本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種醫(yī)氧空壓機(jī)故障預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著醫(yī)院規(guī)模的擴(kuò)大和醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，醫(yī)用氧氣系統(tǒng)在臨床醫(yī)療中的重要性日益凸顯，尤其是在重癥監(jiān)護(hù)、手術(shù)和急救等關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，其作用更是不可或缺。隨著工業(yè)科技的進(jìn)步，醫(yī)氧系統(tǒng)的多樣性和精密性日益增加，其構(gòu)成設(shè)備、零部件以及系統(tǒng)軟硬件的復(fù)雜性也隨之提高。然而，這種復(fù)雜化的系統(tǒng)也帶來(lái)了潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)醫(yī)氧系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，如果不能迅速進(jìn)行故障診斷并采取針對(duì)性的維修措施，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的醫(yī)療事故，威脅到患者的生命安全。在醫(yī)氧系統(tǒng)中，醫(yī)氧空壓機(jī)是最重要的設(shè)備。因此，對(duì)于醫(yī)氧空壓機(jī)的故障預(yù)測(cè)至關(guān)重要。

2、在醫(yī)氧系統(tǒng)中，醫(yī)氧空壓機(jī)的主要作用是將環(huán)境空氣加壓至分子篩吸附塔所需壓力，保證分子篩的正常運(yùn)行。因此通過(guò)監(jiān)測(cè)醫(yī)氧空壓機(jī)的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行故障預(yù)測(cè)可以準(zhǔn)確反映出醫(yī)氧空壓機(jī)可能存在的故障隱患?；疑Ｐ褪且环N常用的灰色預(yù)測(cè)模型，主要用于時(shí)間序列數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)和分析。它是通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)變換，將其轉(zhuǎn)化為灰色微分方程，利用該方程可以對(duì)醫(yī)氧空壓機(jī)壓力序列數(shù)據(jù)的規(guī)律進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。但是，由于醫(yī)氧空壓機(jī)內(nèi)部的因素導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)中存在噪聲，即使通過(guò)現(xiàn)有的濾波算法進(jìn)行濾波，也難以將噪聲完全去除，那么算法如果直接通過(guò)相鄰累加值的均值生成相鄰均值序列會(huì)受到序列中虛假數(shù)據(jù)的影響導(dǎo)致模型無(wú)法準(zhǔn)確捕捉到數(shù)據(jù)的真實(shí)變化趨勢(shì)，從而導(dǎo)致對(duì)壓力數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致醫(yī)氧空壓機(jī)故障預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性較低。（熊曼辰等，基于灰色預(yù)測(cè)模型的后疫情時(shí)代民航經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究，2024年）中公開(kāi)了一種基于灰色預(yù)測(cè)模型的后疫情時(shí)代民航經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究方法，其首先依據(jù)原始數(shù)據(jù)生成一階累加序列，然后對(duì)一階累加序列中兩兩相鄰的累加值取均值得到相鄰均值序列，進(jìn)而建立灰色微分方程對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)；但是由于醫(yī)氧空壓機(jī)的壓力數(shù)據(jù)會(huì)存在噪聲，對(duì)于空壓機(jī)的壓力數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，若直接通過(guò)相鄰累加值的均值生成相鄰均值序列，會(huì)導(dǎo)致建立的灰色微分方程不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)壓力數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)出現(xiàn)偏差，進(jìn)而導(dǎo)致醫(yī)氧空壓機(jī)故障預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)醫(yī)氧空壓機(jī)故障預(yù)測(cè)時(shí)準(zhǔn)確度較低的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明在如下的多個(gè)方面中提供方案。

2、在第一方面中，本發(fā)明提供了一種醫(yī)氧空壓機(jī)故障預(yù)測(cè)方法，包括：

3、采集醫(yī)氧空壓機(jī)的壓力數(shù)據(jù)，并獲取各個(gè)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度；所述噪聲表現(xiàn)程度依據(jù)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)局部范圍內(nèi)的規(guī)律性計(jì)算，所述規(guī)律性越高，噪聲表現(xiàn)程度越低；

4、依據(jù)采集的壓力數(shù)據(jù)生成一階累加序列，并依據(jù)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度計(jì)算一階累加序列中各個(gè)累加值的可信度，累加值的可信度與對(duì)應(yīng)的壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度成負(fù)相關(guān)；依據(jù)所述一階累加序列生成相鄰均值序列，其中，相鄰均值序列中第k個(gè)均值的計(jì)算表達(dá)式為：

5、；

6、式中，表示第k-1個(gè)累加值的可信度，表示第k個(gè)累加值的可信度，表示第k個(gè)累加值，表示第個(gè)累加值；

7、依據(jù)所述相鄰均值序列建立灰色微分方程，進(jìn)而依據(jù)所述灰色微分方程獲取原始?jí)毫?shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值；

8、響應(yīng)于所述預(yù)測(cè)值超出壓力數(shù)據(jù)的預(yù)設(shè)范圍，判定醫(yī)氧空壓機(jī)出現(xiàn)異常。

9、其有益效果為：由于醫(yī)氧空壓機(jī)在運(yùn)行過(guò)程的壓力數(shù)據(jù)容易受到噪聲的影響，導(dǎo)致在利用灰色gm(1，1)模型對(duì)其壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，如果直接利用相鄰累加值的均值得到的相鄰均值序列建立灰色微分方程，會(huì)導(dǎo)致模型的精度較低，從而導(dǎo)致壓力數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)值不準(zhǔn)確。

10、本發(fā)明的醫(yī)氧空壓機(jī)故障預(yù)測(cè)方法，在依據(jù)一階累加序列生成相鄰均值序列時(shí)，考慮到了均值對(duì)應(yīng)的兩個(gè)累加值的可信度，對(duì)于可信度較低的累加值，賦予較低的權(quán)重，對(duì)于可信度較高的累加值，賦予較高的權(quán)重，從而使得計(jì)算出的均值更加準(zhǔn)確；從而使建立的灰色微分方程更加準(zhǔn)確的反映壓力數(shù)據(jù)中的非線性關(guān)系和外部因素的影響，進(jìn)而使得獲取的壓力數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值更加準(zhǔn)確；此外，在計(jì)算累加值的可信度時(shí)，考慮到了壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲對(duì)累加值的影響，首先對(duì)相應(yīng)的壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度求均值，使計(jì)算出的累加值的可信度與相應(yīng)的壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度求均值成反比，壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度越大，計(jì)算出的累加值的可信度越低，從而較為準(zhǔn)確地計(jì)算出累加值的可信度，采用本發(fā)明的方法可有效提高對(duì)醫(yī)氧空壓機(jī)的故障預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

11、優(yōu)選地，所述累加值的可信度的計(jì)算表達(dá)式為：

12、；

13、式中，表示第k個(gè)累加值的可信度，表示第q個(gè)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度，表示以自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)。

14、優(yōu)選地，對(duì)于壓力數(shù)據(jù)序列的第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其噪聲表現(xiàn)程度獲取方法包括：

15、計(jì)算該數(shù)據(jù)點(diǎn)的局部范圍內(nèi)兩兩相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離，并對(duì)計(jì)算出的歐式距離求均值；

16、獲取該數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)的歐式距離，所述該數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)的歐式距離是指該數(shù)據(jù)點(diǎn)與其相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離；

17、依據(jù)所述均值與該數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)的歐式距離之間的偏差計(jì)算該數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度，所述噪聲表現(xiàn)程度與所述偏差成正相關(guān)。

18、其有益效果為：在本實(shí)施例中是利用數(shù)據(jù)點(diǎn)與其相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離，與該數(shù)據(jù)點(diǎn)的局部范圍內(nèi)兩兩相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離之間的差距來(lái)衡量壓力數(shù)據(jù)在第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的局部范圍內(nèi)變化的規(guī)律性，差距越大，則說(shuō)明第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的出現(xiàn)導(dǎo)致其局部范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)變化不規(guī)律，則其規(guī)律性越差。采用本實(shí)施例的噪聲表現(xiàn)程度獲取方法可以較為準(zhǔn)確地計(jì)算出壓力數(shù)據(jù)序列的第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度。

19、優(yōu)選地，對(duì)于壓力數(shù)據(jù)序列的第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其相關(guān)的歐式距離包括該數(shù)據(jù)點(diǎn)與其前一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離，以及該數(shù)據(jù)點(diǎn)與其后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離，其噪聲表現(xiàn)程度的計(jì)算表達(dá)式為：

20、；

21、式中，表示第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度，表示壓力數(shù)據(jù)序列p中的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，表示第i個(gè)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)局部范圍內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；表示第i個(gè)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)局部范圍內(nèi)第j個(gè)和第j+1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的相對(duì)距離，表示第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與其前一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離，表示第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與其后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離。

22、其有益效果為：本實(shí)施例中，在第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)不是壓力數(shù)據(jù)序列中第一個(gè)或最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的情況下，利用第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與其前一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離以及第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與其后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離的均值，來(lái)表征第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與其相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的歐式距離，從而使第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)的歐式距離計(jì)算更加準(zhǔn)確；進(jìn)而使數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度的計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。

23、優(yōu)選地，第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的局部范圍為以當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)為中心的w個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)長(zhǎng)度范圍。

24、優(yōu)選地，還包括對(duì)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度進(jìn)行修正，包括：

25、在采集壓力數(shù)據(jù)的同時(shí)采集醫(yī)氧空壓機(jī)的溫度數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)，獲取第i個(gè)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)采集時(shí)刻對(duì)應(yīng)的第一溫度數(shù)據(jù)點(diǎn)和第一振動(dòng)數(shù)據(jù)點(diǎn)；獲取壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)在第i個(gè)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的局部范圍內(nèi)的變化，與溫度數(shù)據(jù)點(diǎn)在第一溫度數(shù)據(jù)點(diǎn)的局部范圍內(nèi)的變化之間的正相關(guān)性，記為第一正相關(guān)性；以及壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)在第i個(gè)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的局部范圍內(nèi)的變化，與振動(dòng)數(shù)據(jù)點(diǎn)在第一振動(dòng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的局部范圍內(nèi)的變化之間的正相關(guān)性，記為第二正相關(guān)性；

26、依據(jù)所述第一正相關(guān)性和所述第二正相關(guān)性計(jì)算修正后的噪聲表現(xiàn)程度，修正后的噪聲表現(xiàn)程度與所述第一正相關(guān)性和所述第二正相關(guān)性均成負(fù)相關(guān)。

27、其有益效果為：通常情況下，在醫(yī)氧空壓機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，壓力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)以及振動(dòng)數(shù)據(jù)之間存在緊密的關(guān)系，因?yàn)楫?dāng)氣體被壓縮時(shí)，氣體分子之間的碰撞增加，導(dǎo)致溫度升高，即壓力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)成正相關(guān)關(guān)系；同時(shí)壓力數(shù)據(jù)的變化也會(huì)導(dǎo)致壓機(jī)內(nèi)部的機(jī)械部件受到不均勻的力，導(dǎo)致振動(dòng)數(shù)據(jù)變化，因此壓力數(shù)據(jù)與振動(dòng)數(shù)據(jù)亦存在正相關(guān)關(guān)系。因此，可依據(jù)第一正相關(guān)性以及第二正相關(guān)性對(duì)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度進(jìn)行修正，且修正后的噪聲表現(xiàn)程度與所述第一正相關(guān)性和所述第二正相關(guān)性均成負(fù)相關(guān)；采用本實(shí)施例的方法可以較為準(zhǔn)確地對(duì)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度進(jìn)行修正，從而使壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，進(jìn)而提高對(duì)醫(yī)氧空壓機(jī)進(jìn)行故障預(yù)測(cè)時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

28、優(yōu)選地，所述第一正相關(guān)性和所述第二正相關(guān)性均采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法獲取，修正后的噪聲表現(xiàn)程度的計(jì)算表達(dá)式為：

29、；

30、式中，表示第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲表現(xiàn)程度，表示所述第一正相關(guān)性，表示所述第二正相關(guān)性，表示第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的修正后的噪聲表現(xiàn)程度。

31、優(yōu)選地，所述壓力數(shù)據(jù)的預(yù)設(shè)范圍為0.45mpa至0.64mpa。

32、優(yōu)選地，還包括：響應(yīng)于醫(yī)氧空壓機(jī)出現(xiàn)故障，將醫(yī)氧空壓機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型中，從而得到醫(yī)氧空壓機(jī)的故障類(lèi)型；所述運(yùn)行數(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)以及振動(dòng)數(shù)據(jù)，所述深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練方法包括：

33、將運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型的策略網(wǎng)絡(luò)，生成故障模式診斷結(jié)果；

34、將所述診斷結(jié)果輸入深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，評(píng)估診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性；

35、根據(jù)診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性和強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，更新策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，并判斷深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型是否收斂；

36、響應(yīng)于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型收斂，停止訓(xùn)練；否則，迭代地生成故障模式診斷結(jié)果、評(píng)估診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性并更新策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，直到深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型收斂。

37、其有益效果為：在判定醫(yī)氧空壓機(jī)出現(xiàn)故障的情況下進(jìn)一步得出醫(yī)氧空壓機(jī)具體的故障類(lèi)型，使得醫(yī)氧空壓機(jī)的故障預(yù)測(cè)更加精準(zhǔn)；深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型能夠?qū)W習(xí)到復(fù)雜的故障模式，提高故障診斷的準(zhǔn)確性。通過(guò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)，模型能夠捕捉到設(shè)備運(yùn)行中的微妙變化，準(zhǔn)確識(shí)別出復(fù)雜的故障類(lèi)型；通過(guò)對(duì)深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，使得深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)醫(yī)氧空壓機(jī)的故障類(lèi)型。

38、在第二方面中，本發(fā)明提供了一種醫(yī)氧空壓機(jī)故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序指令被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的醫(yī)氧空壓機(jī)故障預(yù)測(cè)方法。

39、綜上所述，本發(fā)明的有益效果在于：采用本發(fā)明的方法可有效提高對(duì)醫(yī)氧空壓機(jī)的故障預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。