一种地热能源供热状态监测方法及系统与流程

本发明涉及地热产热，具体涉及一种地热能源供热状态监测方法及系统。

背景技术：

1、在地热能源供热状态监测场景下，往往需要对采集到的热交换器压力数据进行异常检测，而常用的一种异常检测的方法是箱线图(boxplot)，该方法通过数据集中的四分位数、中位数等一些统计学数据构建箱线图，从而可视化的显示出异常值。但该方法对于时序数据集的总体变化趋势有一定的要求且对于数据变化剧烈或持续上升的数据往往得不到很好的效果。

2、在利用现有箱线图对地热能源供热状态进行异常检测时，因为地热能源系统的压力数据中存在持续的温度上升或者数据变化剧烈的数据段时，会导致异常检测结果出现错误；在现有箱线图中k值作用为获取箱线图的异常上下限，而在现有箱线图的方法中通常固定k＝3，无法自适应数据的特性，对于不同的数据其异常检测结果会很差，无法识别出不同趋势阶段的数据异常情况，进而影响地热能源供热状态监测方法的效果。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种地热能源供热状态监测方法及系统。

2、本发明一个实施例提供了一种地热能源供热状态监测方法，该方法包括以下步骤：

3、获取地热能源供热系统的压力数据序列，所述压力数据序列中包含若干压力数据点，所述压力数据点表示每个采样时刻的压力数据；

4、获取地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据；根据初始第一分段数据内所有压力数据点的中位数与每个压力数据点的差异，获取初始第一分段数据的对称程度；根据初始第一分段数据内压力数据点的分布，获取初始第一分段数据的偏斜程度；根据初始第一分段数据的对称程度和偏斜程度，获取初始第一分段数据的优选程度；根据初始第一分段数据的优选程度，获取地热能源供热系统的压力数据序列的所有目标数据分段；

5、将每个目标分段数据内所有压力数据点的中位数记为每个目标分段数据的压力中值数据点；根据每个目标数据分段的压力中值数据点与大于压力中值数据点的压力数据点的差异和压力数据点的数据变化剧烈程度，获取每个目标数据分段的箱线图的异常上限修正系数k值；根据每个目标数据分段的压力中值数据点与小于压力中值数据点的压力数据点的差异和压力数据点的数据变化剧烈程度，获取每个目标数据分段的箱线图的异常下限修正系数k值；

6、根据每个目标数据分段的箱线图的异常下限修正系数k值和异常上限修正系数k值，实现对地热能源供热状态监测。

7、优选的，所述获取地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据，包括的具体方法为：

8、将地热能源供热系统的压力数据序列中前a个压力数据点组成的分段数据，作为地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据，a为预设奇数参数。

9、优选的，所述根据初始第一分段数据内所有压力数据点的中位数与每个压力数据点的差异，获取初始第一分段数据的对称程度，包括的具体方法为：

10、将初始第一分段数据内所有压力数据点的中位数记为初始第一分段数据的压力中值数据点；则地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据的对称程度的计算方法为：

11、

12、式中，μ表示地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据的对称程度；n1表示初始第一分段数据内大于压力中值数据点的所有压力数据点的数量；n2表示初始第一分段数据内小于压力中值数据点的所有压力数据点的数量；qi表示初始第一分段数据内大于压力中值数据点的第i个压力数据点；pj表示初始第一分段数据内小于压力中值数据点的第j个压力数据点；z表示初始第一分段数据的压力中值数据点；exp()表示以自然常数为底数的指数函数；||表示取绝对值；β为预设的超参数。

13、优选的，所述根据初始第一分段数据内压力数据点的分布，获取初始第一分段数据的偏斜程度，包括的具体方法为：

14、将地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据中第一个压力数据点和最后一个压力数据点的连线，记为初始第一分段数据的第一直线，将初始第一分段数据的第一直线的斜率，作为初始第一分段数据的偏离横轴程度；将初始第一分段数据内所有压力数据点通过最小二乘法进行曲线拟合，获得初始第一分段数据的拟合曲线；则地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据的偏斜程度的计算方法为：

15、

16、式中，ω表示地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据的偏斜程度；pe表示初始第一分段数据中第一个压力数据点；pb表示初始第一分段数据中最后一个压力数据点；q表示初始第一分段数据的偏离横轴程度；m表示初始第一分段数据的第一直线与拟合曲线的交点总数量；w表示初始第一分段数据的所有压力数据点数量；||表示取绝对值；β为预设的超参数。

17、优选的，所述根据初始第一分段数据的对称程度和偏斜程度，获取初始第一分段数据的优选程度，包括的具体方法为：

18、将地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据的偏斜程度和对称程度的乘积，记为第一乘积，将线性归一化后的第一乘积作为地热能源供热系统的压力数据序列的初始第一分段数据的优选程度。

19、优选的，所述根据初始第一分段数据的优选程度，获取地热能源供热系统的压力数据序列的所有目标数据分段，包括的具体方法为：

20、预设一个阈值t1，预设奇数参数a；将地热能源供热系统的压力数据序列中第a+1个压力数据点和第a+2个压力数据点合并入初始第一分段数据，作为第一个更新后的第一分段数据，若初始第一分段数据与第一个更新后的第一分段数据的优选程度差值小于预设阈值t1，则将地热能源供热系统的压力数据序列中第a+3个压力数据点和第a+4个压力数据点合并入第一个更新后的第一分段数据，作为第二个更新后的第一分段数据，以此类推，直至存在第n个更新后的第一分段数据与第n+1个更新后的第一分段数据的优选程度差值大于或等于预设阈值t1，则将第n个更新后的第一分段数据作为地热能源供热系统的压力数据序列的第一个目标数据分段；

21、将第一个目标数据分段中的所有压力数据点数量记为b；

22、将地热能源供热系统的压力数据序列中第一个目标数据分段后a个压力数据点组成的分段数据，作为地热能源供热系统的压力数据序列的初始第二分段数据，将地热能源供热系统的压力数据序列中第b+a+1个压力数据点和第b+a+2个压力数据点合并入初始第二分段数据，作为第一个更新后的第二分段数据，若初始第二分段数据与第一个更新后的第二分段数据的优选程度差值小于预设阈值t1，则将地热能源供热系统的压力数据序列中第b+a+3个压力数据点和第b+a+4个压力数据点合并入第一个更新后的第二分段数据，作为第二个更新后的第二分段数据，以此类推，直至存在第n个更新后的第二分段数据与第n+1个更新后的第二分段数据的优选程度差值大于或等于预设阈值t1，则将第n个更新后的第二分段数据作为地热能源供热系统的压力数据序列的第二个目标数据分段；

23、以此类推，得到地热能源供热系统的压力数据序列的若干个目标数据分段，直至地热能源供热系统的压力数据序列的所有目标数据分段之后的压力数据点的数量小于或等于预设参数a，则地热能源供热系统的压力数据序列的所有目标数据分段之后的所有压力数据点合并入地热能源供热系统的压力数据序列的最后一个目标数据分段，进而获取地热能源供热系统的压力数据序列的所有目标数据分段。

24、优选的，所述根据每个目标数据分段的压力中值数据点与大于压力中值数据点的压力数据点的差异和压力数据点的数据变化剧烈程度，获取每个目标数据分段的箱线图的异常上限修正系数k值，包括的具体方法为：

25、对于地热能源供热系统的压力数据序列的第y个目标数据分段，通过最小二乘法对第y个目标分段数据的所有压力数据点进行曲线拟合，获得第y个目标分段数据的拟合曲线，利用峰值检测法获取第y个目标分段数据的拟合曲线的所有极值点，则地热能源供热系统的压力数据序列的第y个目标数据分段的箱线图的异常上限修正系数k值的计算方法为：

26、

27、式中，k1y表示地热能源供热系统的压力数据序列的第y个目标数据分段的箱线图的异常上限修正系数k值；n1y表示第y个目标数据分段内大于压力中值数据点的所有压力数据点的数量；p1l表示第y个目标数据分段内大于压力中值数据点的第l个压力数据点；zy表示第y个目标数据分段的压力中值数据点；d1y表示第y个目标数据分段内大于压力中值数据点的所有压力数据点的方差；ρy表示第y个目标数据分段的拟合曲线的所有极值点数量；wy表示第y个目标数据分段的所有压力数据点数量；表示预设参数；表示第y个目标数据分段内所有压力数据点的数据变化剧烈程度；norm()表示线性归一化函数。

28、优选的，所述根据每个目标数据分段的压力中值数据点与小于压力中值数据点的压力数据点的差异和压力数据点的数据变化剧烈程度，获取每个目标数据分段的箱线图的异常下限修正系数k值的具体公式为：

29、

30、式中，k2y表示地热能源供热系统的压力数据序列的第y个目标数据分段的箱线图的异常下限修正系数k值；n2y表示第y个目标数据分段内小于压力中值数据点的所有压力数据点的数量；p2v表示第y个目标数据分段内小于压力中值数据点的第v个压力数据点；d2y表示第y个目标数据分段内小于压力中值数据点的所有压力数据点的方差。

31、优选的，所述根据每个目标数据分段的箱线图的异常下限修正系数k值和异常上限修正系数k值，实现对地热能源供热状态监测，包括的具体方法为：

32、对于地热能源供热系统的压力数据序列中任意一个目标数据分段，通过所述目标数据分段的箱线图的异常下限修正系数k值和异常上限修正系数k值，获得所述目标数据分段的箱线图，将所述目标数据分段中处于箱线图上界和箱线图下界外的数据，记为所述目标数据分段的异常数据，若地热能源供热系统的压力数据序列中任意一个目标数据分段存在异常数据，则地热能源供热状态为异常。

33、本发明还提出一种地热能源供热状态监测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任意一项所述一种地热能源供热状态监测方法的步骤。

34、本发明的技术方案的有益效果是：本发明根据每个分段数据的对称程度和偏斜程度，获取每个分段数据的优选程度进而对地热能源供热系统的压力数据序列进行分段，获取地热能源供热系统的压力数据序列的所有目标数据分段，根据每个目标数据分段的压力中值数据点与小于压力中值数据点的压力数据点的差异和压力数据点的数据变化剧烈程度，对箱线图的异常上、下限修正系数k值进行自适应的调整大小，相较于传统箱线图中依据经验值设定的固定k值大小，能够有效提高箱线图的适应性和灵活性，使得每个目标分段数据的异常数据更容易被获得，进而更精确地识别不同趋势阶段的异常情况，进而提高对地热能源供热状态异常检测的效果。