[發明專利]一種基于狀態時延轉換圖二次標注的工控系統設備行為建模實現異常檢測的方法

有效

• 申請號: 202110201190.3
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN112861364B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 徐麗娟;王佰玲;趙大偉;孫云霄;張磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;山東省計算中心（國家超級計算濟南中心）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06K9/62;G06F119/02
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

1.一種基于狀態時延轉換圖二次標注的工控系統設備行為建模實現異常檢測的方法，其特征在于，包括步驟如下：

(1)狀態數據預處理；

狀態數據是指在水分配系統處于正常行為下獲取的狀態數據集合，包括水箱的水位值、閥門的開關狀態、水管的開關狀態；對狀態數據執行離散變量二元化和連續變量二元化操作，生成多組二元狀態集合，二元狀態集合的數目與原狀態節點集合中連續變量的個數相同；

(2)狀態時延轉換圖構建；

對步驟(1)得到的多組二元狀態集合中的每個二元狀態集合，構建與之相對應的狀態時延轉換圖；

(3)基于環發現的初級標注；

針對步驟(2)構建的每個狀態時延轉換圖，采用狀態轉換邊和環的標注流程，對狀態執行序列進行初級標注；

(4)基于時延特征聚類的二次標注；

輸出為行為模型中的各參數，包括狀態轉換邊集合、標注完成的狀態轉換時延序列、標注時產生的符號集、以及標注符號對應的均值、方差、中心點、最大值和最小值，標注時產生的符號集包括符號名稱及其對應的邊或環；

(5)將實時水分配系統中過程設備實時產生的狀態數據輸入構建的行為模型中，發現過程設備當前狀態是否符合行為模型中描述的數據關系及轉換關系，進一步實現異常檢測；

離散變量二元化和連續變量二元化操作的具體步驟為：設連續變量CV的取值范圍為[c₀,c₁],采用Kmeans聚類算法，將連續變量CV劃分n_c個簇，簇編號分別對應為連續變量CV對應的離散變量集合為簇dc₀的取值范圍為簇dc₁的取值范圍為簇的取值范圍為權重集合二元狀態集合包括連續變量CV對應的離散變量集合和權重集合W_s；

設定狀態轉換時延圖為：SEG＝(Vs,Ds)；

為狀態轉換時延圖中頂點集合，分別指的是狀態數據執行離散變量二元化和連續變量二元化操作之后的所有設備狀態的狀態，n_v是所有狀態的個數；

表示從頂點v_i到v_j的狀態轉換關系；

Rs表示狀態轉換集合；

表示所對應的一組時延序列；是指從狀態v_i到狀態v_j的所有轉移所對應的時延所組成的集合；n_t是獲得的所有從狀態v_i到狀態v_j的持續時間的數目；

DTs表示所有狀態轉換集合Rs所對應的時延集；

如果水分配系統運行過程中，有狀態轉移關系：v₀→v₁，v_i→v_j，v_j→v_j+1，v_j+1→v_j+2,的連續轉移，則v₀→v₁→v_i→v_j→v_j+1→v_j+2為水分配系統中的狀態轉移序列，記為狀態轉換序列SS；

狀態時延轉換圖構建的具體步驟包括：

A、遍歷二元狀態集合中的每一行狀態數據，如果上一狀態數據為空，則將上一狀態數據設置為當前讀取的狀態數據內容，并將上一狀態數據的延續時間設置為0；否則，判斷上一狀態數據與當前讀取的狀態數據內容是否相同，如果上一狀態數據與當前讀取的狀態數據內容相同，則將上一狀態數據的延續時間加1；如果上一狀態數據與當前讀取的狀態數據內容不同，則執行以下步驟①至步驟③：

①保存上一狀態數據及其對應的延續時間；

②判斷當前狀態數據是否存在于狀態集即頂點集合中，如果不存在，則將當前狀態數據添加到狀態集中；否則，進行步驟③；

③判斷上一狀態數據到當前狀態數據的轉移是否在邊集合即狀態轉移集合中，如果不在邊集合中，則將上一狀態數據到當前狀態數據的轉移添加到邊集合中，并將上一狀態數據對應的延續時間加入到邊對應的時延列表即時延集合中；如果存在于邊集合中，則將上一狀態數據對應的延續時間加入到邊對應的時延列表中；

④更新上一狀態數據為當前狀態數據，并將上一狀態數據的延續時間設置為1，返回步驟A。