激な変化が生じた時刻に大きな値となる。そのため、変化率に基づいて相関ペアの相関図を生成することで、原点付近に多くの点がプロットされた相関図が生成される。 As can be seen from the graphs 241 to 244, before the rate of change is calculated, the magnitude and the fluctuation range of the measured values differ greatly depending on the measurement target. On the other hand, the rate of change after calculating the rate of change changes around 0, and becomes a large value at the time when the original measured value suddenly changes. Therefore, by generating a correlation diagram of a correlation pair based on the rate of change, a correlation diagram in which many points are plotted near the origin is generated.
図25は、生成される相関図の一例を示す図である。例えば軸馬力の時系列データ121aから、軸馬力の変化率(kw/s)の時間変化を示す変化率情報251が生成されている。また船速の時系列データ121bから、船速の変化率(knots/s)の時間変化を示す変化率情報252が生成されている。CPP翼角応答値の時系列データ121dから、CPP翼角応答値の変化率(deg/s)の時間変化を示す変化率情報253が生成されている。軸回転数の時系列データ121cから、軸回転数の変化率(軸回転数/s)の時間変化を示す変化率情報254が生成されている。
FIG. 25 is a diagram showing an example of the generated correlation diagram. For example, from the time-
軸馬力を計測するセンサーと船速を計測するセンサーとの相関ペアが選定された場合、変化率情報251と変化率情報252との相関図255が生成される。相関図255の横軸が軸馬力の変化率であり、縦軸が船速の変化率である。相関図255を参照すると、多くの期間において軸馬力と船速とのいずれも変化がなく、その期間内の時刻に対応する点が原点付近にプロットされている。また、軸馬力と船速とのいずれか一方が変化する期間では、他方も同時に変化しており、該当期間内の時刻に対応するいくつかの点が第1象限にプロットされている。
When a correlation pair of the sensor for measuring the axial horsepower and the sensor for measuring the ship speed is selected, the correlation diagram 255 between the rate of
軸馬力を計測するセンサーとCPP翼角応答値を計測するセンサーとの相関ペアが選定された場合、変化率情報251と変化率情報253との相関図256が生成される。相関図256の横軸が軸馬力の変化率であり、縦軸がCPP翼角応答値の変化率である。相関図256を参照すると、軸馬力が変動してもCPP翼角応答値が変動しない期間があり、該当期間内の時刻に対応する点が、横軸上にプロットされている。また、軸馬力の変動に応じてCPP翼角応答値が変動する期間があり、該当期間内の時刻に対応する点が、第1象限にプロットされている。
When a correlation pair of the sensor for measuring the axial horsepower and the sensor for measuring the CPP wing angle response value is selected, the correlation diagram 256 between the
軸馬力を計測するセンサーと軸回転数を計測するセンサーとの相関ペアが選定された場合、変化率情報251と変化率情報254との相関図257が生成される。相関図257の横軸が軸馬力の変化率であり、縦軸が軸回転数の変化率である。相関図257を参照すると、多くの期間において軸馬力と軸回転数のいずれも変化がなく、その期間内の時刻に対応する点が原点付近にプロットされている。また、軸馬力と軸回転数とのいずれか一方が変化する期間では、他方も同時に変化しており、該当期間内の時刻に対応するいくつかの点が第1象限にプロットされている。
When a correlation pair of the sensor for measuring the shaft horsepower and the sensor for measuring the shaft rotation speed is selected, the correlation diagram 257 between the
このように相関ペアごとに相関図255〜257の特徴(相関特性)が異なる。相関ペアの相関特性が、特定の単位期間において崩れた場合、外部環境の変化(外乱)で計測値に異常データが含まれている可能性が高い。 In this way, the characteristics (correlation characteristics) of the correlation diagrams 255 to 257 are different for each correlation pair. If the correlation characteristic of the correlation pair collapses in a specific unit period, it is highly possible that the measured value contains abnormal data due to changes in the external environment (disturbance).
図26は、相関特性が崩れた場合の相関図の一例を示す図である。図26の例には、特定の相関ペアについての、単位期間P1〜P4における相関図261〜264が示されている。単位期間P1〜P3までは、一方のセンサーの計測値が変動した場合には、他方のデータの計測値も変動している。一方の変化率が増加した場合には他方の変化率も増加し、一方の変化率が減少した場合には他方の変化率も減少しているため、正の相関である。 FIG. 26 is a diagram showing an example of a correlation diagram when the correlation characteristic is broken. In the example of FIG. 26, correlation diagrams 261 to 264 in unit periods P1 to P4 are shown for a particular correlation pair. During the unit periods P1 to P3, when the measured value of one sensor fluctuates, the measured value of the other data also fluctuates. When the rate of change of one increases, the rate of change of the other also increases, and when the rate of change of one decreases, the rate of change of the other also decreases, so that there is a positive correlation.
このような正の相関が相関特性として複数の単位期間P1〜P3にわたって続いた後、単位期間P4において、正の相関とは異なる状態が生じている。例えば相関図264における点線の円で囲んだ部分にプロットされた点は、正の相関から外れている。このように正の相関から外れた点が発生したことは、図10に示したような領域に分けることによる各点の分類によって検出できる。すなわちプロットされた点のグループ分けにより、相関特性の崩れを検出し、異常データであると正しく判断することができる。 After such a positive correlation continues as a correlation characteristic over a plurality of unit periods P1 to P3, a state different from the positive correlation occurs in the unit period P4. For example, the points plotted in the portion surrounded by the dotted circle in the correlation diagram 264 deviate from the positive correlation. The occurrence of points that deviate from the positive correlation in this way can be detected by classifying each point by dividing it into regions as shown in FIG. That is, by grouping the plotted points, it is possible to detect the collapse of the correlation characteristic and correctly judge that the data is abnormal.
〔その他の実施の形態〕
第1の実施の形態または第2の実施の形態に示した異常検知方法は、船舶30の運航を監視するシステム以外にも適用可能である。例えば電気自動車(EV:Electric Vehicle)などに取り付けられたセンサーによるEVの運行監視でも、第1の実施の形態または第2の実施の形態に示した異常検知が可能である。EVでは、センサーによって位置(緯度、経度)、走行モーター消費電力などの計測データが得られる。その他、工事用車両、工作機械、航空機など、多数のセンサーを有する機器について、上記第1または第2の実施の形態の技術を適用して監視を行うことで、異常データに基づく誤判定を抑止した精度の高い異常検知が可能となる。
[Other embodiments]
The abnormality detection method shown in the first embodiment or the second embodiment can be applied to a system other than the system for monitoring the operation of the ship 30. For example, even in EV operation monitoring by a sensor attached to an electric vehicle (EV) or the like, the abnormality detection shown in the first embodiment or the second embodiment can be performed. In EV, measurement data such as position (latitude, longitude) and running motor power consumption can be obtained by a sensor. In addition, by applying the technology of the first or second embodiment to monitoring equipment having a large number of sensors such as construction vehicles, machine tools, and aircraft, erroneous judgment based on abnormal data is suppressed. Highly accurate abnormality detection is possible.
なお第2の実施の形態では、センサーから取得した時系列データに示される計測値の変化率として、時間間隔ΔTごとの平均変化率を算出しているが、変化率として所定時間間隔ごとの微分係数(瞬間変化率)を用いることもできる。変化率として微分係数を用いる場合、変化率算出部132cは、時系列データに示される計測値の変化を示す式の微分演算を行い、所定時間間隔での微分係数を算出する。
In the second embodiment, the average rate of change for each time interval ΔT is calculated as the rate of change of the measured value shown in the time series data acquired from the sensor, but the rate of change is differentiated for each predetermined time interval. A coefficient (instantaneous rate of change) can also be used. When a differential coefficient is used as the rate of change, the rate of
また第2の実施の形態では、変化率のばらつき度合いの指標として分散値を用いているが、他の指標を用いることもできる。例えば分散値に替えて標準偏差をばらつき度合いの指標として用いることもできる。 Further, in the second embodiment, the variance value is used as an index of the degree of variation in the rate of change, but other indexes can also be used. For example, the standard deviation can be used as an index of the degree of variation instead of the variance value.
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに、前述した実施の形態のうちの任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。 Although the embodiment has been illustrated above, the configuration of each part shown in the embodiment can be replaced with another having the same function. Further, any other components or processes may be added. Further, any two or more configurations (features) of the above-described embodiments may be combined.
1 第1のセンサー
2 第2のセンサー
10 情報処理装置
11 記憶部
12 処理部
1
Claims (9)
前記第1の複数の値のそれぞれと前記第2の複数の値のそれぞれとを組み合わせた複数の組を複数のグループに分類し、
前記複数のグループのそれぞれに含まれる組の数の変化に応じて異常を検知する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする異常検知プログラム。 Obtain the first plurality of values obtained based on the measurement of the first sensor and the second plurality of values obtained based on the measurement of the second sensor.
A plurality of sets in which each of the first plurality of values and each of the second plurality of values are combined are classified into a plurality of groups.
Anomalies are detected according to changes in the number of pairs included in each of the plurality of groups.
An anomaly detection program characterized by having a computer execute processing.
ことを特徴とする請求項1記載の異常検知プログラム。 In the process of acquiring the first plurality of values and the second plurality of values, the change rate of the measured values obtained by the measurement of the first sensor at a predetermined time interval is set to the first plurality of values. The process includes a process of acquiring as a value and acquiring the rate of change of the measured value obtained by the measurement of the second sensor as the second plurality of values at a predetermined time interval.
The abnormality detection program according to claim 1.
請求項1または2に記載の異常検知プログラム。 The process of classifying the plurality of sets is performed on the plurality of groups on a coordinate system having a first coordinate axis corresponding to the first plurality of values and a second coordinate axis corresponding to the second plurality of values. A plurality of regions corresponding to each of the above are generated, and for each of the plurality of sets, the set is classified into a group corresponding to a region to which a point having two values included in the set as coordinate values belongs. ,
The abnormality detection program according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項3記載の異常検知プログラム。 The plurality of regions include a region including the origin of the coordinate system, a region including the first coordinate axis, a region including the second coordinate axis, and a region not including the first coordinate axis and the second coordinate axis. Including at least one of
3. The abnormality detection program according to claim 3.
前記複数のグループに分類する処理は前記単位期間ごとに実行され、
前記異常を検知する処理は、前記単位期間ごとに、グループに含まれる組の数で前記複数のグループをソートし、第1の単位期間における前記複数のグループのソート後の順番と、第2の単位期間における前記複数のグループのソート後の順番とが一致しないとき、異常があると判断する処理を含む、
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の異常検知プログラム。 The process of acquiring the first plurality of values and the second plurality of values is performed for each unit period, based on the measurement of the first sensor within the unit period. Including a process of acquiring a plurality of values and the second plurality of values obtained based on the measurement of the second sensor within the unit period.
The process of classifying into the plurality of groups is executed for each unit period, and the process is executed.
In the process of detecting the abnormality, the plurality of groups are sorted by the number of pairs included in the group for each unit period, the order after sorting of the plurality of groups in the first unit period, and the second. Includes a process of determining that there is an abnormality when the sorted order of the plurality of groups in the unit period does not match.
The abnormality detection program according to any one of claims 1 to 4.
前記センサー対の一方を前記第1のセンサーとし他方を前記第2のセンサーとすることで、前記センサー対ごとに、前記第1の複数の値と前記第2の複数の値とを取得する処理、前記複数のグループに分類する処理、および前記異常を検知する処理を行う、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の異常検知プログラム。 A process of selecting two sensors from a plurality of sensors attached to a controlled object and generating a plurality of obtained sensor pairs is executed.
By using one of the sensor pairs as the first sensor and the other as the second sensor, a process of acquiring the first plurality of values and the second plurality of values for each of the sensor pairs. , The process of classifying into the plurality of groups, and the process of detecting the abnormality.
The abnormality detection program according to any one of claims 1 to 5, wherein the computer executes the process.
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項6記載の異常検知プログラム。 Based on the ratio of the sensor pair in which the abnormality is detected among the plurality of generated sensor pairs, it is determined whether or not there is a measurement abnormality in at least a part of the plurality of sensors.
The abnormality detection program according to claim 6, wherein the computer executes the process.
前記第1の複数の値のそれぞれと前記第2の複数の値のそれぞれとを組み合わせた複数の組を複数のグループに分類し、
前記複数のグループのそれぞれに含まれる組の数の変化に応じて異常を検知する、
処理をコンピュータが実行することを特徴とする異常検知方法。 Obtain the first plurality of values obtained based on the measurement of the first sensor and the second plurality of values obtained based on the measurement of the second sensor.
A plurality of sets in which each of the first plurality of values and each of the second plurality of values are combined are classified into a plurality of groups.
Anomalies are detected according to changes in the number of pairs included in each of the plurality of groups.
An anomaly detection method characterized in that a computer executes processing.
を有することを特徴とする情報処理装置。
The first plurality of values obtained based on the measurement of the first sensor and the second plurality of values obtained based on the measurement of the second sensor are acquired, and the first plurality of values are obtained. A processing unit that classifies a plurality of sets that combine each of the second plurality of values into a plurality of groups and detects an abnormality according to a change in the number of pairs included in each of the plurality of groups.
An information processing device characterized by having.
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