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基于时间序列相似性的自动观测数据时空异常探测方法研究

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遥感技术与应用 2015年第4期30卷 700-705页

作者：贾远信郭建文刘丰中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感与地理信息科学研究室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河遥感试验研究站甘肃兰州730000

针对野外无线传感器获取的时空数据的特点,总结常见的时空异常探测方法,提出了一种根据时间序列相似性度量时空邻域的时空异常探测方法,用于准确检测时空数据的异常情况。采用2012年7月15日黑河流域生态水文无线传感器观测网中13个观测... 详细信息

针对野外无线传感器获取的时空数据的特点,总结常见的时空异常探测方法,提出了一种根据时间序列相似性度量时空邻域的时空异常探测方法,用于准确检测时空数据的异常情况。采用2012年7月15日黑河流域生态水文无线传感器观测网中13个观测节点的数据进行验证,结果表明:该算法能够有效地探测到无线传感器网络时空数据中的异常,并能识别由于灌溉或降雨造成的伪异常,对其他数据处理探索研究有一定指导意义。

关键词：时空异常探测时间序列相似性时空邻域无线传感器网络

基于时间序列相似性度量的铁路桥梁损伤识别研究

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基于时间序列相似性度量的铁路桥梁损伤识别研究

作者：霍明宇北京交通大学

学位级别：硕士

随着桥梁的服役时间的增长,桥梁在外界环境和交通荷载的作用下,构件失效、材料老化的问题也随之而来,为了及时掌握桥梁的运行状况,识别桥梁发生的损伤,很多桥梁均布设了结构健康监测系统。然而随着这些结构健康监测系统的运行,其采集的... 详细信息

随着桥梁的服役时间的增长,桥梁在外界环境和交通荷载的作用下,构件失效、材料老化的问题也随之而来,为了及时掌握桥梁的运行状况,识别桥梁发生的损伤,很多桥梁均布设了结构健康监测系统。然而随着这些结构健康监测系统的运行,其采集的海量数据积压在数据库中,没有得到有效利用,因此,如何有效的利用这些海量的桥梁健康监测数据,从中提取出和桥梁结构状态相关的信息,识别桥梁损伤,具有重要意义。本文从不同测点监测响应的相关性和单个测点相近车速列车过桥时响应的相似性两个角度出发,进行了桥梁损伤识别的研究,并以京沪高速铁路南京大胜关大桥桥梁健康监测数据为基础,对上述两个方面的损伤识别方法进行了验证。本文主要的研究内容如下:（1）以系统论的观点来看,桥梁上布设的健康监测测点具有一定的关联性,尤其是对于同类型的测点而言,不同位置处的测点往往具有较强的相关性。在对实际监测数据进行分析时,原始信号往往会受到各种各样的干扰,导致所得结论出现误差,为此提出以桥梁原始振动响应中的列车加载频率分量来代表原始振动响应的方法,减少了多余干扰成分,并提高了信号的信噪比。基于以上思想,对实测的南京大胜关大桥桥梁健康监测数据进行了研究,首先调研分析了数据预处理的基本流程及处理方法;而后提取列车加载频率分量,对大胜关大桥两主跨加速度测点信号之间的互相关性进行了分析;最后基于以上分析,对两主跨竖向加速度均方根值和峰值的互相关图进行了线性拟合,建立拟合系数的控制图,以拟合系数在桥梁损伤前后的变化来识别桥梁的损伤;（2）研究了时间序列相似性及其度量方法,引入了语音识别领域的动态时间规整算法,并介绍了其度量时间序列相似性的基本流程;而后将该方法应用于桥梁的损伤识别中来:同一方向上,同型号列车以相同或相近车速经过同一座桥梁时,在桥梁损伤前后造成的桥梁振动响应是不相似的;基于此原理,采用上述动态时间规整算法对两条桥梁振动加速度响应时间序列进行相似性度量,计算两序列之间的DTW距离,并基于计算结果设定了损伤预警指标RDS;最后建立了桥梁有限元模型,设置不同的桥梁损伤工况,对所提方法的有效性进行了验证;（3）利用所提基于动态时间规整算法的桥梁损伤识别方法对南京大胜关长江大桥主跨加速度响应数据进行了损伤预警研究,并分析了温度与RDS指标的相关性;而后将大胜关大桥的健康监测数据分为训练样本和检验样本,基于训练样本的每日RDS最大值的分布规律,设置了RDS指标的黄色预警阈值和红色预警阈值;最后以加速度数据不同程度的增大来模拟桥梁的损伤,验证方法的有效性。

关键词：健康监测损伤识别监测测点相关性时间序列相似性损伤指标动态时间规整算法

基于时间序列相似性度量的天然气管道泄漏检测方法研究

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基于时间序列相似性度量的天然气管道泄漏检测方法研究

作者：李旭光重庆大学

学位级别：硕士

管道运输是天然气运输的主要方式。天然气管道在运输过程中,因管道腐蚀老化、第三方损害等引起管道泄漏将导致巨大的人员伤亡和经济损失。为更好地监测天然气管道运行状态,充分利用SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数... 详细信息

管道运输是天然气运输的主要方式。天然气管道在运输过程中,因管道腐蚀老化、第三方损害等引起管道泄漏将导致巨大的人员伤亡和经济损失。为更好地监测天然气管道运行状态,充分利用SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监视控制)系统中蕴含的大量管道运行状态数据,对天然气管道运行过程中泄漏状态进行检测,能够更好的辅助工程人员综合全面地了解管道的运行状态,及时应对可能出现的管道泄漏事故,减小事故造成的危害具有重要意义。天然气管道运行数据本质上满足时间序列数据的特点,且天然气管道的运行过程具有一定的动态特性。时间序列相似性方法一方面能够解决以神经网络为代表的深度学习在异常检测应用中样本不平衡、机理模型建模复杂的问题,另一方面能够体现数据之间的序列相关程度,提高泄漏检测的准确性。论文利用实际天然气管道输入、输出端的流量数据,开展基于时间序列相似性度量的泄漏检测方法研究,以实现管道出现泄漏时能够及时准确诊断的目标。主要研究内容如下:(1)针对天然气管道SCADA系统内数据利用不充分的问题,结合时间序列数据特点,分析温度、压力和流量数据之间的特点,最终选用流量数据作为待检数据;针对原始流量数据不平滑、两组数据存在时延的问题分别采用中值滤波、DTW(Dynamic Time Warping,动态时间规整)算法进行处理,提高数据的质量,为基于时间序列相似性判断提供可靠的数据支撑。(2)针对目前常见的管道泄漏检测方法存在着样本要求高、建模复杂等不足,论文以天然气管道首末端流量时间序列特征,提出一种基于巴氏距离判断首末端时间序列相似性方法来检测泄漏。结合天然气管道运行工况特征分析和合适的滑动窗口尺寸的选取,对巴氏距离统计量与阈值关系检测泄漏事件。(3)针对基于固定阈值的残差分析在实际泄漏检测中无法适应多变的运行工况,提出一种改进马尔可夫不等式的动态阈值算法,通过选取合适的影响因子,提高基于巴氏距离的泄漏检测方法的准确性,能够有效度量巴氏距离统计量所代表的泄漏程度。(4)为验证基于时间序列相似性度量的管道泄漏检测算法的有效性,将所提出的算法部署于实际管道泄漏检测应用中,实时监控管道的运行工况。通过对现场泄漏实验进行检测,结果表明,该算法能及时有效的检测出相对较小的泄漏。

关键词：泄漏检测天然气管道时间序列相似性巴氏距离马尔可夫不等式

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基于时间序列相似性原理的雷达信号快速识别

电子信息对抗技术 2012年第5期27卷 1-5,21页

作者：黄建冲孙亚伟徐英丁峰电子工程学院合肥230037

从密集复杂的信号环境中分选和识别出特定雷达辐射源信号是信号处理领域重要内容之一。利用威胁复杂雷达信号的先验信息,引入数据挖掘领域时间序列相似性快速匹配原理及其滑窗技术,提出了一种适于多参数联合变化雷达信号快速匹配识别方... 详细信息

从密集复杂的信号环境中分选和识别出特定雷达辐射源信号是信号处理领域重要内容之一。利用威胁复杂雷达信号的先验信息,引入数据挖掘领域时间序列相似性快速匹配原理及其滑窗技术,提出了一种适于多参数联合变化雷达信号快速匹配识别方法。实验表明,该方法识别速度快,适应环境能力强,具有良好的应用前景。

关键词：时间序列相似性滑窗置信度快速匹配

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基于时间序列相似性原理的雷达信号识别

航天电子对抗 2012年第4期28卷 25-28页

作者：孙亚伟黄建冲徐英解放军电子工程学院安徽合肥230037

从密集复杂的信号环境中分选和识别出特定雷达辐射源信号,是信号处理领域的重要内容之一。利用威胁复杂雷达信号的先验信息,引入数据挖掘领域时间序列相似性快速匹配原理及其滑窗技术,提出了一种适于复杂体制雷达信号快速匹配识别方法... 详细信息

从密集复杂的信号环境中分选和识别出特定雷达辐射源信号,是信号处理领域的重要内容之一。利用威胁复杂雷达信号的先验信息,引入数据挖掘领域时间序列相似性快速匹配原理及其滑窗技术,提出了一种适于复杂体制雷达信号快速匹配识别方法。实验表明,该方法识别速度快、适应环境能力强,具有良好的应用前景。

关键词：时间序列相似性滑窗快速匹配

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时间序列数据挖掘的相似性度量综述

控制与决策 2017年第1期32卷 1-11页

作者：陈海燕刘晨晖孙博南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京210016 南京航空航天大学软件新技术与产业化协同创新中心南京210016

在时间序列数据挖掘中,时间序列相似性是一个重要的概念.对于诸多算法而言,能否与一种合适的相似性度量方法结合应用,对其挖掘性能有着关键影响.然而,至今仍没有统一的度量相似性的方法.对此,首先综述了常用的相似性度量方法,分析了各... 详细信息

在时间序列数据挖掘中,时间序列相似性是一个重要的概念.对于诸多算法而言,能否与一种合适的相似性度量方法结合应用,对其挖掘性能有着关键影响.然而,至今仍没有统一的度量相似性的方法.对此,首先综述了常用的相似性度量方法,分析了各自的优点与不足;其次,讨论了近年来出现的时序相似性的新解释及其度量方法;再次,探讨了相似性度量在时序挖掘任务中的应用以及与挖掘精度的关系;最后给出了关于时序相似性度量进一步的研究方向.

关键词：时间序列数据挖掘时间序列相似性相似性度量挖掘精度

基于局部梯度和二进制模式的时间序列分类算法

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软件学报 2022年第5期33卷 1817-1832页

作者：郝石磊王志海刘海洋北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044 交通数据分析与挖掘北京市重点实验室(北京交通大学) 北京100044

时间序列分类问题是时间序列数据挖掘中的一项重要任务,近些年受到了越来越广泛的关注.该问题的一个重要组成部分就是时间序列间的相似性度量.在众多相似性度量算法中,动态时间规整是一种非常有效的算法,目前已经被广泛应用到视频、音... 详细信息

时间序列分类问题是时间序列数据挖掘中的一项重要任务,近些年受到了越来越广泛的关注.该问题的一个重要组成部分就是时间序列间的相似性度量.在众多相似性度量算法中,动态时间规整是一种非常有效的算法,目前已经被广泛应用到视频、音频、手写体识别以及生物信息处理等众多领域.动态时间规整本质上是一种在边界及时间一致性约束下的点对点的匹配算法,能够获得两条序列间的全局最优匹配.但该算法存在一个明显的不足,即不一定能实现序列间的局部合理匹配.具体的讲,就是具有完全不同局部结构信息的时间点有可能被动态时间规整算法错误匹配.为了解决这个问题,提出了一种改进的基于局部梯度和二进制模式的动态时间规整算法LGBDTW(local gradient and binary pattern based dynamic time warping),通过考虑时间序列点的局部结构信息来强化传统动态时间规整算法.所提算法虽然实质上是一种动态时间规整算法,但它通过考虑序列点的局部梯度和二进制模式值来进行相似性加权度量,有效避免了具有相异局部结构的点匹配.为了进行全面比较,将所提出的算法应用到了最近邻分类算法的相似性度量中,并在多个UCR时间序列数据集上进行了测试.实验结果表明,所提出的方法能有效提高时间序列分类的准确率.此外,实例分析验证了所提出算法的可解释性.

关键词：动态时间规整时间序列相似性数据挖掘时间序列分类

基于水资源空间均衡的“四水四定”调控模型构建

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水资源保护 2024年第3期40卷 71-77页

作者：魏豪杉王红瑞郏鹏鑫周利超李永坤刘昌明北京师范大学水科学研究院北京100875 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 临沂市自然资源和规划局山东临沂276001 北京市水科学技术研究院北京100048

为实现未来不同时间尺度下的水资源空间均衡与动态调控,创建了一套完整严谨、可动态调控的“四水四定”模型体系。通过模糊信息粒化窗口的支持向量机模型预测区域未来总用水量,利用基于时间序列相似性分析的自回归支持向量机模型预测区... 详细信息

为实现未来不同时间尺度下的水资源空间均衡与动态调控,创建了一套完整严谨、可动态调控的“四水四定”模型体系。通过模糊信息粒化窗口的支持向量机模型预测区域未来总用水量,利用基于时间序列相似性分析的自回归支持向量机模型预测区域未来分用水量,并对两类数据进行不确定性分析;构建了复杂回归函数对各类用水指标进行情景预测,经统计检验后将其作为当前用水模式下未来用水指标;构建了“四水四定”水资源承载力模型和水资源空间均衡模型,基于未来总用水量、未来各分用水量、未来用水指标,选用水资源负载系数、用水效益和水土资源匹配系数3个指标,结合基尼系数量化水资源空间均衡度,分析当前用水模式下未来水资源均衡度;构建了最优化模型,以最小化基尼系数为目标函数调整未来用水模式,实现水资源动态调控。所创建的模型体系可以实现未来不同时间尺度下的水资源空间均衡与动态调控。

关键词： “四水四定” 水资源空间均衡水资源动态调控时间序列相似性支持向量机模型模糊信息粒化窗口

基于改进kShape聚类的谐波污染分区方法

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辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 342-350页

作者：张敏樊瑞祗会强张世锋李慧蓬赵军国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030001

针对大量电力电子负荷接入后,谐波源数量大幅增加,全网谐波源位置追溯困难的问题,利用电能质量监测数据,提出一种基于双层聚类的谐波分区溯源方案。首先,使用基于波形相似性的kShape时间序列聚类算法,通过计算谐波电压序列的形态距离来... 详细信息

针对大量电力电子负荷接入后,谐波源数量大幅增加,全网谐波源位置追溯困难的问题,利用电能质量监测数据,提出一种基于双层聚类的谐波分区溯源方案。首先,使用基于波形相似性的kShape时间序列聚类算法,通过计算谐波电压序列的形态距离来度量数据波动相似性,挖掘谐波污染关联信息;然后,引入自适应密度峰值聚类改进kShape算法,解决初始聚类中心随机选取导致的局部最小化问题,实现最佳聚类数目的自适应选择。该方法能够有效实现多谐波源的区域化定位,缩小主导谐波源的嫌疑范围,适用于大规模谐波源接入场景的溯源分析。基于IEEE123节点网络和监测平台的实测数据,验证了方法的有效性和实用性。

关键词：谐波溯源谐波污染分区 kShape聚类时间序列相似性自适应密度峰值聚类

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