[發(fā)明專利]一種基于EWMA控制圖的GNSS變形信息識別與預(yù)警方法

在審

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• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111400911A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 代陽;吳昊
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01B7/16;G08B21/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于EWMA控制圖的GNSS變形信息識別與預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，獲取監(jiān)測體的GNSS變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，并計算其計算均值μ和標準差σ；

步驟2，設(shè)置EWMA控制圖的權(quán)重參數(shù)λ和控制限限寬L；

步驟3，將獲取到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建EWMA控制圖的偏移統(tǒng)計量Z；

步驟4，確定異常值識別模型的中心線和上下參考限；

步驟5，對比判斷EWMA偏移統(tǒng)計量是否超過控制限，對于超過控制限的數(shù)據(jù)定義為異常數(shù)據(jù)并進行預(yù)警。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EWMA控制圖的GNSS變形信息識別與預(yù)警方法，其特征在于步驟1中，采集對監(jiān)測體(構(gòu)筑物或建筑物)進行形變監(jiān)測的GNSS時間序列，對時間序列進行初步分析，計算均值μ和標準差σ。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EWMA控制圖的GNSS變形信息識別與預(yù)警方法，其特征在于步驟2中，EMWA控制圖的權(quán)重參數(shù)λ一般取值范圍為[0.05,0.25]，為突出控制圖檢驗性能，λ取值為0.1，而控制限限寬取值為3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EWMA控制圖的GNSS變形信息識別與預(yù)警方法，其特征在于步驟3中，構(gòu)建EWMA控制圖的偏移統(tǒng)計量Z。

對于長時間觀測的GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)X(i),i＝1,2,…,n，n為樣本大小。EWMA控制圖的偏移統(tǒng)計量Z_i定義為：

Z_i＝λX_i+(1-λ)Z_i-1 (1)

式中λ是EWMA控制圖的權(quán)值參數(shù)，是屬于[0,1]中的常數(shù)，λ取值為0.1；初始值Z₀(i＝1處)是過程目標值，用觀測值X(i)的均值取代，Z₀＝μ₀。

因為Z_i是EWMA所有先前樣本均值的加權(quán)平均值，通過替換方程右側(cè)的Z_i-1來獲得：

Z_i＝λX_i+(1-λ)[λX_i-1+(1-λ)Z_i-2]＝λX_i+λ(1-λ)X_i-1+(1-λ)²Z_i-2 (2)

繼續(xù)以遞歸代替Z_i-j，j＝2,3,…,t，我們得到

。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EWMA控制圖的GNSS變形信息識別與預(yù)警方法，其特征在于步驟4中，確定異常值識別模型的中心線CL和上參考限UCL與下參考線LCL。

GNSS觀測數(shù)據(jù)X(t)是具有方差σ²的獨立隨機變量，則構(gòu)建的EWMA統(tǒng)計量Z_i的方差如下所示：

因此，通過將GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)構(gòu)建為EWMA控制圖的統(tǒng)計量Z_i，與時間(歷元)共同組成EWMA控制圖，其變形信息的檢驗準則如下：

CL＝μ₀ (6)

式中L為構(gòu)建檢驗閾值時控制限的寬度，一般取值為3；異常值識別模型的上參考限UCL、中心線CL和與下參考線LCL計算公式如式(5)，式(6)與式(7)所示；當構(gòu)建的偏移統(tǒng)計量超過UCL或-LCL時，視為變形信息，并發(fā)出預(yù)警。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EWMA控制圖的GNSS變形信息識別與預(yù)警方法，其特征在于步驟5中，對比判斷由步驟3得到的EWMA偏移統(tǒng)計量Z是否超過上參考限UCL與下參考線LCL構(gòu)成的控制限范圍，對于超過控制限的數(shù)據(jù)定義為異常數(shù)據(jù)并進行預(yù)警。