本發(fā)明涉及時(shí)間序列處理方法，尤其是一種時(shí)間序列波峰的提取方法。

背景技術(shù)：

時(shí)間序列是一種廣泛使用的信息數(shù)據(jù)處理概念。它是數(shù)學(xué)上一元數(shù)值函數(shù)的離散形式，可以表示股價(jià)波動(dòng)序列、水文變動(dòng)記錄序列、病患心率記錄序列，等等。在信息處理領(lǐng)域，時(shí)間序列的概念已被深化推廣為一元向量值函數(shù)的離散形式、甚至是多元向量值函數(shù)的離散形式。例如移動(dòng)物體的GPS定位數(shù)據(jù)集，可以視作以時(shí)間為自變量，空間坐標(biāo)(多維向量)為因變量的離散向量值函數(shù)。在時(shí)間序列處理的相關(guān)技術(shù)方面，人們最為關(guān)心的是數(shù)據(jù)序列的波峰檢測(cè)和提取，這是因?yàn)椴ǚ迤尉哂写_鑿的物理意義。它可以表示一個(gè)股價(jià)的漲跌周期、一次洪峰的記錄，等等。

無(wú)論在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，還是相關(guān)工業(yè)應(yīng)用技術(shù)中，有關(guān)時(shí)間序列波峰提取檢測(cè)的資料都是非常充裕的。但現(xiàn)有的這些方法都各有局限，或者應(yīng)用于專門的時(shí)間序列(例如限于農(nóng)業(yè)水文數(shù)據(jù))、或者需要較多人工先驗(yàn)知識(shí)的輔助干預(yù)、或者方法的工作機(jī)理過(guò)分依賴于預(yù)設(shè)的固定參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有時(shí)間序列波峰提取方式的有效性較差的不足，本發(fā)明提供一種有效性良好的時(shí)間序列波峰的提取方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種時(shí)間序列波峰的提取方法，包括以下步驟：

1)首先進(jìn)行初始化，生成均值和方差σ₁

在初始輸入的定時(shí)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊里，進(jìn)行均值方差σ₁統(tǒng)計(jì)，在統(tǒng)計(jì)時(shí)排除局部極值點(diǎn)納入統(tǒng)計(jì)；局部極值點(diǎn)包括極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)，所述極大值點(diǎn)指該點(diǎn)數(shù)值不小于其前一個(gè)鄰點(diǎn)、后一個(gè)鄰點(diǎn)的取值；極小值點(diǎn)指該點(diǎn)數(shù)值不大于其前一個(gè)鄰點(diǎn)、后一個(gè)鄰點(diǎn)的取值；

2)判斷當(dāng)前輸入點(diǎn)是否為“高”點(diǎn)，

滿足式(1)即為“高”點(diǎn)；

和σ_n使用的下標(biāo)n表示這兩個(gè)量隨著輸入的更新而同步更新，c₁表示預(yù)設(shè)參數(shù)數(shù)值；

判斷當(dāng)前輸入是否為“低”點(diǎn)，

c₂表示預(yù)設(shè)參數(shù)數(shù)值；

判斷為“低”點(diǎn)者不僅要滿足式(2)，而且該輸入點(diǎn)不能為局部極小值點(diǎn)；

3)基于當(dāng)前數(shù)據(jù)塊，更新和σ_n，在做均值方差統(tǒng)計(jì)時(shí)，將由步驟2)得到的“高”點(diǎn)和“低”點(diǎn)排除在外，得到有效點(diǎn)；

在計(jì)算均值和方差時(shí)使用二階IIR時(shí)域?yàn)V波器進(jìn)行迭代更新，二階IIR濾波器的系數(shù)是預(yù)設(shè)參數(shù)；

4)對(duì)由步驟2)得到“高”點(diǎn)和“低”點(diǎn)序列，進(jìn)行交錯(cuò)校驗(yàn)，每2個(gè)相鄰的“低”點(diǎn)之間如果含有至少一個(gè)“高”點(diǎn)則生成一個(gè)波峰，否則棄掉該“低”點(diǎn)；

5)對(duì)生成的候選波峰進(jìn)行最后甄別，計(jì)算2個(gè)數(shù)值：“底”長(zhǎng)由生成該波峰的2個(gè)“低”點(diǎn)間隔長(zhǎng)度決定；“高”度，由該波峰內(nèi)原始數(shù)據(jù)的最大值與該原始數(shù)據(jù)的中位值之間的差決定，使用

“底長(zhǎng)*高度/2”

作為波峰的面積數(shù)值；

如果面積數(shù)值大于預(yù)設(shè)的閾值，則認(rèn)為該波峰為真實(shí)的波峰；否則棄掉該波峰。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：統(tǒng)計(jì)方法和概念被廣泛應(yīng)用于時(shí)間序列數(shù)據(jù)處理。例如，對(duì)于輸入值a_n判斷其偏離均值的程度，可用如下公式判決

以上σ_n為當(dāng)前時(shí)刻的方差(在物理意義上相當(dāng)于當(dāng)前時(shí)刻數(shù)據(jù)塊革除了直流成份后的能量)，和σ_n使用下標(biāo)n，表示這兩個(gè)量隨著輸入的更新而同步更新。這類方法真正體現(xiàn)偏離程度的是上式中的參數(shù)c，c的取值范圍為[1.5,3.5]。本方法在決定“高”點(diǎn)和“低”點(diǎn)時(shí)，c分別取2個(gè)不同的形式，這樣該方法里依賴的4個(gè)參數(shù)便占用去2個(gè)。

本發(fā)明的波峰提取方法。它有如下一些特征：1)較少地、或盡可能不依賴于預(yù)設(shè)的固定參數(shù)，當(dāng)必須有少數(shù)依賴的參數(shù)(一共4個(gè))時(shí)，參數(shù)對(duì)輸出結(jié)果的變化影響比較遲鈍(即預(yù)設(shè)參數(shù)的數(shù)值的微小變化，不會(huì)引起輸出結(jié)果的劇烈變化)；2)采納“極點(diǎn)濾除原則”；3)使用“高”點(diǎn)和“低”點(diǎn)交錯(cuò)排列校驗(yàn)決定一個(gè)完整波峰；4)對(duì)候選的波峰依賴于“面積”度量進(jìn)行最后甄別、決策。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：具有更好的有效性。

附圖說(shuō)明

圖1是時(shí)間序列波峰的提取方法的原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1，一種時(shí)間序列波峰的提取方法，包括以下步驟：

1)首先進(jìn)行初始化，生成和σ₁。在初始輸入的定時(shí)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊里，進(jìn)行均值、方差統(tǒng)計(jì)，在統(tǒng)計(jì)時(shí)排除局部極值點(diǎn)納入統(tǒng)計(jì)，此為“極點(diǎn)濾除原則”體現(xiàn)之一。

局部極值點(diǎn)分極大值點(diǎn)、極小值點(diǎn)，前者指該點(diǎn)數(shù)值不小于其前一個(gè)鄰點(diǎn)、后一個(gè)鄰點(diǎn)的取值；后者指該點(diǎn)數(shù)值不大于其前一個(gè)鄰點(diǎn)、后一個(gè)鄰點(diǎn)的取值。

2)判斷當(dāng)前輸入點(diǎn)是否為“高”點(diǎn)，

滿足式(1)即為“高”點(diǎn)。

和σ_n使用的下標(biāo)n表示這兩個(gè)量隨著輸入的更新而同步更新，c₁表示預(yù)設(shè)參數(shù)數(shù)值，c₁的取值范圍為[1.5,3.5]；

判斷當(dāng)前輸入是否為“低”點(diǎn)，

c₂表示預(yù)設(shè)參數(shù)數(shù)值，c₂的取值范圍為[1.5,3.5]；

與判斷“高”點(diǎn)不同，為“低”點(diǎn)者不僅要滿足式(2)，而且該輸入點(diǎn)不能為局部極小值點(diǎn)。此為“極點(diǎn)濾除原則”體現(xiàn)之二。

3)基于當(dāng)前數(shù)據(jù)塊，更新和σ_n。在做均值方差統(tǒng)計(jì)時(shí)，將由步驟2得到的“高”點(diǎn)和“低”點(diǎn)排除在外，此“極點(diǎn)濾除原則”體現(xiàn)之三。

在計(jì)算均值和方差時(shí)不需要對(duì)有效點(diǎn)(即排除“高”“低”點(diǎn)后納入統(tǒng)計(jì)范圍的點(diǎn))進(jìn)行逐一計(jì)算，只需要使用二階IIR時(shí)域?yàn)V波器(該濾波器屬于現(xiàn)有技術(shù))進(jìn)行迭代更新，二階IIR濾波器的(一個(gè))系數(shù)是預(yù)設(shè)參數(shù)，是本方法的第3個(gè)依賴參數(shù)。例如該系數(shù)參數(shù)設(shè)為0.02，則相當(dāng)于每次從最近的連續(xù)50個(gè)點(diǎn)進(jìn)行均值、方差統(tǒng)計(jì)。

4)對(duì)由步驟2)得到“高”點(diǎn)和“低”點(diǎn)序列，進(jìn)行交錯(cuò)校驗(yàn)，每2個(gè)相鄰的“低”點(diǎn)之間如果含有至少一個(gè)“高”點(diǎn)則生成一個(gè)波峰，否則棄掉該“低”點(diǎn)。

5)對(duì)生成的候選波峰進(jìn)行最后甄別，可以計(jì)算2個(gè)數(shù)值：“底”長(zhǎng)由生成該波峰的2個(gè)“低”點(diǎn)間隔長(zhǎng)度決定；“高”度，由該波峰內(nèi)原始數(shù)據(jù)的最大值與該原始數(shù)據(jù)的中位值之間的差決定。使用

“底長(zhǎng)*高度/2”

作為波峰的面積數(shù)值。如果面積數(shù)值大于預(yù)設(shè)的閾值，則認(rèn)為該波峰為真實(shí)的波峰。否則棄掉該波峰。這里的閾值是本方法依賴的第4個(gè)參數(shù)。

在步驟2)中對(duì)低點(diǎn)使用“極點(diǎn)濾除原則”，可以有效地防止波峰中間由于時(shí)間序列數(shù)值“突降”引發(fā)的波峰“分裂”(即將本來(lái)是一個(gè)波峰，結(jié)果檢測(cè)為2個(gè)波峰)。一般而言，這種劇烈突降是由于數(shù)值檢測(cè)設(shè)備的不穩(wěn)定、或故障引起的。