一种基于DTW距离的载荷谱聚类方法及系统

本发明属于飞机实测载荷谱处理，具体涉及一种基于dtw距离的载荷谱聚类方法及系统。

背景技术：

1、机群中各单机在实际使用过程中所经历的载荷-时间历程存在着一定差异性，即使是同一架单机在执行相同的任务时，其载荷-时间历程也存在着一定差异，为了表征上述单机使用载荷谱的差异性，需要对使用载荷谱的分散性进行研究，而其中的关键在于载荷谱的损伤计算。

2、要准确计算载荷谱的损伤存在着较多难点，其中一个就是载荷谱中的高低载荷次序效应，研究表明载荷谱中谱型按照高-低进行排列时，会导致临界损伤值低于1，而按照低-高进行排列时，临界损伤值则高于1。许多研究者从不同角度出发，提出了很多损伤累积理论，但都具有一定的局限性。1979年，schutz在文献中指出“对于两个载荷谱形状相似的载荷谱，其损伤临界值具有一致性，可以通过其中一个载荷谱的寿命确定另外一个载荷谱的寿命”，即相对损伤计算方法。

3、进行相对损伤计算的关键在于如何判断两个载荷谱之间的相似性，最简单的是将两个载荷谱的看作高维空间中的坐标点，通过计算两个点之间的欧氏距离来判断载荷谱之间的相似度，但通常实测载荷谱的长度是随机的，不太可能完全一致，上述采用欧氏距离的度量方式不合适，因此，需要提出一种载荷谱聚类方法解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的不足，提出一种基于tw距离的载荷谱聚类方法及系统，将dtw距离作为载荷谱相似性的度量，按照层次聚类的方法，将dtw距离较近的载荷谱依次进行聚类，最后根据邓恩指数确定聚类的簇数，从而确定载荷谱聚类的结果。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于dtw距离的载荷谱聚类方法，包括以下步骤：

4、s1、采集载荷谱数据，并基于所述载荷谱数据，得到峰谷值序列；

5、s2、基于所述峰谷值序列计算dtw距离，并基于所述dtw距离进行载荷谱聚类，得到初步聚类结果；

6、s3、对所述初步聚类结果进行评价，基于评价的结果确定最终聚类结果。

7、优选地，所述s1包括：

8、对所述载荷谱数据进行峰谷值提取，得到峰谷值载荷序列；

9、对所述峰谷值载荷序列进行标准化处理，得到所述峰谷值序列。

10、优选地，所述s2包括：

11、对两个所述峰谷值序列的分量计算欧式距离，将所述分量的欧式距离构建成距离矩阵，并对所述距离矩阵进行初始化；

12、基于初始化后的所述距离矩阵选取一条最短路径，计算所述最短路径的dtw距离；

13、基于所述dtw距离构建dtw距离矩阵，并对所述dtw距离矩阵中的元素按照升序的方式进行排列，得到dtw值序列；

14、基于所述dtw值序列对载荷谱进行聚类，得到初步聚类结果。

15、优选地，所述s3包括：

16、采用邓恩系数对所述初步聚类结果进行评价，得到最终类别数；

17、设置所述最终类别数为截止值，基于所述截止值，获得最终聚类结果。

18、本发明还提供一种基于dtw距离的载荷谱聚类系统，包括：

19、预处理单元、聚类单元与评价单元；

20、所述预处理单元用于采集载荷谱数据，并基于所述载荷谱数据，得到峰谷值序列；

21、所述聚类单元用于基于所述峰谷值序列计算dtw距离，并基于所述dtw距离进行载荷谱聚类，得到初步聚类结果；

22、所述评价单元用于对所述初步聚类结果进行评价，基于评价的结果确定最终聚类结果。

23、优选地，所述预处理单元得到所述峰谷值序列的方法包括：

24、对所述载荷谱数据进行峰谷值提取，得到峰谷值载荷序列；

25、对所述峰谷值载荷序列进行标准化处理，得到所述峰谷值序列。

26、优选地，所述聚类单元得到搜书初步聚类结果的方法包括：

27、对两个所述峰谷值序列的分量计算欧式距离，将所述分量的欧式距离构建成距离矩阵，并对所述距离矩阵进行初始化；

28、基于初始化后的所述距离矩阵选取一条最短路径，计算所述最短路径的dtw距离；

29、基于所述dtw距离构建dtw距离矩阵，并对所述dtw距离矩阵中的元素按照升序的方式进行排列，得到dtw值序列；

30、基于所述dtw值序列对载荷谱进行聚类，得到初步聚类结果。

31、优选地，所述评价单元得到最终聚类结果的方法包括：

32、采用邓恩系数对所述初步聚类结果进行评价，得到最终类别数；

33、设置所述最终类别数为截止值，基于所述截止值，获得最终聚类结果。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

35、本发提出的基于dtw距离的载荷谱聚类方法根据相似度对载荷谱进行聚类，在完成聚类之后，对于每一类载荷谱，其相互之间存在一定的相似度的，采用相对损伤计算方法计算每一类载荷谱的损伤，从而获得损伤样本，为载荷谱损伤的分散性表征提供了基础。

技术特征：

1.一种基于dtw距离的载荷谱聚类方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种基于dtw距离的载荷谱聚类方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根据权利要求1所述一种基于dtw距离的载荷谱聚类方法，其特征在于，所述s2包括：

4.根据权利要求1所述一种基于dtw距离的载荷谱聚类方法，其特征在于，所述s3包括：

5.一种基于dtw距离的载荷谱聚类系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述一种基于dtw距离的载荷谱聚类系统，其特征在于，所述预处理单元得到所述峰谷值序列的方法包括：

7.根据权利要求5所述一种基于dtw距离的载荷谱聚类系统，其特征在于，所述聚类单元得到搜书初步聚类结果的方法包括：

8.根据权利要求5所述一种基于dtw距离的载荷谱聚类系统，其特征在于，所述评价单元得到最终聚类结果的方法包括：

技术总结
本发明公开了一种基于DTW距离的载荷谱聚类方法及系统，其中方法包括：S1、采集载荷谱数据，并对所述载荷谱数据进行预处理，得到峰谷值序列；S2、基于所述峰谷值序列计算DTW距离，并基于所述DTW距离进行载荷谱聚类，得到初步聚类结果；S3、对所述初步聚类结果进行评价，基于评价的结果确定最终聚类结果。本发明根据相似度对载荷谱进行聚类，在完成聚类之后，对于每一类载荷谱，其相互之间存在一定的相似度的，采用相对损伤计算方法计算每一类载荷谱的损伤，从而获得损伤样本，为载荷谱损伤的分散性表征提供了基础。

技术研发人员：贺小帆,李晨迪,范天宇,孙燕涛,张生良,付志忠,纪鹏飞
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16