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龍圖騰網(wǎng)恭喜西北工業(yè)大學(xué)申請(qǐng)的專利一種基于密度峰值與異常隔離的極地氣象設(shè)備故障檢測(cè)方法獲國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號(hào)為：CN115437038B 。

龍圖騰網(wǎng)通過(guò)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-03-21發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)為：202210938914.7，技術(shù)領(lǐng)域涉及：G01W1/18；該發(fā)明授權(quán)一種基于密度峰值與異常隔離的極地氣象設(shè)備故障檢測(cè)方法是由朱怡安;任杰;李聯(lián);鐘冬;張黎翔設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2022-08-05向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請(qǐng)。

本一種基于密度峰值與異常隔離的極地氣象設(shè)備故障檢測(cè)方法在說(shuō)明書(shū)摘要公布了：本發(fā)明提供的一種基于密度峰值與異常隔離的極地氣象設(shè)備故障檢測(cè)方法。首先通過(guò)基于密度聚類的方法去除掉極地氣象設(shè)備電信號(hào)的噪聲數(shù)據(jù)；其次在非噪聲數(shù)據(jù)中通過(guò)密度峰值挖掘出極地氣象設(shè)備正常運(yùn)作時(shí)的電信號(hào)工作模式；最后通過(guò)極地氣象設(shè)備的實(shí)時(shí)電信號(hào)數(shù)據(jù)與正常運(yùn)作時(shí)的電信號(hào)特征數(shù)據(jù)共同構(gòu)建孤立森林的方法來(lái)對(duì)極地氣象設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的故障診斷。同時(shí)在構(gòu)建孤立森林時(shí)，通過(guò)分割比例來(lái)進(jìn)行選擇性的構(gòu)建孤立樹(shù)，從而在一定程度上提高了算法的效率，使其更能滿足數(shù)字孿生實(shí)時(shí)性的需要。最后采用降水儀在不同低溫環(huán)境下的測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該模型的有效性和一定的先進(jìn)性。

本發(fā)明授權(quán)一種基于密度峰值與異常隔離的極地氣象設(shè)備故障檢測(cè)方法在權(quán)利要求書(shū)中公布了：1.一種基于密度峰值與異常隔離的極地氣象設(shè)備故障檢測(cè)方法，其特征在于步驟如下：S1：確定極地氣象設(shè)備溫度相關(guān)或非溫度相關(guān)的故障檢測(cè)特征數(shù)據(jù)；S1.1：計(jì)算極地氣象設(shè)備電信號(hào)數(shù)據(jù)與環(huán)境溫度的相關(guān)性系數(shù) 式中covXi,T為極地氣象設(shè)備電信號(hào)數(shù)據(jù)Xi與環(huán)境溫度T的協(xié)方差；σXi為極地氣象設(shè)備電信號(hào)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，σT為環(huán)境溫度的標(biāo)準(zhǔn)差；S1.2：將的電信號(hào)數(shù)據(jù)Xi作為溫度因素相關(guān)的故障檢測(cè)特征數(shù)據(jù)，否則作為由非溫度因素相關(guān)的故障檢測(cè)特征數(shù)據(jù)；其中當(dāng)溫度相關(guān)的特征數(shù)據(jù)發(fā)生短時(shí)間持續(xù)性的異常，則將其作為啟動(dòng)極地氣象設(shè)備加熱模組決策的依據(jù)；當(dāng)非溫度相關(guān)的特征數(shù)據(jù)發(fā)生短時(shí)間持續(xù)性異常，則將其作為重啟極地氣象設(shè)備決策的依據(jù)；S2：在所選的衡量極地氣象設(shè)備是否發(fā)生故障的特征數(shù)據(jù)中采用基于密度聚類的方式將噪聲點(diǎn)進(jìn)行剔除；S2.1：對(duì)極地氣象設(shè)備的電信號(hào)數(shù)據(jù)在單一維度上Xi＝x1,x2,...xm進(jìn)行基于密度的方式聚類；首先指定最小樣本量MinPts和半徑ε；S2.2：定義核心點(diǎn)，直接密度可達(dá)點(diǎn)以及密度可達(dá)點(diǎn)；如果某個(gè)電信號(hào)數(shù)據(jù)的ε鄰域內(nèi)電信號(hào)的數(shù)量大于等于MinPts，那么該點(diǎn)為核心點(diǎn)，即|Nεxi|≥MinPts，其中Nεxi＝{xi∈D|Distxi,xj≤ε}，D是包含所有電信號(hào)數(shù)據(jù)的集合，Distxi,xj為兩點(diǎn)間的歐式距離；如果xj在xi的ε鄰域內(nèi)，同時(shí)xj為核心點(diǎn)，那么稱xj和xi直接密度可達(dá)；對(duì)于xi,xi+1,...xn，如果任意相鄰的兩個(gè)電信號(hào)直接密度可達(dá)，那么稱xi和xn密度可達(dá)；S2.3：從數(shù)據(jù)集中任意選擇一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)xi，如果對(duì)于參數(shù)MinPts和ε，所選擇的數(shù)據(jù)點(diǎn)xi為核心點(diǎn)，則找出所有從xi密度可達(dá)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，形成一個(gè)簇；若選擇的數(shù)據(jù)對(duì)象點(diǎn)xi是非核心點(diǎn)，則重新選擇另一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，重復(fù)上述過(guò)程直到數(shù)據(jù)選取完成；其中沒(méi)有被分配到任何一個(gè)簇的數(shù)據(jù)點(diǎn)為噪聲點(diǎn)；S2.4：根據(jù)上述基于密度聚類的方式，可以識(shí)別出每一維度數(shù)據(jù)的噪聲點(diǎn)，當(dāng)識(shí)別出噪聲點(diǎn)后將噪聲點(diǎn)剔除，即m個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在去除噪聲后得到n個(gè)噪聲點(diǎn)，最終得到Xi＝x1,x2,...xn，其中n≤m；S3：獲取極地氣象設(shè)備正常工作時(shí)的電信號(hào)特征數(shù)據(jù)；S3.1：采用公式計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度，n為數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，dij為數(shù)據(jù)點(diǎn)i到j(luò)的距離；χ是指示函數(shù)，當(dāng)x0時(shí)，χx＝1，否則χx＝0，dc是截?cái)嗑嚯x；由此可以得到ρi＝ρ1,ρ2,...,ρn；S3.2：計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的其中密度最高的點(diǎn)可以取由此得到δi＝δ1,δ2,...δn；S3.3：將ρi＝ρ1,ρ2,...,ρn和δi＝δ1,δ2,...δn相乘得到peeki＝ρ1δ1,ρ2δ2,...ρnδn＝peek1,peek2,...peekn；將peeki按照降序排序然后取peeki前k個(gè)數(shù)據(jù)作為極地氣象設(shè)備正常工作時(shí)的電信號(hào)特征數(shù)據(jù)Fi＝F1,F2,...Fk，k＜n；S4：采用極地氣象設(shè)備的實(shí)時(shí)電信號(hào)數(shù)據(jù)與正常運(yùn)作時(shí)的電信號(hào)特征數(shù)據(jù)選擇性的構(gòu)建多棵有效孤立樹(shù)，形成孤立森林；S4.1：將待檢測(cè)電信號(hào)數(shù)據(jù)加入到Fi＝F1,F2,...Fk中得到FiForest＝F1,F2,...Fk,Fdec，選擇FiForest作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，確定FiForest集合中的最大值Fmax，最小值Fmin；S4.2：選擇切割點(diǎn)P∈Fmin,Fmax：將切割點(diǎn)小于P的放左節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成左側(cè)集合，大于等于P的放右節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成右側(cè)集合；設(shè)第一個(gè)分割點(diǎn)的左側(cè)集合數(shù)量為NUMleft,右側(cè)集合數(shù)量為NUMright，那么如果τ∈[1,10]，那么認(rèn)為該樹(shù)為劣勢(shì)樹(shù)，則跳過(guò)該樹(shù)，繼續(xù)采用遞歸的方式構(gòu)建下一棵樹(shù)，直到構(gòu)建滿100棵樹(shù)為止；其中樹(shù)的生長(zhǎng)的終止條件為：樹(shù)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)數(shù)據(jù)存在或者達(dá)到樹(shù)的最大生長(zhǎng)高度；其中樹(shù)的最大高度限制h與子樣本數(shù)量有關(guān)：S5：計(jì)算極地氣象設(shè)備實(shí)時(shí)電信號(hào)數(shù)據(jù)的異常得分值；S5.1：計(jì)算構(gòu)建的二叉樹(shù)的平均路徑長(zhǎng)度其中n為構(gòu)建孤立樹(shù)時(shí)的樣本個(gè)數(shù)，Hn-1＝lnn-1+0.5772156649；S5.2：設(shè)待檢測(cè)電信號(hào)數(shù)據(jù)Fdec在孤立森林中每棵樹(shù)上的平均高度為Ehx，那么待檢測(cè)電信號(hào)數(shù)據(jù)Fdec的異常得分值為式中x＝Fdec；S6：判斷極地氣象設(shè)備是否發(fā)生故障；S6.1：確定判定極地氣象設(shè)備電信號(hào)異常的得分值ScoreF，當(dāng)Sx,n＞ScoreF時(shí)，判定極地氣象設(shè)備電信號(hào)發(fā)生異常，即設(shè)備出現(xiàn)故障；當(dāng)Sx,n≤ScoreF時(shí)，則判定極地氣象設(shè)備電信號(hào)正常，即設(shè)備狀態(tài)良好。

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