通過(guò)模式序列使用內(nèi)核回歸建模的監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種用于確定對(duì)象狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，所述?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂校簠⒖紨?shù)據(jù)，所述參考數(shù)據(jù)指示所述對(duì)象的常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)；以及輸入模式陣列。每個(gè)輸入模式陣列具有多個(gè)按時(shí)間排序的輸入向量，而每個(gè)輸入向量具有輸入值，所述輸入值代表指示所述對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)的多個(gè)參數(shù)。所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突谑褂幂斎肽Ｊ疥嚵泻退鰠⒖紨?shù)據(jù)進(jìn)行的計(jì)算而產(chǎn)生估值，以確定所述輸入值與所述參考數(shù)據(jù)之間的相似性度量。差分模塊將所述估值與對(duì)應(yīng)的輸入值進(jìn)行比較，以便可以使用比較所得的值確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】通過(guò)模式序列使用內(nèi)核回歸建模的監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于對(duì)諸如機(jī)器、系統(tǒng)或進(jìn)程等對(duì)象進(jìn)行預(yù)測(cè)性狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)測(cè)的內(nèi)核回歸建模領(lǐng)域，確切地說(shuō)，涉及使用多變量模型來(lái)分析參數(shù)度量以評(píng)估所監(jiān)控的對(duì)象。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)核回歸是一種建模形式，用于確定數(shù)據(jù)集中的值之間的非線性函數(shù)或關(guān)系，并且用于監(jiān)控機(jī)器或系統(tǒng)以確定所述機(jī)器或系統(tǒng)的狀態(tài)。一種已知的內(nèi)核回歸建模形式是第5，764，509和6，181，975號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)的基于相似性的建模(SBM)。對(duì)于SBM，多個(gè)傳感器信號(hào)測(cè)量受監(jiān)控的機(jī)器、系統(tǒng)或其他對(duì)象的物理關(guān)聯(lián)參數(shù)，以提供傳感器數(shù)據(jù)。所述參數(shù)數(shù)據(jù)可以包括信號(hào)的實(shí)際值或當(dāng)前值或者其他計(jì)算數(shù)據(jù)，無(wú)論是否基于傳感器信號(hào)。所述參數(shù)數(shù)據(jù)隨后由經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行處理，以提供這些值的估值。隨后將估值與實(shí)際值或當(dāng)前值進(jìn)行比較，以確定受監(jiān)控系統(tǒng)中是否存在故障。
[0003]具體來(lái)說(shuō)，所述模型使用選定傳感器值歷史模式的參考庫(kù)來(lái)產(chǎn)生估值，所述參考庫(kù)代表已知運(yùn)行狀態(tài)。這些模式還參考向量、快照或觀測(cè)數(shù)據(jù)，并且包括來(lái)自多個(gè)傳感器的值或其他輸入數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)指示受監(jiān)控機(jī)器在特定時(shí)刻的狀態(tài)。在參考向量來(lái)自參考庫(kù)的的情況下，所述向量通常指示受監(jiān)控機(jī)器的常規(guī)狀態(tài)。所述模型將當(dāng)前時(shí)間的向量與參考庫(kù)中已知狀態(tài)的多個(gè)選定習(xí)得向量進(jìn)行比較，以估計(jì)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，將當(dāng)前向量與由參考庫(kù)中的選定向量構(gòu)成的矩陣進(jìn)行比較，以形成權(quán)向量。在下一步驟中，用權(quán)向量乘以所述矩陣，以計(jì)算估值的向量。隨后將所述估值向量與當(dāng)前向量進(jìn)行比較。如果向量中的估值與實(shí)際值的相似度不足，則可以指示受監(jiān)控對(duì)象中存在故障。
[0004]但是，所述內(nèi)核回歸技術(shù)并不顯式使用傳感器信號(hào)中的時(shí)域信息，而是在計(jì)算估值時(shí)使用不同且分散的同時(shí)模式來(lái)處理數(shù)據(jù)。例如，由于每個(gè)當(dāng)前向量單獨(dú)地與參考庫(kù)向量進(jìn)行比較，因此無(wú)論當(dāng)前向量以哪種順序與參考庫(kù)的向量進(jìn)行比較，結(jié)果均無(wú)區(qū)別，也就是說(shuō)，每個(gè)當(dāng)前向量將接收到自己的相應(yīng)估值向量。
[0005]一些已知模型的確在內(nèi)核回歸建模構(gòu)造內(nèi)捕獲時(shí)域信息。例如，復(fù)雜的信號(hào)分解技術(shù)將時(shí)變信號(hào)轉(zhuǎn)換成第6，957，172和7，409，320號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)的頻率分量，或者第7，085，675號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)的頻譜特征。這些分量或特征作為單獨(dú)的輸入值提供到經(jīng)驗(yàn)建模引擎中，以便單個(gè)復(fù)雜信號(hào)表示為同時(shí)發(fā)生的頻率值的模式或向量。所述經(jīng)驗(yàn)建模引擎將提取的分量輸入值(當(dāng)前向量或?qū)嶋H向量)與預(yù)期值進(jìn)行比較，以得出有關(guān)實(shí)際信號(hào)或者有關(guān)產(chǎn)生時(shí)變信號(hào)的系統(tǒng)的狀態(tài)的更多信息。這些方法設(shè)計(jì)成與諸如聲響信號(hào)或振動(dòng)信號(hào)等單個(gè)周期信號(hào)一起使用。但是即使使用所述系統(tǒng)來(lái)處理復(fù)雜信號(hào)，在計(jì)算當(dāng)前向量的估值時(shí)，時(shí)域信息并不重要，因?yàn)槊總€(gè)當(dāng)前向量均與具有參考向量或預(yù)期向量的向量矩陣進(jìn)行比較，無(wú)論輸入向量代表哪個(gè)時(shí)間段。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]一方面，一種用于監(jiān)測(cè)對(duì)象狀態(tài)的方法包括獲得指示對(duì)象正常運(yùn)行狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)，并獲得輸入模式陣列。每個(gè)輸入模式陣列具有多個(gè)按時(shí)間排序的輸入向量，而每個(gè)輸入向量具有代表多個(gè)參數(shù)的輸入值，所述參數(shù)指示了對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)。然后，至少有一個(gè)處理器根據(jù)計(jì)算生成估計(jì)值，所述計(jì)算使用輸入模式陣列和參考數(shù)據(jù)來(lái)確定輸入值與參考數(shù)據(jù)之間的相似性度量。將所述估計(jì)值與對(duì)應(yīng)的輸入值比較，從比較中得到的數(shù)值可用于確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
[0007]另一方面，一種監(jiān)測(cè)對(duì)象狀態(tài)的方法包括獲得指示對(duì)象正常運(yùn)行狀態(tài)并且以多個(gè)習(xí)得序列模式矩陣為形式的參考數(shù)據(jù)。在這種情況下，每個(gè)習(xí)得序列模式矩陣具有多個(gè)參考向量，而每個(gè)參考向量具有代表多個(gè)參數(shù)的參考值。所述方法還包括獲得代表指示所述對(duì)象當(dāng)前狀態(tài)的多個(gè)參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)，然后，使用至少一個(gè)處理器根據(jù)計(jì)算生成估計(jì)值，所述計(jì)算使用所述輸入數(shù)據(jù)和習(xí)得序列模式矩陣確定所述多個(gè)參考矩陣中參考值和輸入數(shù)據(jù)之間的相似性度量。然后，將所述估計(jì)值與對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)比較，從比較中得到的數(shù)值可用于確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
[0008]又一方面，一種監(jiān)測(cè)對(duì)象狀態(tài)的方法包括獲得指示對(duì)象正常運(yùn)行狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)和獲得代表指示所述對(duì)象當(dāng)前狀態(tài)的多個(gè)參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)。所述方法還包括由至少一個(gè)處理器根據(jù)計(jì)算生成估計(jì)值，所述計(jì)算使用所述輸入數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)確定所述輸入數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)之間的相似性度量。所述估計(jì)值以具有多個(gè)按時(shí)間排序的估計(jì)向量的估計(jì)矩陣的形式被生成，每個(gè)估計(jì)向量具有代表多參數(shù)的估計(jì)值。所述方法還包括將所述估計(jì)矩陣代表的各時(shí)段的至少一個(gè)估計(jì)向量與輸入數(shù)據(jù)比較，從比較中得到的數(shù)值可用于確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
[0009]在另一種形式中，一種用于確定對(duì)象狀態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃洼斎肽Ｊ疥嚵?，所述?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂兄甘緦?duì)象正常運(yùn)行狀況的參考數(shù)據(jù)，所述每個(gè)輸入模式陣列都具有多個(gè)按時(shí)間排序的輸入向量。每個(gè)輸入向量具有代表多個(gè)參數(shù)的輸入值，所述多個(gè)參數(shù)指示了對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂捎糜诟鶕?jù)計(jì)算生成估計(jì)值，所述計(jì)算使用輸入模式陣列和參考數(shù)據(jù)來(lái)確定輸入值和參考數(shù)據(jù)之間的相似性度量。然后，差分模塊將所述估計(jì)值與對(duì)應(yīng)的輸入值比較，從比較中得到的數(shù)值可用于確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
[0010]在另一種形式中，一種用于確定對(duì)象狀態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有由至少一個(gè)處理器運(yùn)算的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。所述模型包含指示?duì)象正常運(yùn)行狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)，所述參考數(shù)據(jù)是多個(gè)習(xí)得序列模式矩陣形式。每個(gè)習(xí)得序列模式矩陣具有多個(gè)參考向量，而每個(gè)參考向量具有代表多個(gè)參數(shù)的參考值。所述模型還具有代表多個(gè)參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)，所述多個(gè)參數(shù)指示了對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)。所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透鶕?jù)計(jì)算生成估計(jì)值，所述計(jì)算使用所述輸入數(shù)據(jù)和習(xí)得序列模式矩陣確定所述多個(gè)參考矩陣中參考值和輸入數(shù)據(jù)之間的相似性度量。所述系統(tǒng)還具有差分模塊，所述差分模塊將估計(jì)值與對(duì)應(yīng)的輸入值比較，從比較中得到的數(shù)值可用于確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
[0011]在另一種形式中，一種用于確定對(duì)象狀態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，所述?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂兄甘緦?duì)象正常運(yùn)行狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)。所述模型還具有代表多個(gè)參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)，所述多個(gè)參數(shù)指示了對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)。此外，所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透鶕?jù)計(jì)算生成估計(jì)值，所述計(jì)算使用輸入數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)確定輸入數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)之間的相似性度量。所述估計(jì)值以具有多個(gè)按時(shí)間排序的估計(jì)向量的估計(jì)矩陣形式生成。每個(gè)估計(jì)向量具有代表多個(gè)參數(shù)的估計(jì)值。所述系統(tǒng)還具有差分模塊，所述差分模塊將所述估計(jì)矩陣代表的各時(shí)段的至少一個(gè)估計(jì)向量與輸入數(shù)據(jù)比較，從比較中得到的數(shù)值可用于確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)實(shí)例框圖；
[0013]圖2是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本操作過(guò)程流程圖；
[0014]圖3是基于建模公式的自聯(lián)想相似性(autoassociative similarity)的示意圖；
[0015]圖4是基于建模公式的推理相似性(inferential similarity)的一種形式的示意圖；
[0016]圖5是基于建模公式的推理相似性的另一種形式的示意圖；
[0017]圖6是基于建模公式的自聯(lián)想序列相似性的示意圖；
[0018]圖7是基于建模公式的推理序列相似性的一種形式的示意圖，所述建模公式在模型化傳感器維度上進(jìn)行推斷；
[0019]圖8是基于建模公式的推理序列相似性的另一種形式的示意圖，所述建模公式在模型化傳感器維度上進(jìn)行推斷；
[0020]圖9是基于建模公式的推理序列相似性的示意圖，所述建模公式在時(shí)間維度上進(jìn)行推斷；
[0021]圖10是基于建模公式的推理序列相似性的示意圖，所述建模公式在時(shí)間維度上進(jìn)行推斷；
[0022]圖11是基于建模公式的推理序列相似性的示意圖，所述建模公式在時(shí)間維度和傳感器維度上進(jìn)行推斷。
【具體實(shí)施方式】
[0023]已確定核回歸模型中特別是基于相似性模型中，估計(jì)的準(zhǔn)確性可通過(guò)向模型引入時(shí)域信息得到大幅提升。因此，本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法的技術(shù)效果在于通過(guò)從監(jiān)測(cè)工業(yè)過(guò)程、系統(tǒng)、機(jī)器或其他對(duì)象的大量周期性和非周期性的傳感器信號(hào)中捕捉時(shí)域信息生成估計(jì)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的技術(shù)效果還在于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停鼋?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒑嘶貧w模型核心的基本非線性數(shù)學(xué)從向量對(duì)向量運(yùn)算擴(kuò)展到矩陣到矩陣(或陣列到陣列)運(yùn)算，詳細(xì)描述見(jiàn)下文。所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法的另一個(gè)技術(shù)效果是生成將來(lái)時(shí)間點(diǎn)的虛擬或推導(dǎo)的估計(jì)值，以此確定被監(jiān)測(cè)對(duì)象的將來(lái)狀態(tài)，不管用于生成估計(jì)值的參考數(shù)據(jù)是否是代表被監(jiān)測(cè)對(duì)象正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)還是與來(lái)自對(duì)象的指示故障的數(shù)據(jù)更好匹配的故障模式數(shù)據(jù)。
[0024]參考圖1，納入時(shí)域信息的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10可在計(jì)算機(jī)中以一個(gè)或多個(gè)模塊的形式實(shí)現(xiàn)，并在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)100上由一個(gè)或多個(gè)處理器102執(zhí)行。計(jì)算機(jī)100可具有一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置104，所述存儲(chǔ)器內(nèi)置與外置均可，用于永久或臨時(shí)儲(chǔ)存?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)或計(jì)算機(jī)程序。在一種形式中，由一臺(tái)獨(dú)立計(jì)算機(jī)運(yùn)行用于接收傳感器數(shù)據(jù)的程序，所述數(shù)據(jù)來(lái)自裝有儀器的機(jī)器、工序或其他包括實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)(溫度、壓力等)的對(duì)象上的傳感器。被監(jiān)測(cè)對(duì)象(不特別局限于)可以是工廠中的一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器、一個(gè)或多個(gè)車(chē)輛、或者是車(chē)輛上的特殊機(jī)器，例如一些實(shí)例中提及的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。傳感器數(shù)據(jù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)有線或無(wú)線傳送到例如計(jì)算機(jī)或執(zhí)行數(shù)據(jù)收集的數(shù)據(jù)庫(kù)。具有一個(gè)或多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行所有模塊的所有監(jiān)測(cè)任務(wù)，或者每個(gè)任務(wù)或模塊可具有其自己運(yùn)行模塊的計(jì)算機(jī)或處理器。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，可在單個(gè)位置進(jìn)行處理，或者在許多與網(wǎng)絡(luò)有線或無(wú)線相連的不同位置進(jìn)行處理。
[0025]參考圖2，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10執(zhí)行的程序(300)中，系統(tǒng)接收來(lái)自上述被監(jiān)測(cè)對(duì)象16上傳感器12的數(shù)據(jù)或信號(hào)。將所述數(shù)據(jù)整理形成輸入向量32以供模塊14使用。在本文中，術(shù)語(yǔ)“輸入”、“實(shí)際(actual) ”和“當(dāng)前(current) ”互換使用，并且術(shù)語(yǔ)“向量”、“快照”和“觀察數(shù)據(jù)(observation)”可互換使用。所述輸入向量(或例如實(shí)際快照)代表被監(jiān)測(cè)機(jī)器某一時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)。
[0026]此外，或者可選擇地，輸入向量32可以包括計(jì)算數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)可以基于或者可以不基于傳感器數(shù)據(jù)(或原始數(shù)據(jù))進(jìn)行計(jì)算。這可包括，例如，平均壓力或壓力下降。輸入向量32還可具有一些值，該些值代表未由對(duì)象16上傳感器代表的其他變量。這可以是，例如，接收的傳感器數(shù)據(jù)的當(dāng)年當(dāng)天的平均環(huán)境溫度等等。
[0027]模型14獲得(302)向量32形式的數(shù)據(jù)，并將輸入向量整理(304)形成輸入陣列或矩陣。但是應(yīng)當(dāng)理解地是，模型14本身可從輸入數(shù)據(jù)形成向量32，或者從收集或輸入計(jì)算機(jī)或處理器接收向量，所述收集或輸入計(jì)算機(jī)或處理器將數(shù)據(jù)整理形成向量和陣列。因此，輸入的數(shù)據(jù)可由計(jì)算機(jī)100、或計(jì)算機(jī)100附近的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)、或另一個(gè)位置例如靠近對(duì)象16，整理形成向量32。
[0028]模型14還從參考資料庫(kù)18獲得(306)參考向量或矩陣(有時(shí)稱(chēng)為矩陣H)形式的參考數(shù)據(jù)。資料庫(kù)18可包括系統(tǒng)內(nèi)所有歷史參考向量。然后，模型14使用參考數(shù)據(jù)并輸入陣列以生成所產(chǎn)生的估計(jì)矩陣或陣列形式的估計(jì)值(310)。將估計(jì)矩陣提供給差分模塊20，所述差分模塊確定(312)估計(jì)矩陣中估計(jì)值與輸入陣列中對(duì)應(yīng)輸入值之間的差異(或殘差)。然后，警示或分析管理模塊(或者只有報(bào)警模塊)22使用所述殘差確定(314)是否存在故障。
[0029]如虛線部分所示,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10還可具有局部化模塊(Localization module) 28,其改變用于來(lái)自參考資料庫(kù)的數(shù)據(jù)，該參考資料庫(kù)的數(shù)據(jù)形成(308)子集或矩陣D(t)(以下稱(chēng)為習(xí)得序列模式矩陣的三維集合(圖6))以與每個(gè)輸入陣列中的向量進(jìn)行比較。否則，參考數(shù)據(jù)的矩陣D(t)會(huì)對(duì)于所有輸入矩陣保持不變，詳細(xì)描述如下文。此外，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可具有一個(gè)適應(yīng)模塊30，不斷地或當(dāng)某一事件發(fā)生時(shí)，例如該模塊收到指示機(jī)器未出現(xiàn)過(guò)的新的正常狀態(tài)的數(shù)據(jù)，將輸入向量放入?yún)⒖假Y料庫(kù)，對(duì)資料庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。這一點(diǎn)將在下文進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]報(bào)警模塊22可直接向界面或輸出模塊24提供警報(bào)和殘差(residual)，以便用戶(hù)進(jìn)行他們自己的診斷分析，或者診斷模塊26對(duì)故障原因的確切性質(zhì)進(jìn)行分析，將診斷結(jié)論和嚴(yán)重程度級(jí)別通過(guò)輸出模塊24報(bào)告給用戶(hù)。
[0031]輸出模塊24可包括顯示這些結(jié)果的裝置(例如計(jì)算機(jī)屏幕、PDA屏幕、打印輸出或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器)、存儲(chǔ)結(jié)果的裝置(例如具有查詢(xún)能力的數(shù)據(jù)庫(kù)、平面文件、XML文件)和/或與遠(yuǎn)程地點(diǎn)或其他計(jì)算機(jī)程序通信結(jié)果的裝置(例如，軟件界面、XML數(shù)據(jù)報(bào)、電子郵件數(shù)據(jù)包、異步消息、同步消息、FTP文件、服務(wù)、管道命令等)。
[0032]對(duì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?4更為詳細(xì)的說(shuō)明要求一定的核回歸方面的知識(shí)。在模式識(shí)別技術(shù)中，如核回歸技術(shù)中，由輸入數(shù)據(jù)(如上所述)構(gòu)成一個(gè)模式，所述輸入數(shù)據(jù)歸為一組成為向量。在一個(gè)共同時(shí)間點(diǎn)處從一臺(tái)設(shè)備收集各向量的數(shù)據(jù)。但是，與現(xiàn)有核回歸方法相關(guān)的同期傳感器值的模式(向量)用時(shí)間相關(guān)信息(例如連續(xù)時(shí)刻的序列模式或應(yīng)用于連續(xù)時(shí)刻模式的時(shí)變函數(shù)的輸出(例如篩選、時(shí)間導(dǎo)數(shù)等))得到增大，下文將此做更為詳細(xì)的說(shuō)明。因此，由傳統(tǒng)核回歸方法處理的單獨(dú)模式(向量)被形成陣列的模式的時(shí)間相關(guān)序列(或簡(jiǎn)單模式陣列或模式矩陣)替代。
[0033]所有基于核的建模技術(shù)可由以下公式描述，其中包括核回歸、徑向基函數(shù)和基于相似性的建模:
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定對(duì)象狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，所述?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂兄甘舅鰧?duì)象的常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)以及輸入模式陣列，每個(gè)輸入模式陣列具有多個(gè)按時(shí)間排序的輸入向量，每個(gè)輸入向量具有輸入值，所述輸入值代表指示所述對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)的多個(gè)參數(shù)， 所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团渲贸苫谑褂幂斎肽Ｊ疥嚵泻退鰠⒖紨?shù)據(jù)進(jìn)行的計(jì)算而產(chǎn)生估值，以確定所述輸入值與所述參考數(shù)據(jù)之間的相似性度量；以及 差分模塊，所述差分模塊將所述估值與對(duì)應(yīng)的輸入值進(jìn)行比較，以便比較所得的值可用于確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)所述輸入向量處于多個(gè)輸入模式陣列中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)輸入模式陣列代表時(shí)間段，所述時(shí)間段包括多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，所述多個(gè)時(shí)間點(diǎn)沿著代表所述對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)的輸入向量序列分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)輸入模式陣列代表時(shí)間段，所述時(shí)間段與至少其他一個(gè)輸入模式陣列的時(shí)間段不同但重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)輸入模式陣列具有當(dāng)前主向量，所述當(dāng)前主向量來(lái)自所述輸入向量序列并且代表所述輸入模式陣列內(nèi)的最近時(shí)間點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中為每個(gè)輸入模式陣列選擇所述輸入向量的方法是沿著所述序列移動(dòng)回溯窗口、選擇所述當(dāng)前主向量以及沿著所述序列選擇位于所述主向量之后并且適合在所述窗口內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)較早向量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述較早向量是沿著所述序列的連續(xù)向量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述較早向量不是沿所述序列的連續(xù)向量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中表示為輸入模式陣列內(nèi)的所述輸入向量的時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間間隔是均勻的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中表不為輸入模式陣列內(nèi)的所述輸入向量的時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間間隔是不相等的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中對(duì)于表不為輸入模式陣列內(nèi)的所述輸入向量的時(shí)間點(diǎn)而言，較近期輸入向量之間的時(shí)間間隔短于同一輸入模式陣列內(nèi)的較晚輸入向量之間的時(shí)間間隔。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中表示為所述輸入模式陣列的總持續(xù)時(shí)間不同。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算基于包括以下項(xiàng)的方程式:
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算基于包括以下項(xiàng)的方程式:
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述相似性度量是指示輸入值的有界范圍中的值，并且參考值在所述范圍的一端上相同并且在所述范圍的另一端上完全不同。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述參考數(shù)據(jù)包括至少一個(gè)習(xí)得序列化模式矩陣，每個(gè)習(xí)得序列化模式矩陣具有多個(gè)參考向量，每個(gè)參考向量具有代表多個(gè)參數(shù)的參考值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述參考數(shù)據(jù)形成所述習(xí)得序列化模式矩陣的三維集合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述三維集合定義為三個(gè)維度，所述維度表示沿第一維度的參數(shù)、沿第二維度的所述習(xí)得序列化模式矩陣，以及表示為第三維度中的所述參考向量的時(shí)間。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中將每個(gè)輸入模式陣列與所述三維集合中的每個(gè)習(xí)得序列化模式矩陣進(jìn)行比較，以確定每個(gè)習(xí)得序列化模式矩陣的相似性度量。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)習(xí)得序列化模式矩陣代表特定時(shí)間段，所述時(shí)間段包括表示為所述參考向量的時(shí)間點(diǎn)，其中所述時(shí)間點(diǎn)與所述三維集合中的至少一些其他習(xí)得序列化模式矩陣的時(shí)間點(diǎn)不同、但是重疊。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述習(xí)得序列化模式矩陣中的向量數(shù)量與所述輸入模式陣列相同。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述習(xí)得序列化模式與所述輸入模式陣列矩陣所代表的時(shí)間點(diǎn)相同。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中一個(gè)所述習(xí)得序列化模式矩陣與一個(gè)所述輸入模式陣列之間的相似性基于相應(yīng)參考值與輸入值之間的相似性，其中所述參考值和輸入值代表相對(duì)于其對(duì)應(yīng)陣列中的其他向量位置的相同向量位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中一個(gè)所述習(xí)得序列化模式矩陣與一個(gè)所述輸入模式陣列之間的相似性包括計(jì)算表示為所述陣列的每個(gè)參數(shù)的平均標(biāo)量相似性值。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中至少一些所述輸入模式陣列代表某時(shí)間段，所述時(shí)間段與表示為至少一個(gè)所述習(xí)得序列化模式矩陣的時(shí)間段不同。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中由所述習(xí)得序列模式矩陣代表的時(shí)段變化。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团渲贸僧a(chǎn)生所述估值，所述估值采用具有多個(gè)估值向量的估值矩陣的形式。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)估值矩陣中的所述估值向量對(duì)應(yīng)于表示為所述輸入模式陣列中的所述輸入向量的所述時(shí)間點(diǎn)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中使用所述估值矩陣內(nèi)的部分所述估值確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述差分模塊僅使用代表每個(gè)估值矩陣內(nèi)的最近時(shí)間點(diǎn)的估值來(lái)確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，包括為多個(gè)估值矩陣的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)提供單個(gè)估值向量以確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
32.根據(jù) 權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中通過(guò)使用以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng)來(lái)提供所述單個(gè)估值向量: 在多個(gè)估值矩陣的所述時(shí)間點(diǎn)上選擇具有一個(gè)或多個(gè)估值的估值向量，所述估值具有相對(duì)于其他估值向量的最大值、最小值或中間值， 在多個(gè)估值矩陣的所述時(shí)間點(diǎn)上，計(jì)算所述估值的平均值、加權(quán)平均值或加權(quán)范數(shù)，以及 在多個(gè)估值矩陣的所述時(shí)間點(diǎn)上選擇估值向量，所述估值向量相對(duì)于其他估值向量與對(duì)應(yīng)的輸入向量最相似。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁┕乐迪蛄?，以使用以下?xiàng)中的至少一項(xiàng)確定所述對(duì)象的狀態(tài): 每個(gè)估值矩陣中的估值向量，所述估值向量具有最大、最小或中間估值， 所述估值矩陣中用于為每個(gè)矩陣形成單個(gè)估值的估值加權(quán)平均值或加權(quán)范數(shù)，以及 所述估值矩陣內(nèi)與各自的對(duì)應(yīng)輸入向量最相似的估值向量。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团渲贸墒褂盟鱿嗨菩远攘孔鳛闄?quán)重來(lái)計(jì)算習(xí)得序列化模式矩陣的三維集合，所述三維集合代表所述輸入模式陣列中不涉及的參數(shù)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中用于產(chǎn)生所述相似性度量的參考數(shù)據(jù)不代表表示為所述三維集合的所有參數(shù)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中所述三維集合僅代表不表示為所述輸入模式陣列的參數(shù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述三維集合代表所述輸入模式陣列中未被代表的參數(shù)和所述輸入模式陣列中被代表的參數(shù)。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括局部化模塊，所述局部化模塊用于重新確定使用哪些參考數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生每個(gè)輸入模式陣列的估值。
39.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括適配模塊，所述適配模塊配置成當(dāng)所述估值指示代表常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)的對(duì)應(yīng)輸入模式陣列時(shí)，將所述輸入模式陣列添加到所述參考數(shù)據(jù)中。
40.一種用于確定對(duì)象狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，包括: 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停鼋?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀芍辽僖粋€(gè)處理器操作并且包括參考數(shù)據(jù)，所述參考數(shù)據(jù)指示所述對(duì)象的常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)并且采用多個(gè)習(xí)得序列化模式矩陣的形式，每個(gè)習(xí)得序列化模式矩陣具有多個(gè)參考向量，每個(gè)參考向量具有代表多個(gè)參數(shù)的參考值，以及輸入數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)代表指示所述對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)的多個(gè)參數(shù)， 其中所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团渲贸苫谑褂盟鲚斎霐?shù)據(jù)與所述習(xí)得序列化模式矩陣進(jìn)行的計(jì)算而產(chǎn)生估值，以確定所述輸入數(shù)據(jù)與所述多個(gè)參考矩陣中的參考值之間的相似性測(cè)量；以及 差分模塊，所述差分模塊將所述估值與對(duì)應(yīng)的輸入值進(jìn)行比較，以便可以使用比較所得的值確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
41.一種用于確定對(duì)象狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，包括: 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，所述?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶▍⒖紨?shù)據(jù)，所述參考數(shù)據(jù)指示所述對(duì)象的常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)，以及 輸入數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)代表指示所述對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)的多個(gè)參數(shù)， 其中所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团渲贸苫谑褂盟鲚斎霐?shù)據(jù)和所述參考數(shù)據(jù)進(jìn)行的計(jì)算而產(chǎn)生估值，以確定所述輸入數(shù)據(jù)與所述參考數(shù)據(jù)之間的相似性測(cè)量，其中所述估值以估值矩陣的形式產(chǎn)生，所述估值矩陣具有多個(gè)按時(shí)間排序的估值向量，每個(gè)估值向量具有代表多個(gè)參數(shù)的估值；以及 差分模塊，所述差分 模塊將表示為所述估值矩陣的每個(gè)時(shí)間段的至少一個(gè)估值向量與所述輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便可以使用比較所得的值確定所述對(duì)象的狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103842922SQ201280035581
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月19日
【發(fā)明者】J.P.赫措 申請(qǐng)人:智能信號(hào)公司