物联网中设备异常状态检测的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种物联网中设备异常状态检测的方法及系统。其中该方法包括如下步骤：接收设备运行状态的检测信息，并对检测信息进行分析，得到设备的设备状态；判断设备状态与状态空间中的任一已存储设备状态之间的相似度是否在预设范围内；若是，则判定设备正常运行；若否，则发出设备可能异常的虚报警信息。其对设备运行状态的判断综合多个因素，不单纯依赖传感器的读值，判断准确，且预先存储多个正常运行状态，设备当前的运行状态与每个正常运行状态都进行比较，能够有效降低误报率。
【专利说明】物联网中设备异常状态检测的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种物联网中设备异常状态检测的方法及系统。
【背景技术】
[0002]工业物联网将具有感知、监控能力的各类采集或控制传感或控制器、以及泛在技术、移动通信、智能分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节，实现将传统工业提升到智能化的新阶段的目标。从应用形式上，工业物联网的应用具有实时性、自动化、嵌入式(软件)、安全性、和信息互通互联性等特点。
[0003]物联网中涉及的设备比较多，通常需要对设备的运行状态进行监控，以便及时发现设备的异常运行。传统技术中，大多数分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)在进行设备监控时，过多的依赖设备传感器的读值是否超出范围(阈值)来衡量工业设备或生产的状态。然而，实际生产过程受诸多生产因素影响，在生产过程中，由于产能的调整需求导致的设备生产状态变化而使设备传感器读值超出范围，与由于设备故障造成的状态变化不易区分，极易导致告警频繁及误报。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要针对传统技术中单纯依靠设备传感器的读值判断设备运行状态，容易造成误报的问题，提供一种误报率低的物联网中设备异常状态检测的方法及系统。
[0005]为实现本发明目的提供的一种物联网中设备异常状态检测的方法，包括以下步骤:
[0006]接收设备运行状态的检测信息，并对所述检测信息进行分析，得到所述设备的设备状态；
[0007]判断所述设备状态与状态空间中的任一已存储设备状态之间的相似度是否在预设范围内；
[0008]若是，则判定设备正常运行；
[0009]若否，则发出设备可能异常的虚报警信息。
[0010]作为一种物联网中设备异常状态检测的方法的可实施方式，步骤若否，则发出设备可能异常的虚报警信息之后，还包括以下步骤:
[0011]等待用户对所述虚报警信息的确认信息；
[0012]当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备异常运行状态时，发出设备异常报警；
[0013]当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备正常运行状态时，将所述设备状态存储到所述状态空间中。
[0014]作为一种物联网中设备异常状态检测的方法的可实施方式，所述将所述设备状态存储到所述状态空间中之后，还包括以下步骤:
[0015]判断所述状态空间中存储的所述设备状态的数量是否大于预设值；
[0016]若是，则采用增量式聚类的方法优化所述状态空间；
[0017]若否，则结束本次设备异常状态检测。
[0018]作为一种物联网中设备异常状态检测的方法的可实施方式，所述设备运行状态的检测信息通过与所述设备相连接的传感器获得。
[0019]作为一种物联网中设备异常状态检测的方法的可实施方式，所述对所述检测信息进行分析，得到所述设备的设备状态，包括以下步骤:
[0020]以预设宽度的时间窗口截取所述检测信息；
[0021]拟合所截取的预设宽度内的所述检测信息的斜率；
[0022]所述斜率的个数与所述检测信息所包含的检测项目数相等；
[0023]所述设备状态为由所述斜率构成的向量；
[0024]所述已存储设备状态为预先存储的预设向量。
[0025]作为一种物联网中设备异常状态检测的方法的可实施方式，判断所述设备状态与状态空间中的任一已存储设备状态之间的相似度是否在预设范围内，包括以下步骤:
[0026]计算设备状态的向量与所有的所述预设向量之间的余弦夹角；
[0027]判断最小的所述余弦夹角是否小于预设夹角；
[0028]若是，则所述相似度在预设范围内；
[0029]若否，则所述相似度不在预设范围内。
[0030]作为一种物联网中设备异常状态检测的方法的可实施方式，所述采用增量式聚类的方法优化所述状态空间，包括以下步骤:
[0031]增大所述相似度的预设范围到第一预设范围；
[0032]将相似度在所述第一预设范围的两个所述已存储的设备状态合并为一个新的设备状态，并存储到所述状态空间中；
[0033]所述第一预设范围在下一设备异常状态检测循环中作为新的预设范围。
[0034]基于相同发明构思的一种物联网中设备异常状态检测的系统，包括信息接收分析模块、第一判断模块、第一执行模块和第二执行模块，其中:
[0035]所述信息接收分析模块，用于接收设备运行状态的检测信息，并对所述检测信息进行分析，得到所述设备的设备状态；
[0036]所述第一判断模块，用于判断所述信息接收分析模块生成的所述设备状态与状态空间中的任一已存储设备状态之间的相似度是否在预设范围内；
[0037]所述第一执行模块，用于根据所述第一判断模块的判断结果，当所述相似度在所述预设范围内时，判定设备正常运行，等待进行下一循环的设备异常检测；
[0038]所述第二执行模块，用于根据所述第一判断模块的判断结果，当所述相似度不在所述预设范围内时，发出设备可能异常的虚报警信息。
[0039]作为一种物联网中设备异常状态检测的系统的可实施方式，还包括报警模块和存储执行模块，其中:
[0040]所述报警模块，用于当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备异常运行状态时，发出设备异常报警；
[0041]所述存储执行模块，用于当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备正常运行状态时，将所述设备状态存储到所述状态空间中。
[0042]作为一种物联网中设备异常状态检测的系统的可实施方式，还包括第二判断模块、第三执行模块和第四执行模块，其中:
[0043]所述第二判断模块，用于判断所述状态空间中存储的所述设备状态的数量是否大于预设值；
[0044]所述第三执行模块，用于根据所述第二判断模块的判断结果，当大于预设值时，采用增量式聚类的方法优化所述状态空间；
[0045]所述第四执行模块，用于根据所述第二判断模块的判断结果，当小于等于预设值时，结束本次设备异常状态检测。
[0046]作为一种物联网中设备异常状态检测的系统的可实施方式，还包括连接设备的传感器，所述信息接收分析模块接收所述传感器反馈的所述设备运行状态的检测信息。
[0047]本发明的有益效果包括:
[0048]本发明提供的一种物联网中设备异常状态检测的方法及系统，综合设备的多个检测信息构成设备状态，并将设备状态与预存的设备正常运行的状态进行比较。如果运行状态与预设运行状态差别很大，则发出可能为异常运行的虚报警信息，提醒相关人员进行确认处理。若设备运行状态相对于状态空间中已存储的运行状态差别不大，则认为设备运行正常。对设备运行状态的判断综合多个因素，不单纯依赖传感器的读值，判断准确，且预先存储多个正常运行状态，设备当前的运行状态与每个正常运行状态都进行比较，能够有效降低误报率。同时可随着检测次数的增加对状态空间不断进行优化，更加提供设备异常报警的准确率。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1为本发明一种物联网中设备异常状态检测的方法的一具体实施例的流程图；
[0050]图2为本发明一种物联网中设备异常状态检测的方法的另一具体实施例的流程图；
[0051]图3为本发明一种物联网中设备异常状态检测的方法的再一具体实施例的流程图；
[0052]图4为本发明一种物联网中设备异常状态检测的方法的时间窗口示意图；
[0053]图5a_5d为本发明一种物联网中设备异常状态检测的方法的一具体实施例的设备状态加入状态空间的示意图；
[0054]图6为一具体实例的不同时间窗口检测效果图；
[0055]图7为一具体实例的不同状态空间存储量的聚合次数示意图；
[0056]图8为本发明一种物联网中设备异常状态检测的系统的一具体实施例的构成示意图；
[0057]图9为本发明一种物联网中设备异常状态检测的系统的另一具体实施例的构成示意图；
[0058]图10为本发明一种物联网中设备异常状态检测的系统的再一具体实施例的构成示意图。
【具体实施方式】
[0059]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的物联网中设备异常状态检测的方法及系统的【具体实施方式】进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0060]本发明一实施例的物联网中设备异常状态检测的方法，如图1所示，包括以下步骤:
[0061]S100，接收设备运行状态的检测信息，并对所述检测信息进行分析，得到所述设备的设备状态。
[0062]可通过物联网设备自身带的传感器检测设备的运行状态信息，也可根据需要在物联网设备上安装相应的传感器，如压力传感器，温度传感器，震动传感器等。设置在设备上的传感器可以为一个，也可以为多个。
[0063]S200，判断所述设备状态与状态空间中的任一已存储设备状态之间的相似度是否在预设范围内。
[0064]此处需要说明的是，需要根据所监控的设备预先构建存储多种设备正常运行的设备状态的状态空间。一般情况下，状态空间中所包含的已存储设备状态中包含的传感器的检测信息的种类与设备异常检测时所接收的传感器的检测信息种类相同，且包含的检测参量数目一致。
[0065]S300，若是，则判定设备正常运行。
[0066]设置状态空间，并设定相似度的标准。将步骤SlOO得到的设备状态与状态空间中每个已存储设备状态进行比较，只要当前的设备状态与任意一个已存储设备状态的相似度在预设范围内，则认为当前设备是正常运行的。其执行原理可这样理解，若设备当前的运行状态和一个已知正常运行的状态足够接近的话，那么这个状态也可被认为是正常运行状态。因为，当设备异常运行时，往往会造成设备某个或者某些参数发生突变。
[0067]S400，若否，则发出设备可能异常的虚报警信息。
[0068]如果检测到的当前的设备状态与预存的状态空间中的所有状态都有比较大的差别(相似度低，不在预设相似度范围内)，那么则认为此状态可能为设备异常运行状态，发出报警信息。
[0069]此处需要说明的是，所述虚报警信息是指当前并不能肯定设备一定处于异常状态，其最终是否确定为异常状态由设备调试人员或者设备监测人员确定。
[0070]作为一种特例，状态空间在开始异常检测的时候也可以为空，则此时检测到的第一设备状态无比较对象可直接发出设备可能异常的虚报警信息。
[0071]本发明实施例的物联网中设备异常状态检测的方法，综合设备的多个检测信息构成设备状态，并将设备状态与预存的设备正常运行的状态进行比较。如果运行状态与预设运行状态差别很大，则发出可能为异常运行的虚报警信息，提醒相关人员进行确认处理。若设备运行状态相对于状态空间中已存储的运行状态差别不大，则认为设备运行正常。对设备运行状态的判断综合多个因素，不单纯依赖传感器的读值，判断准确，且预先存储多个正常运行状态，设备当前的运行状态与每个正常运行状态都进行比较，能够有效降低误报率。
[0072]在其中一个实施例中，如图2所示，发出设备可能异常的虚报警信息之后，还包括以下步骤:
[0073]S500，等待用户对所述虚报警信息的确认信息。
[0074]S600,当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备异常运行状态时，发出设备异常报警。由用户(设备调试人员或者设备监测人员)根据虚报警信息对设备运行状态进行确认。用户可实地查看设备的真实运行状态，也可根据经验判断某些参数的变化是设备正常运行范围内的，从而确定设备当前的运行状态是否异常。当用户确定当前设备非正常运行时，则输入相应的确认信息，确认设备为异常运行状态。在实际操作中，可在本方法运行的计算机的显示界面显示正常运行或者异常运行的选择按钮。用户可根据判断结果进行选择，从而输入确认信息。
[0075]S700，当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备正常运行状态时，将所述设备状态存储到所述状态空间中。当用户判断当前设备正常运行时，如前所述，则可选择设备异常运行的按钮，从而返回设备异常的输入信息。接收到用户提供的设备正常运行的确认信息后，需要将当前的设备状态存储到状态空间中，以便在下一次设备异常状态检测中将其作为正常运行状态作为参考。
[0076]此处需要说明的是，将设备当前运行状态存储到状态空间后，当前的设备状态就成为状态空间中一个新的已存储设备状态用于下一异常检测中。
[0077]本发明实施例的物联网中设备异常状态检测的方法，状态空间中正常运行状态的可随检测次数的增加逐步优化，以跟随设备真实的运行状态，这在实际使用中意义重大。
[0078]较佳地，所述将所述设备状态存储到所述状态空间中之后，如图3所示，还可以包括以下步骤:
[0079]S800，判断所述状态空间中存储的所述设备状态的数量是否大于预设值。
[0080]随着设备运行，可能不断有新的设备正常运行状态出现，如此，若把每个正常运行状态都存储到状态空间中，会导致后续计算相似度时，计算开销增大，影响算法性能。因此，需要对状态空间中能够存储的设备状态的总数进行限制。如设置最大值为8、10或者12等，具体数值可依据本发明方法的程序执行主体的性能及所检测的物联网中的设备运行精度要求进行设定。
[0081]S900，若是，则采用增量式聚类的方法优化所述状态空间。
[0082]S1000，若否，则结束本次设备异常状态检测。
[0083]本发明实施例的物联网中设备异常状态检测的方法，在满足设备异常检测要求的前提下，对状态空间中的设备状态的数目进行限制，降低计算量，加快检测速度。同时，采用增量式聚类的方式对状态空间进行优化，使状态空间中的已存储设备状态更具代表性，设备异常检测更加精准，使虚报警信息出现的频率更低，逐步减少人工操作，更加智能化。
[0084]作为一种可实施方式，步骤SlOO中，对所述检测信息进行分析，得到所述设备的设备状态，包括以下步骤:
[0085]S110,以预设宽度的时间窗口截取所述检测信息。
[0086]S120，拟合所截取的预设宽度内的所述检测信息的斜率。其中，斜率的个数与所述检测信息所包含的检测项目数相等。
[0087]得到检测信息的斜率之后，将所有斜率构成一个向量作为前述的设备状态。当然已存储设备状态也为预先存储的预设向量。
[0088]对于设备状态的向量，做以下详细说明:
[0089]将生产设备某一个时刻的状态SDt表示为相关传感器读值的集合:
[0090]SDt = Iv1, V2, , VnI V e D (I)
[0091]其中，V代表隶属于设备D的传感器的读值，传感器与生产设备关联关系确定可依据以下三条基本原则:
[0092]I)监控同一设备的传感器,应归入本设备传感器集合；
[0093]2)传感器数量增多将导致设备状态变迁空间维度过度膨胀，需进一步细化(本发明实施例中数量上限设定为8)。例如可依据传感器相对位置进行细划，分入口、出口、直属三类；
[0094]3)允许仅有一个传感器表征设备状态的情况出现。
[0095]对隶属于同一设备传感器的读值流，如图4所示，依据时间维度滑动固定宽度为T的窗口，并同时拟合窗口内读值的斜率。可采用最小二乘法计算传感器读值斜率，其表达式为:
【权利要求】
1.一种物联网中设备异常状态检测的方法，其特征在于，包括以下步骤: 接收设备运行状态的检测信息，并对所述检测信息进行分析，得到所述设备的设备状态； 判断所述设备状态与状态空间中的任一已存储设备状态之间的相似度是否在预设范围内； 若是，则判定设备正常运行； 若否，则发出设备可能异常的虚报警信息。
2.根据权利要求1所述的物联网中设备异常状态检测的方法，其特征在于，步骤若否，则发出设备可能异常的虚报警信息之后，还包括以下步骤: 等待用户对所述虚报警信息的确认信息； 当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备异常运行状态时，发出设备异常报m.1=I ， 当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备正常运行状态时，将所述设备状态存储到所述状态空间中。
3.根据权利要求2所 述的物联网中设备异常状态检测的方法，其特征在于，所述将所述设备状态存储到所述状态空间中之后，还包括以下步骤: 判断所述状态空间中存储的所述设备状态的数量是否大于预设值； 若是，则采用增量式聚类的方法优化所述状态空间； 若否，则结束本次设备异常状态检测。
4.根据权利要求1所述的物联网中设备异常状态检测的方法，其特征在于，所述设备运行状态的检测信息通过与所述设备相连接的传感器获得。
5.根据权利要求1所述的物联网中设备异常状态检测的方法，其特征在于，所述对所述检测信息进行分析，得到所述设备的设备状态，包括以下步骤: 以预设宽度的时间窗口截取所述检测信息； 拟合所截取的预设宽度内的所述检测信息的斜率； 所述斜率的个数与所述检测信息所包含的检测项目数相等； 所述设备状态为由所述斜率构成的向量； 所述已存储设备状态为预先存储的预设向量。
6.根据权利要求5所述的物联网中设备异常状态检测的方法，其特征在于，判断所述设备状态与状态空间中的任一已存储设备状态之间的相似度是否在预设范围内，包括以下步骤: 计算设备状态的向量与所有的所述预设向量之间的余弦夹角； 判断最小的所述余弦夹角是否小于预设夹角； 若是，则所述相似度在预设范围内； 若否，则所述相似度不在预设范围内。
7.根据权利要求3所述的物联网中设备异常状态检测的方法，其特征在于，所述采用增量式聚类的方法优化所述状态空间，包括以下步骤: 增大所述相似度的预设范围到第一预设范围； 将相似度在所述第一预设范围的两个所述已存储的设备状态合并为一个新的设备状态，并存储到所述状态空间中； 所述第一预设范围在下一设备异常状态检测循环中作为新的预设范围。
8.一种物联网中设备异常状态检测的系统，其特征在于，包括信息接收分析模块、第一判断模块、第一执行模块和第二执行模块，其中: 所述信息接收分析模块，用于接收设备运行状态的检测信息，并对所述检测信息进行分析，得到所述设备的设备状态； 所述第一判断模块，用于判断所述信息接收分析模块生成的所述设备状态与状态空间中的任一已存储设备状态之间的相似度是否在预设范围内； 所述第一执行模块，用于根据所述第一判断模块的判断结果，当所述相似度在所述预设范围内时，判定设备正常运行，等待进行下一循环的设备异常检测； 所述第二执行模块，用于根据所述第一判断模块的判断结果，当所述相似度不在所述预设范围内时，发出设备可能异常的虚报警信息。
9.根据权利要求8所述的物联网中设备异常状态检测的系统，其特征在于，还包括报警模块和存储执行模块，其中: 所述报警模块，用 于当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备异常运行状态时，发出设备异常报警； 所述存储执行模块，用于当接收到用户输入的确认所述虚报警信息对应设备正常运行状态时，将所述设备状态存储到所述状态空间中。
10.根据权利要求9所述的物联网中设备异常状态检测的系统，其特征在于，还包括第二判断模块、第三执行模块和第四执行模块，其中: 所述第二判断模块，用于判断所述状态空间中存储的所述设备状态的数量是否大于预设值； 所述第三执行模块，用于根据所述第二判断模块的判断结果，当大于预设值时，采用增量式聚类的方法优化所述状态空间； 所述第四执行模块，用于根据所述第二判断模块的判断结果，当小于等于预设值时，结束本次设备异常状态检测。
11.根据权利要求8所述的物联网中设备异常状态检测的系统，其特征在于，还包括连接设备的传感器，所述信息接收分析模块接收所述传感器反馈的所述设备运行状态的检测信息。
【文档编号】G01D21/00GK104075749SQ201410305059
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】吕晓鹏, 肖坦, 李宗凯, 刘阳, 李洪研 申请人:通号通信信息集团有限公司