[發明專利]一種基于時間序列的空間分析異常檢測方法

有效

• 申請號: 202110600285.2
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113344059B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 李銳;吳華意;宋旭穎;董朝陽;賴英杰;洪勇;閆科
• 申請（專利權）人: 武漢大學;武漢光谷信息技術股份有限公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06Q50/26
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

1.一種基于時間序列的空間分析異常檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，依據空間分析操作類型、具體的分析圖層將圖層分析日志原始數據集劃分為特定操作類型和圖層的子數據集，若子數據集為空，則不進行后續操作；

步驟2，統計步驟1劃分得到的各個特定操作類型和圖層子數據集的操作量時間序列；

步驟3，歸一化步驟2中統計得到的每個操作量時間序列；

步驟4，計算步驟3歸一化后的各個操作量時間序列間的DTW距離矩陣W；

步驟5，變換步驟4計算得到的操作量時間序列間的DTW距離矩陣為凝聚矩陣W′，凝聚矩陣W′是距離矩陣W的上三角矩陣的一維表示；DTW距離矩陣W的計算方式如下：

假定任意兩個時間序列L_Ai,Li(S,t)＝{S_ii(t₁),S_ii(t₂),…,S_ii(t_i)}和L_Aj,Lj(S,t)＝{S_jj(t₁),S_jj(t₂),…,S_jj(t_i)}，S(t)表示時間t對應的時間序列值，Ai、Li表示第i個時間序列的操作類型和圖層，若L_Ai,Li(S,t)有n個數據點，L_Aj,Lj(S,t)有m個數據點，計算兩個序列各個點之間的距離，得到m×n的距離矩陣M：

DTW算法的目標就是在距離矩陣M中找出一條從矩陣左上角到右下角的路徑，使得路徑上的元素和最小，采用遞歸算法求最短路徑長度，從矩陣左上角M(1,1)到任一點M(i,j)的最短路徑長度為L_min(i,j)，則有起始條件：

L_min(1,1)＝M(1,1) (3)

遞推規則：

L_min(i,j)＝min{L_min(i,j-1),L_min(i-1,j),L_min(i-1,j-1)}+M(i,j) (4)

最終L_min(n,m)即為我們所求的DTW距離，對于任意兩個時間序列均可求得一個DTW距離，如此對所有時間序列計算得到DTW距離矩陣W；

步驟6，基于步驟5得到的操作量時間序列間的DTW凝聚矩陣W′，用DTW距離替換聚類中各操作量時間序列之間的歐式距離衡量相似度，并基于Single-Link方法自底向上層次聚類操作量時間序列，聚類得到相似的特定操作類型和圖層操作量時間序列；

步驟7，合并步驟6聚類得到的相似操作量時間序列對應的特定操作類型和圖層子數據集；

步驟8，基于國土規劃空間分析任務號，提取步驟7合并后數據集中同一國土規劃空間分析項目的日志記錄；

步驟9，提取步驟8中同一國土規劃空間分析項目“同一次操作”下的日志記錄；

步驟10，若步驟9中國土規劃空間分析項目日志“同一次操作”下的記錄耗時超過閾值α，α為經驗值，則判定該空間分析項目日志記錄為異常操作；其中將日志記錄產生時間在同一分鐘內的數據，作為同一國土規劃空間分析項目“同一次操作”下的日志記錄；

步驟11，若步驟9中國土規劃空間分析項目日志“同一次操作”下的記錄耗時小于等于α，則根據步驟9中同一國土規劃空間分析項目“同一次操作”下的日志記錄的返回面積、耗時信息判斷其是否為異常操作。

2.如權利要求1所述的一種基于時間序列的空間分析異常檢測方法，其特征在于：所述步驟3中歸一化公式如下：

其中，X′為歸一化后操作量時間序列值，X為原始操作量時間序列值，X_min為最小操作量時間序列值，X_max為最大操作量時間序列值。

3.如權利要求1所述的一種基于時間序列的空間分析異常檢測方法，其特征在于：所述步驟10中國土規劃空間分析項目日志“同一次操作”下的記錄耗時超過閾值α，是指當一分鐘內有多次訪問操作時，若存在一次操作的耗時超過閾值α，就將“同一次操作”判定為異常操作。

4.如權利要求1所述的一種基于時間序列的空間分析異常檢測方法，其特征在于：所述步驟11中國土規劃空間分析項目日志“同一次操作”下的記錄耗時小于等于α，是指當一分鐘內存在多次訪問操作時，所有訪問操作的耗時都小于等于α，若一分鐘內某幾次訪問操作的空間分析面積相同，則比較兩兩訪問操作的耗時差，并將耗時最短的操作訪問對應的時間作為最小耗時，若出現耗時差大于最小耗時，則將“同一次操作”判定為異常操作。