本發(fā)明屬于信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單一模擬量和報警延遲器的報警系統(tǒng)評價方法及裝置。

背景技術(shù)：

報警系統(tǒng)對保障燃煤發(fā)電機(jī)組的安全生產(chǎn)與高效運(yùn)行發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，然而，目前普遍存在的問題是報警信號的數(shù)量過多，有時會在短短幾十分鐘內(nèi)會產(chǎn)生幾百個報警，導(dǎo)致操作人員無法及時處理這些報警，忽略報警信息，甚至關(guān)閉報警系統(tǒng)。為了判斷報警系統(tǒng)性能是否滿足要求，正確地評估現(xiàn)有報警系統(tǒng)的性能十分必要，但是目前卻缺乏針對報警性能評估指標(biāo)的準(zhǔn)確定義和計算方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的第一目的是提供了一種基于單一模擬量和報警延遲器的報警系統(tǒng)評價方法。

本發(fā)明的單一模擬量和報警延遲器的報警系統(tǒng)評價方法，包括：

采用馬爾科夫鏈來描述預(yù)設(shè)報警延時參數(shù)的報警系統(tǒng)的延時報警機(jī)制；在延時報警機(jī)制中，根據(jù)單一報警信號采樣值與報警閾值比較來判定報警信號采樣時刻所對應(yīng)的報警狀態(tài)；

根據(jù)馬爾科夫鏈所描述的報警狀態(tài)及其發(fā)生概率，求取報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值；

將求取的報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值分別與相應(yīng)預(yù)設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍比較，從而判斷出報警系統(tǒng)的性能是否滿足要求。

進(jìn)一步的，所述報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括誤報警率、漏報警率和平均報警延時；所述誤報警率是正常狀態(tài)下所有報警狀態(tài)概率的總和：漏報警率是所有非報警狀態(tài)概率的總和；平均報警延時是報警信號第一次越過報警閾值的觸發(fā)報警時刻與報警信號從正常狀態(tài)到異常狀態(tài)的時刻之差的平均值。

進(jìn)一步的，若求取的誤報警率、漏報警率和平均報警延時均落在設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍，則報警系統(tǒng)的性能滿足要求。

其產(chǎn)生的有益效果為：通過性能指標(biāo)的準(zhǔn)確定義和計算方法量化低評價現(xiàn)有報警系統(tǒng)的性能水平，從而判斷現(xiàn)有報警系統(tǒng)性能是否滿足要求。

本發(fā)明的第二目的是提供一種基于單一模擬量和報警延遲器的報警系統(tǒng)評價裝置。

本發(fā)明的一種基于單一模擬量和報警延遲器的報警系統(tǒng)評價裝置，包括：

馬爾科夫鏈描述模塊，其用于采用馬爾科夫鏈來描述預(yù)設(shè)報警延時參數(shù)的報警系統(tǒng)的延時報警機(jī)制；在延時報警機(jī)制中，根據(jù)單一報警信號采樣值與報警閾值比較來判定報警信號采樣時刻所對應(yīng)的報警狀態(tài)；

性能指標(biāo)計算模塊，其用于根據(jù)馬爾科夫鏈所描述的報警狀態(tài)及其發(fā)生概率，求取報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值；

性能指標(biāo)比較模塊，其用于將求取的報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值分別與相應(yīng)預(yù)設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍比較，從而判斷出報警系統(tǒng)的性能是否滿足要求。

進(jìn)一步的，所述報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括誤報警率、漏報警率和平均報警延時；所述誤報警率是正常狀態(tài)下所有報警狀態(tài)概率的總和：漏報警率是所有非報警狀態(tài)概率的總和；平均報警延時是報警信號第一次越過報警閾值的觸發(fā)報警時刻與報警信號從正常狀態(tài)到異常狀態(tài)的時刻之差的平均值。

進(jìn)一步的，在所述性能指標(biāo)比較模塊中，若求取的誤報警率、漏報警率和平均報警延時均落在設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍，則報警系統(tǒng)的性能滿足要求。

其產(chǎn)生的有益效果為：通過性能指標(biāo)的準(zhǔn)確定義和計算方法量化低評價現(xiàn)有報警系統(tǒng)的性能水平，從而判斷現(xiàn)有報警系統(tǒng)性能是否滿足要求。

進(jìn)一步的，該裝置還包括：顯示模塊，其用于顯示報警系統(tǒng)的性能判斷結(jié)果。

本發(fā)明還提供了另一種基于單一模擬量和報警延遲器的報警系統(tǒng)評價裝置。

本發(fā)明的該基于單一模擬量和報警延遲器的報警系統(tǒng)評價裝置，包括：評價服務(wù)器和顯示器；

所述評價服務(wù)器被配置為：

采用馬爾科夫鏈來描述預(yù)設(shè)報警延時參數(shù)的報警系統(tǒng)的延時報警機(jī)制；在延時報警機(jī)制中，根據(jù)單一報警信號采樣值與報警閾值比較來判定報警信號采樣時刻所對應(yīng)的報警狀態(tài)；

根據(jù)馬爾科夫鏈所描述的報警狀態(tài)及其發(fā)生概率，求取報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值；

將求取的報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值分別與相應(yīng)預(yù)設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍比較，從而判斷出報警系統(tǒng)的性能是否滿足要求；

所述顯示器被配置為：顯示報警系統(tǒng)的性能判斷結(jié)果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明針對現(xiàn)有報警系統(tǒng)缺乏性能指標(biāo)計算方法的不足，針對基于單變量和報警延時器的報警系統(tǒng)，在延時報警機(jī)制下提出了誤報警率、漏報警率和平均報警延時三個性能評價指標(biāo)的計算方法，從而可以對報警系統(tǒng)性能進(jìn)行量化評價，判斷性能是否滿足要求，為報警系統(tǒng)性能優(yōu)化提供可靠的依據(jù)，從而減少干擾報警，提高現(xiàn)場操作人員處理報警的效率，保障了生產(chǎn)安全性。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明的報警系統(tǒng)性能評價方法流程圖；

圖2為本發(fā)明所述x(t)處于正常狀態(tài)下的馬爾科夫鏈；

圖3為本發(fā)明所述x(t)處于異常狀態(tài)下的馬爾科夫鏈；

圖4為本發(fā)明所述x(t)處于異常狀態(tài)下求解平均報警延時的馬爾科夫鏈；

圖5為本發(fā)明的報警系統(tǒng)性能評價裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

工業(yè)中廣泛采用延時報警機(jī)制，基本報警機(jī)制是報警延時參數(shù)n＝1時的特殊延時報警機(jī)制。

圖1為本發(fā)明的報警系統(tǒng)性能評價方法流程圖。

如圖1所示，發(fā)明的報警系統(tǒng)性能評價方法，包括如下步驟：

步驟s1，采用馬爾科夫鏈來描述預(yù)設(shè)報警延時參數(shù)的報警系統(tǒng)的延時報警機(jī)制；在延時報警機(jī)制中，根據(jù)單一報警信號采樣值與報警閾值比較來判定報警信號采樣時刻所對應(yīng)的報警狀態(tài)；

步驟s2，根據(jù)馬爾科夫鏈所描述的報警狀態(tài)及其發(fā)生概率，求取報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值；

步驟s3，將求取的報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值分別與相應(yīng)預(yù)設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍比較，從而判斷出報警系統(tǒng)的性能是否滿足要求。

其中，報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括誤報警率、漏報警率和平均報警延時；所述誤報警率是正常狀態(tài)下所有報警狀態(tài)概率的總和：漏報警率是所有非報警狀態(tài)概率的總和；平均報警延時是報警信號第一次越過報警閾值的觸發(fā)報警時刻與報警信號從正常狀態(tài)到異常狀態(tài)的時刻之差的平均值。

下面本發(fā)明中所提及的“變量”均指的單一報警信號。

在本發(fā)明的具體實施例中，步驟s2中，根據(jù)馬爾科夫鏈所描述的報警狀態(tài)及其發(fā)生概率，求取報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值的具體實現(xiàn)過程為：

步驟s201，變量處于正常狀態(tài)下時，采用馬爾科夫鏈描述報警延時參數(shù)為n的延時報警機(jī)制；

步驟s202，求解誤報警率；

所述步驟s201中，變量x(t)是離散時間信號，采樣周期為h，報警閾值為xtp。當(dāng)x(t)處于正常狀態(tài)下發(fā)生的報警屬于誤報警。工業(yè)中廣泛采用延時報警機(jī)制，基本報警機(jī)制是報警延時參數(shù)n＝1時的特殊延時報警機(jī)制。

報警延時參數(shù)為n的延時報警機(jī)制可以用馬爾科夫鏈進(jìn)行描述，如圖2所示：

如果延時報警機(jī)制下的某次采樣x(t1)處于第i個非報警狀態(tài)nai，其中i＝1,2,…,n，并且下一個采樣值x(t1+h)大于報警閾值xtp，那么當(dāng)i<n時，當(dāng)前非報警狀態(tài)nai跳會跳變到第i+1個非報警狀態(tài)nai+1，當(dāng)i＝n時，則跳變到報警狀態(tài)a1；如果x(t1+h)小于報警閾值xtp，則從當(dāng)前非報警狀態(tài)nai直接跳回第一個非報警狀態(tài)na1。

如果延時報警機(jī)制下的某次采樣x(t2)處于第i個報警狀態(tài)ai，其中i＝1,2,…,n，并且下一個采樣值x(t2+h)小于報警閾值xtp，那么當(dāng)i<n時，就從當(dāng)前報警狀態(tài)ai跳變到第i+1個報警狀態(tài)ai+1，當(dāng)i＝n時，則跳變到非報警狀態(tài)na1；如果x(t2+h)大于報警閾值xtp，則從當(dāng)前狀態(tài)ai直接跳回第一個報警狀態(tài)a1。

所述步驟s202中，過程變量x處于正常狀態(tài)時，x大于報警閾值xtp的概率q1為：

其中，q(x)是x(t)處于正常狀態(tài)下的概率密度函數(shù)。將狀態(tài)na1，na2，…,nan，a1，a2，…,an簡單即為1,2,…n,n+1,…,2n。ti,k為從狀態(tài)i跳變到狀態(tài)k所需要的步數(shù)，ti,k＝l的概率為：

當(dāng)l＝1時，為一步轉(zhuǎn)移概率，則馬爾科夫鏈的一步轉(zhuǎn)移概率矩陣q∈r^2n×2n為：

其中，位于矩陣q第i行第j列的元素是從狀態(tài)i跳變到狀態(tài)j的一步轉(zhuǎn)移概率,q2＝1-q1。根據(jù)平穩(wěn)分布理論，，對于一個不可約遍歷馬爾科夫鏈，其極限概率為：其中∑πk＝1。因此馬爾科夫鏈只有有限個狀態(tài)，所以極限概率滿足如下方程：π＝πq，其中π＝[π1,π2,…,π2n]。故該方程可被描述為：

求解可得

和

結(jié)合∑πk＝1，可以求得：

誤報警率far是正常狀態(tài)下所有報警狀態(tài)概率的總和：

在本發(fā)明的具體實施例中，步驟s2中，根據(jù)馬爾科夫鏈求取報警系統(tǒng)的漏報警率的具體實現(xiàn)為：

步驟s211，變量處于異常狀態(tài)下時，采用馬爾科夫鏈描述報警延時參數(shù)為n的延時報警機(jī)制；

步驟s212，求解漏報警率；

所述步驟s211中，x(t)處于異常狀態(tài)下未發(fā)生的報警是漏報警。其馬爾科夫鏈的描述與所述步驟s201類似，如圖3所示。

所述步驟s212中，過程變量x處于異常狀態(tài)時，x小于報警閾值xtp的概率p1為：

其中，p(x)是x(t)處于異常狀態(tài)下的概率密度函數(shù)。記p2＝1-p1,此時馬爾科夫鏈的一步轉(zhuǎn)移概率矩陣p∈r^2n×2n為：

其余過程與所述步驟s201類似，漏報警率mar是所有非報警狀態(tài)概率的總和，即

在本發(fā)明的具體實施例中，步驟s2中根據(jù)馬爾科夫鏈求取報警系統(tǒng)的平均報警延時的具體實現(xiàn)為：

步驟s221，計算平均報警延時時間，采用馬爾科夫鏈描述報警延時參數(shù)為n的延時報警機(jī)制；

步驟s222，求解平均報警延時；

所述步驟s221中，報警延時td＝ta-t0，其中，t0是過程變量x(t)從正常狀態(tài)跳變到異常狀態(tài)的時刻，ta是過程變量x(t)第一次越過報警閾值xtp觸發(fā)報警的時刻。假設(shè)在t0-h時刻沒有觸發(fā)報警是合理的，并且一旦發(fā)生報警，不考慮消除報警。并記t0-h時刻為第一個非報警狀態(tài)na1，其跳變到報警狀態(tài)a1的過程與所述步驟s211中相同，但是當(dāng)狀態(tài)一旦到達(dá)報警狀態(tài)a1時，就以概率1停留在這個狀態(tài)，如圖4所示。

此處將t0-h時刻的狀態(tài)指定為na1的原因是：在正常狀態(tài)下某時刻處于狀態(tài)nai的概率由于q1的值很小，因此，馬爾科夫鏈從狀態(tài)na1出發(fā)的概率比從其余狀態(tài)出發(fā)的概率總和更大。

所述步驟s222中，記狀態(tài)na1，na2，…，nan，a1分別為1，2，…，n+1。報警延時參數(shù)為n的延時報警機(jī)制下，平均報警延時aad為其中t1,n+1是從非報警狀態(tài)1轉(zhuǎn)移到報警狀態(tài)n+1所需要的步數(shù)。由于狀態(tài)1發(fā)生在t0-h時刻，所以才要減去一個采樣周期h。求解e(t1,n+1)需要按照如下步驟：

離散隨機(jī)變量ti,n+1(i∈{1,2,…,n+1})的矩函數(shù)可表示為：其中z＝e^t。等式兩邊求導(dǎo)可得因此，從狀態(tài)i到n+1的平均轉(zhuǎn)移步數(shù)為故利用chapman-kolmogorov方程以及馬爾科夫鏈的基本定義當(dāng)i≠n+1時，ti,n+1的矩函數(shù)可以被寫為：

其中i代表整個狀態(tài)空間{1,2，…,n+1}。結(jié)合馬爾科夫鏈可以將上式表示為：

因為狀態(tài)n+1是常返態(tài)，故當(dāng)i＝n+1時，則故進(jìn)而平均報警延時aad為

以下是本發(fā)明所述方法在具體示例中的應(yīng)用。

采用一個高斯白噪聲隨機(jī)過程來產(chǎn)生過程變量x的數(shù)據(jù)，并且在t0時刻過程變量x從正常狀態(tài)跳變到異常狀態(tài)。

其中t0＝1000h，采樣周期h＝1s，數(shù)據(jù)長度為2000，報警閾值xtp＝4，設(shè)報警延時參數(shù)為n＝3，通過誤報警率，漏報警率和平均報警延時的計算公式可得far＝0.0142，mar＝0.0142，

為了驗證理論值的正確性，通過仿真產(chǎn)生500組獨(dú)立的數(shù)據(jù)序列針對每一組數(shù)據(jù)序列，將x(t)在正常狀態(tài)下觀察到的報警個數(shù)與正常狀態(tài)下x(t)的數(shù)據(jù)個數(shù)之比作為這一組數(shù)據(jù)序列的誤報率的估計值。同理，針對每一組數(shù)據(jù)序列，利用x(t)在異常狀態(tài)下觀察到的非報警個數(shù)與異常狀態(tài)下x(t)的數(shù)據(jù)個數(shù)之比作為這一組數(shù)據(jù)序列的漏報率的估計值。然后基于這500組獨(dú)立的數(shù)據(jù)序列，可以得到誤報率估計值和漏報率估計值的樣本均值與樣本標(biāo)準(zhǔn)差：

對于每一次仿真實現(xiàn)，都可以得到跳變時間t0及其之后的第一次報警產(chǎn)生時間ta，所以可以計算得到相應(yīng)的報警延時。通過仿真產(chǎn)生的500次獨(dú)立實現(xiàn)，可以得到500次報警延時的實現(xiàn)，然后計算這500次報警延時的樣本均值作為平均報警延時的估計值，記為進(jìn)行600組這樣的500次獨(dú)立實現(xiàn)，就可以得到600個估計值它們的樣本均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)差為：

這些結(jié)果與誤報率和漏報率以及平均報警延遲的理論值是一致的，故可證明理論計算公式是基本符合實際情況的。

如圖5所示，本發(fā)明的一種基于單一模擬量和報警延遲器的報警系統(tǒng)評價裝置，包括：

(1)馬爾科夫鏈描述模塊，其用于采用馬爾科夫鏈來描述預(yù)設(shè)報警延時參數(shù)的報警系統(tǒng)的延時報警機(jī)制；在延時報警機(jī)制中，根據(jù)單一報警信號采樣值與報警閾值比較來判定報警信號采樣時刻所對應(yīng)的報警狀態(tài)；

(2)性能指標(biāo)計算模塊，其用于根據(jù)馬爾科夫鏈所描述的報警狀態(tài)及其發(fā)生概率，求取報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值；

(3)性能指標(biāo)比較模塊，其用于將求取的報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值分別與相應(yīng)預(yù)設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍比較，從而判斷出報警系統(tǒng)的性能是否滿足要求。

其中，報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括誤報警率、漏報警率和平均報警延時；所述誤報警率是正常狀態(tài)下所有報警狀態(tài)概率的總和：漏報警率是所有非報警狀態(tài)概率的總和；平均報警延時是報警信號第一次越過報警閾值的觸發(fā)報警時刻與報警信號從正常狀態(tài)到異常狀態(tài)的時刻之差的平均值。

需要說明的是，誤報警率、漏報警率和平均報警延時的計算公式上述已經(jīng)表述，該處將不再累述。

在性能指標(biāo)比較模塊中，若求取的誤報警率、漏報警率和平均報警延時均落在設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍，則報警系統(tǒng)的性能滿足要求。

進(jìn)一步的，該裝置還包括：顯示模塊，其用于顯示報警系統(tǒng)的性能判斷結(jié)果。

本發(fā)明還提供了另一種基于單一模擬量和報警延遲器的報警系統(tǒng)評價裝置，其包括：評價服務(wù)器和顯示器。

(1)評價服務(wù)器被配置為：

采用馬爾科夫鏈來描述預(yù)設(shè)報警延時參數(shù)的報警系統(tǒng)的延時報警機(jī)制；在延時報警機(jī)制中，根據(jù)單一報警信號采樣值與報警閾值比較來判定報警信號采樣時刻所對應(yīng)的報警狀態(tài)；

根據(jù)馬爾科夫鏈所描述的報警狀態(tài)及其發(fā)生概率，求取報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值；

將求取的報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)值分別與相應(yīng)預(yù)設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍比較，從而判斷出報警系統(tǒng)的性能是否滿足要求。

其中，報警系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括誤報警率、漏報警率和平均報警延時；所述誤報警率是正常狀態(tài)下所有報警狀態(tài)概率的總和：漏報警率是所有非報警狀態(tài)概率的總和；平均報警延時是報警信號第一次越過報警閾值的觸發(fā)報警時刻與報警信號從正常狀態(tài)到異常狀態(tài)的時刻之差的平均值。

所述評價服務(wù)器還被配置為：若求取的誤報警率、漏報警率和平均報警延時均落在設(shè)性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值范圍，則報警系統(tǒng)的性能滿足要求。

(2)顯示器被配置為：顯示報警系統(tǒng)的性能判斷結(jié)果。

本發(fā)明針對現(xiàn)有報警系統(tǒng)缺乏性能指標(biāo)計算方法的不足，針對基于單變量和報警延時器的報警系統(tǒng)，在延時報警機(jī)制下提出了誤報警率、漏報警率和平均報警延時三個性能評價指標(biāo)的計算方法，從而可以對報警系統(tǒng)性能進(jìn)行量化評價，判斷性能是否滿足要求，為報警系統(tǒng)性能優(yōu)化提供可靠的依據(jù)，從而減少干擾報警，提高現(xiàn)場操作人員處理報警的效率，保障了生產(chǎn)安全性。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。