本發(fā)明涉及工業(yè)報警系統(tǒng)等自動化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抖動報警和重復(fù)報警的在線消除系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

報警是一種以視覺和聽覺的方式提醒操作人員該工業(yè)過程出現(xiàn)了故障現(xiàn)象或者異常狀況，對生產(chǎn)過程的安全高效有著至關(guān)重要的作用。因此，工業(yè)報警系統(tǒng)的研究受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界越來越廣泛的關(guān)注。然而由于噪聲等外部干擾的影響，工業(yè)報警系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的抖動報警和重復(fù)報警等干擾報警。這些干擾報警是在沒有操作人員干預(yù)的情況下，報警變量不斷在報警狀態(tài)和正常狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這樣的報警信號都是干擾報警，它們會嚴重影響工業(yè)報警系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，不僅導(dǎo)致有用的報警信息被淹沒，更因“狼來了”效應(yīng)造成操作人員長期忽視報警信息，不信任甚至關(guān)閉工業(yè)報警系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種抖動報警和重復(fù)報警的在線消除系統(tǒng)，可以有效降低工業(yè)報警系統(tǒng)產(chǎn)生的抖動報警和重復(fù)報警的數(shù)目，從而顯著改善工業(yè)報警系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。

本發(fā)明采用下面的技術(shù)方案：

一種抖動報警和重復(fù)報警的在線消除方法，包括以下步驟：

(1)選取報警時間段ts至te的報警信號，將所述報警信號轉(zhuǎn)換為以0為代表的正常狀態(tài)和以1為代表的報警狀態(tài)的第一報警樣本，其中ts和te對應(yīng)的報警信號均為正常狀態(tài)；

(2)初始化報警延時器的參數(shù)m，對上述第一報警樣本進行預(yù)測賦值，得到第二報警樣本；

(3)計算第二報警樣本的報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列；

(4)對所述報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列進行假設(shè)檢驗，判斷是否需要更新報警延時器參數(shù)；

(5)更新報警時間段，重復(fù)步驟(1)至(4)。

進一步的，步驟(2)中對第一報警樣本進行預(yù)測賦值具體為：當且僅當有連續(xù)m個樣本為報警狀態(tài)，報警系統(tǒng)就產(chǎn)生報警信號1；當且僅當有連續(xù)m個樣本為正常狀態(tài)，報警系統(tǒng)就產(chǎn)生正常信號0。

具體的：當t-m時刻報警信號處于正常狀態(tài)0,如果t-m+1時刻，t-m+2時刻,…，t時刻報警信號都處于報警狀態(tài)1，則第二報警樣本在t時刻的取值為1；當t-m時刻報警信號處于正常狀態(tài)0,如果t-m+1時刻，t-m+2時刻,…，t-m+a(a<m)時刻報警信號都處于報警狀態(tài)1，即連續(xù)處于報警狀態(tài)的樣本數(shù)少于m，則第二報警樣本在t-m時刻，t-m+1時刻，…，t-m+a時刻的取值均為0；當t-m時刻報警信號處于報警狀態(tài)1,如果t-1時刻，t-2時刻,…，t時刻報警信號都處于正常狀態(tài)0，則第二報警樣本在t時刻的取值為0；當t-m時刻報警信號處于報警狀態(tài)1,如果t-m+1時刻，t-m+2時刻,…，t-m+a(a<m)時刻報警信號都處于正常狀態(tài)0，即連續(xù)處于正常狀態(tài)的樣本數(shù)少于m，則第二報警樣本在t-m時刻，t-m+1時刻，…，t-m+a時刻的取值均為1。

進一步的，步驟(3)中計算第二報警樣本的報警持續(xù)時間序列具體為：t1＝t2-t1+1，其中t1時刻和t2時刻為相鄰的非報警狀態(tài)所對應(yīng)的時刻，且t1到t2時間段內(nèi)均為報警狀態(tài)；所述報警間隔時間序列為非報警持續(xù)時間序列。

進一步的，步驟(4)中如果報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列未通過假設(shè)檢驗，則說明不存在抖動報警和重復(fù)報警，此種情況不更新報警延時器得參數(shù)m；如果報警持續(xù)時間序列通過假設(shè)檢驗，則說明存在抖動報警和重復(fù)報警，此種情況更新報警延時器得參數(shù)m。

進一步的，步驟(4)中，如果報警持續(xù)時間序列通過假設(shè)檢驗，由報警持續(xù)時間序列得到報警持續(xù)時間、報警間隔時間，根據(jù)報警持續(xù)時間或報警間隔時間的均值和方差來更新警延時器得參數(shù)m；如果報警持續(xù)時間序列沒有通過假設(shè)檢驗，則保持報警延時器參數(shù)m不變。

進一步的，所述報警時間段為1小時。之所以將報警時間段的時間間隔設(shè)為1小時，是因為當報警時間段的時間間隔較小時，即使報警持續(xù)時間較大，假設(shè)檢驗也能通過。當報警時間段的時間間隔設(shè)置較大時，報警延時器參數(shù)就會更新不及時，從而導(dǎo)致干擾報警和重復(fù)報警不能被消除。需要注意的是，報警時間段在ts時刻和te時刻的取值應(yīng)該為0，否則的話ts時刻之前的m個樣本和te時刻之后的n個樣本也應(yīng)該加入到報警時間段。

進一步的，步驟(5)中更新的報警時間段與步驟(1)中的報警時間段首尾相連。

進一步的，當所述第一報警樣本中為報警狀態(tài)的報警信號個數(shù)低于設(shè)定值，采用第一假設(shè)檢驗方法做判斷；當所述第一報警樣本中為報警狀態(tài)的報警信號個數(shù)大于或等于設(shè)定值，采用第二假設(shè)檢驗方法做判斷。

進一步的，所述第一假設(shè)檢驗方法采用第二報警樣本的報警持續(xù)時間序列進行假設(shè)檢驗；所述第二假設(shè)檢驗方法采用第二報警樣本的報警間隔時間序列進行假設(shè)檢驗。

進一步的，所述第一假設(shè)檢驗方法包括以下步驟：

假設(shè)和備選假設(shè)分別定義為

h0:cv＝1,h1:cv＞1(1)

其中cv為抖動系數(shù)，它的計算公式為

cv＝σt1/μt1

其中σt1和μt1分別為報警持續(xù)時間序列t1(l)的標準差和均值。給定(1-α)％的置信區(qū)間，則cv的取值范圍為

其中st1和分別為σt1和μt1的估計值，它們的計算公式為

為自由度為l-1的卡方分布，100α/2為置信水平。

根據(jù)公式(1)、(2)可知，如果上述不等式成立，h0假設(shè)就會被拒絕，并且犯第一類錯誤的概率為α。在這種情況下，報警持續(xù)時間t1(l)不被認為是保持不變的，所以不存在重復(fù)報警，因此報警延時器參數(shù)不需要被更新。如果報警持續(xù)時間t1(l)通過了假設(shè)檢驗，就說明存在重復(fù)報警，因此報警延時器參數(shù)需要被更新。假設(shè)報警樣本在大多數(shù)情況下都處于正常狀態(tài)，那么更新后的報警延時器參數(shù)m應(yīng)該滿足：

pr(t1(l)＞m)≤rfar(4)

其中rfar為系統(tǒng)的誤報率要求，即該系統(tǒng)產(chǎn)生的誤報率不能大于rfar。根據(jù)chebyshev不等式可得

結(jié)合公式(4)和(5)可知，γt1的計算公式為

將公式(6)代入公式(5)中，可得

在實際應(yīng)用過程中，σt1和μt1通常由它們的估計值st1和來代替。又由于報警延時器參數(shù)應(yīng)該滿足報警延時的要求，所以報警延時器參數(shù)應(yīng)該更新為

其中mu為由報警延時要求raad決定的報警延時器參數(shù)m的上界。

進一步的，所述第二假設(shè)檢驗方法在第一假設(shè)檢驗方法的基礎(chǔ)上，將公式(3)替換為：

即應(yīng)該利用報警間隔時間t0來進行假設(shè)檢驗。其中，st0和分別為t0的標準差和均值的估計值，公式(7)替換為為：

其中rmar為系統(tǒng)漏報率的要求，即系統(tǒng)的漏報率不能大于rmar

本發(fā)明還提供了一種抖動報警和重復(fù)報警的在線消除系統(tǒng)，包括：

選擇模塊，用于選取報警時間段ts至te的報警信號，將所述報警信號轉(zhuǎn)換為以0為代表的正常狀態(tài)和以1為代表的報警狀態(tài)的第一報警樣本；

預(yù)測賦值模塊，用于初始化報警延時器的參數(shù)m，對上述第一報警樣本進行預(yù)測賦值，得到第二報警樣本；

報警持續(xù)/間隔時間計算模塊，用于計算報警持續(xù)時間或報警間隔時間，從而得到報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列；

假設(shè)檢驗?zāi)K，用于對報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列進行假設(shè)檢驗，從而判斷是否需要更新報警延時器參數(shù)；

更新模塊，用于更新報警時間段，從而實時更新報警延時器參數(shù)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明利用報警延時器對報警時間段進行處理，得到新的報警樣本，利用新的報警樣本計算報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列，然后對報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列進行假設(shè)檢驗，從而判斷報警延時器參數(shù)是否需要更新。本發(fā)明有益于減少工業(yè)報警系統(tǒng)中的抖動報警和重復(fù)報警等干擾報警，使得操作人員不至于淹沒于大量的干擾報警中，方便操作人員及時發(fā)現(xiàn)真正有用的報警。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所述抖動報警和重復(fù)報警的在線消除系統(tǒng)流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例過程信號的時間序列圖；

圖3為本發(fā)明實施例所述抖動報警和重復(fù)報警的消除系統(tǒng)框圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明：

應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

如圖1所示，本發(fā)明的一種典型實施例是：

一種抖動報警和重復(fù)報警的在線消除方法，包括以下步驟：

一種抖動報警和重復(fù)報警的在線消除方法，包括如下步驟：

s1，初始化報警延時器參數(shù)m＝20，并選取報警時間段ts至te的報警信號，將報警信號轉(zhuǎn)換為以0為代表的正常狀態(tài)和以1為代表的報警狀態(tài)的報警樣本；

s2，利用報警延時器對報警時間段進行預(yù)測賦值，得到新的報警樣本；

s3，針對新的報警樣本計算報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列；

s4，對報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列進行假設(shè)檢驗，判斷是否需要更新報警延時器參數(shù)；

s5，更新報警時間段ts＝te,te＝ts+3600-1，重復(fù)步驟s1-s4。

上述報警時間段中時刻的單位為秒。

s1中：選取報警時間段的起始時刻ts，報警時間段的時間間隔設(shè)為1h，則報警時間段的終止時刻為te＝ts+3600-1，報警時間段定義為{x(t)}tet＝ts。之所以將報警時間段的時間間隔設(shè)為1h，是因為當報警時間段的時間間隔較小時，即使報警持續(xù)時間較大，假設(shè)檢驗也能通過。當報警時間段的時間間隔設(shè)置較大時，報警延時器參數(shù)就會更新不及時，從而導(dǎo)致干擾報警和重復(fù)報警不能被消除。需要注意的是，報警時間段在ts時刻和te時刻的取值應(yīng)該為0，否則的話ts時刻之前的m個樣本和te時刻之后的n個樣本也應(yīng)該加入到報警時間段。

s2中：利用報警延時器對報警時間段進行處理，得到新的報警樣本。當t-m時刻過程信號處于正常狀態(tài)0,如果t-m+1時刻，t-m+2時刻,…，t時刻過程信號都處于報警狀態(tài)1，則新的報警樣本在t時刻的取值為1；當t-m時刻過程信號處于正常狀態(tài)0,如果t-m+1時刻，t-m+2時刻,…，t-m+a(a<m)時刻過程信號都處于報警狀態(tài)1，即連續(xù)處于報警狀態(tài)的樣本數(shù)少于m，則新的報警樣本在t-m時刻，t-m+1時刻，…，t-m+a時刻的取值均為0；當t-m時刻過程信號處于報警狀態(tài)1,如果t-1時刻，t-2時刻,…，t時刻過程信號都處于正常狀態(tài)0，則新的報警樣本在t時刻的取值為0；當t-m時刻過程信號處于報警狀態(tài)1,如果t-m+1時刻，t-m+2時刻,…，t-m+a(a<m)時刻過程信號都處于正常狀態(tài)0，即連續(xù)處于正常狀態(tài)的樣本數(shù)少于m，則新的報警樣本在t-m時刻，t-m+1時刻，…，t-m+a時刻的取值均為1；新的報警樣本定義為

s3中：針對新的報警樣本計算報警持續(xù)時間序列；所述報警持續(xù)時間的計算公式為：

t1＝t2-t1+1,

其中xa(t1-1)＝0,xa(t2+1)＝0,且xa(t1)+xa(t1+1)+…+xa(t2)＝t2-t1+1。也就是說，報警樣本在t1時刻和t2時刻的取值均為0，且報警信號在t1時刻到t2時刻之間的取值均為1。

s4中：對報警持續(xù)時間序列進行假設(shè)檢驗，判斷是否需要更新報警延時器參數(shù)。所述假設(shè)檢驗的具體步驟如下：假設(shè)和備選假設(shè)分別定義為

h0:cv＝1,h1:cv＞1(1)

其中cv為抖動系數(shù)，它的計算公式為

cv＝σt1/μt1

其中σt1和μt1分別為報警持續(xù)時間序列t1(l)的標準差和均值。給定(1-α)％的置信區(qū)間，則cv的取值范圍為

其中st1和分別為σt1和μt1的估計值，它們的計算公式為

為自由度為l-1的卡方分布，100α/2為置信水平。根據(jù)公式(1)、(2)可知，如果不等式

成立，h0假設(shè)就會被拒絕，并且犯第一類錯誤的概率為α。在這種情況下，報警持續(xù)時間t1(l)不被認為是保持不變的，所以不存在重復(fù)報警，因此報警延時器參數(shù)不需要被更新。如果報警持續(xù)時間t1(l)通過了假設(shè)檢驗，就說明存在重復(fù)報警，因此報警延時器參數(shù)需要被更新。假設(shè)報警樣本在大多數(shù)情況下都處于正常狀態(tài)，那么更新后的報警延時器參數(shù)m應(yīng)該滿足

pr(t1(l)＞m)≤rfar(4)

其中rfar為系統(tǒng)的誤報率要求，即該系統(tǒng)產(chǎn)生的誤報率不能大于rfar。根據(jù)chebyshev不等式可得

結(jié)合公式(4)和(5)可知，γt1的計算公式為

將公式(6)代入公式(5)中，可得

在實際應(yīng)用過程中，σt1和μt1通常由它們的估計值st1和來代替。又由于報警延時器參數(shù)應(yīng)該滿足報警延時的要求，所以報警延時器參數(shù)應(yīng)該更新為

其中mu為由報警延時要求raad決定的報警延時器參數(shù)m的上界。

如果報警樣本在大多數(shù)情況下都處于報警狀態(tài)，提出的方法應(yīng)該做出相應(yīng)的修改。首先，在假設(shè)檢驗過程中，公式(3)應(yīng)該改為

即應(yīng)該利用報警間隔時間t0來進行假設(shè)檢驗。其中，st0和分別為t0的標準差和均值的估計值。公式(7)應(yīng)該更新為

其中rmar為系統(tǒng)漏報率的要求，即系統(tǒng)的漏報率不能大于rmar。

s5中：更新報警時間段ts＝te,te＝ts+3600-1，重復(fù)步驟s1-s4。。具體地，令新的報警時間段的起始時刻為上一個報警時間段的終止時刻，即ts＝te。保持報警時間段的時間間隔不變，則新的報警時間段的終止時刻為te＝ts+3600-1。重復(fù)步驟s1到s4，就能夠?qū)崟r更新報警延時器參數(shù)m。

如圖3所示：本發(fā)明的再一實施例是一種抖動報警和重復(fù)報警的在線消除系統(tǒng)，包括：

選擇模塊，用于選取報警時間段ts至te的報警信號，將所述報警信號轉(zhuǎn)換為以0為代表的正常狀態(tài)和以1為代表的報警狀態(tài)的第一報警樣本；

預(yù)測賦值模塊，用于初始化報警延時器的參數(shù)m，對上述第一報警樣本進行預(yù)測賦值，得到第二報警樣本；

報警持續(xù)/間隔時間計算模塊，用于計算報警持續(xù)時間或報警間隔時間，從而得到報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列；

假設(shè)檢驗?zāi)K，用于對報警持續(xù)時間序列或報警間隔時間序列進行假設(shè)檢驗，從而判斷是否需要更新報警延時器參數(shù)；

更新模塊，用于更新報警時間段，從而實時更新報警延時器參數(shù)。

我們通過一個實例來具體說明如何通過實時更新報警延時器參數(shù)來消除抖動報警和重復(fù)報警。過程變量是低壓加熱器的水位，如果水位高于38mm，報警系統(tǒng)就產(chǎn)生報警。圖2是過程變量24h產(chǎn)生的報警信號。由圖2可知，報警系統(tǒng)中存在大量無效的干擾報警。又由于過程變量在大多數(shù)情況下都處于報警狀態(tài)，所以用報警間隔時間t0來進行假設(shè)檢驗，從而關(guān)系報警延時器參數(shù)m。表1列出了應(yīng)用報警延時器后的結(jié)果。

表1應(yīng)用報警延時器后的結(jié)果

在表1中，nxa，和分別為不加報警延時器，報警延時器參數(shù)為20，報警延時器參數(shù)動態(tài)更新時的報警樣本中的報警信號的數(shù)目。rt0的定義如公式(8)所示，為由報警間隔時間t0構(gòu)建的統(tǒng)計量。st0和分別為t0的標準差和均值的估計值。由表1可知，不用報警延時器時，報警數(shù)為244。報警延時器參數(shù)為恒定值20時，報警數(shù)為143。動態(tài)更新報警延時器參數(shù)時，報警數(shù)為28。因此，本發(fā)明能夠有效大幅度減少誤報警的數(shù)目。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。