一种基于多叉树的设备状态区分及数据压缩方法

摘要

本发明涉及一种基于多叉树的设备状态区分及数据压缩方法，该方法包括：(1)将电气设备数据分为三类工作状态：停机状态，待机状态，运行状态；(2)识别、记录所有标准工况，并进行多叉树排列；(3)根据电气设备工作状态和工况情况，对时序电气设备数据进行压缩存储。通过本方法可以清晰的反映出电气设备的整体运行情况，同时由于引入标准工况的多叉树排列，能快速准确的对应标准工况，为电气设备的快速存储与读取带来便利，同时按照标准工况对时序数据进行压缩，减小了存储压力。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机应用技术与方法领域，尤其是一种基于多叉树的设备状态区分及数据压缩方法。

背景技术

新世纪以来，随着科学技术的发展，越来越多的电气设备开始应用一些数据分析技术进行设备运行情况分析，运行状态分析，以及故障预测与维护分析等。但是电气设备长期运行，产生的数据量非常大，并且多数设备运转状态时大都属于各参数恒定或有微小波动，或者各参数数据周期性变化的情况。如果直接将该时序数据获取并存储分析，不但会浪费大量存储空间，还给数据的分析、可视化等工作增添困难。并且，大量连续的时序数据不易发现有变化的部分，难以提取到数据特征，使得数据分析变得繁琐。

发明内容

针对上述技术不足，本发明的目的是提供一种基于多叉树的设备状态区分及数据压缩方法方法。该方法根据电气设备数据的输出电压、输出电流、输出功率、运行频率、额定频率等参数定义不同的工况，这种工况分类识别方法简单快捷，分类规则清晰，易于实现；该方法将所有工况按参数区分以多叉树的架构存储在数据库中，并运用无监督学习方法不断识别新工况，将新工况加入数据库中，扩充数据库中的工况信息，方便利用现有的机器学习、统计学习等算法分析挖掘电气隐含信息；该方法通过在大量的数据中抽取出有变化的工作状态，而长期处于一种工作状态的情况会压缩成一种工况进行存储，大大缓解了存储压力，并且这种存储方式也简化了后续数据分析的复杂性，方便进行数据可视化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于工况树的电气设备数据压缩存储方法，包括以下步骤：

获取电气设备设定时间内的时序数据，进行工作状态分类；

针对不同的工作状态进行标准工况识别：对于新出现的工况，以标准工况存入标准工况多叉树，并以该工况id作为此标准工况id；对于已识别过并已存入标准工况多叉树的工况，获取其在标准工况多叉树的id；

针对不同的工作状态和工况id，进行电气历史运行数据存储，存入运行情况表，进行数据压缩。

所述获取电气设备设定时间的时序数据包括：

所述时序数据包括电气设备的输出电压、输出电流、输出功率、运行功率、额定功率。

对时序数据、工作状态进行分类包括：

停机状态：设备断电停机，没有使用，在数据上的表现为，连续固定时长无数据上传，固定时长根据需要设定；

运行状态：设备通电工作运行的状态，数据上表现为，存在输出数据，并且输出电压、输出电流、输出功率、运行功率不同时为0；

待机状态：设备通电，但是并没有工作，数据上表现为，存在输出数据，但是输出电压，输出电流，输出功率，运行功率均为0。

所述针对不同的工作状态进行标准工况识别，按照如下各状态分别进行：

停机状态：停机状态，无数据上传，所以不做工况识别，工况id为0；

待机状态：电气设备输出全为0，只有额定功率不为0；判断标准工况多叉树中是否存在此种数据情况的工况，若存在则获取到该数据情况的工况id，若不存在则把该数据写入标准工况多叉树，并获取工况id；

运行状态：首先识别新获取数据中存在几种运行工况，判断标准工况多叉树中是否存在此种数据情况的工况，若存在则获取到该数据情况的工况id，若不存在则把该数据写入标准工况多叉树，并获取工况id。

所述针对不同的工作状态和工况id，进行电气历史运行数据存储包括以下步骤：

将设定连续时间段内的处于同一工作状态及同一工况的时序数据存储为一条数据，实现电气设备数据的压缩。

存储的数据中包括：设备SN码、状态起始时间、状态结束时间、工作状态标识位、标准工况id标识位。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明方法将电气数据分为3种状态：停机、待机、运行。这种分类方式，可以清晰的展示出电气一段时间的大致运行情况，并且有时候待机、停机的数据对数据分析的作用不大，这种分类方式，能够简单方便的找出电气运行状态下的数据，使数据分析变得容易。

2.本发明方法根据变频运行频率，额定频率，输出电压、输出电流、输出功率等参数的变化情况依次与标准工况多叉树进行比对，然后按照通过无监督学习的方法不断将新识别到的工况存储在数据库中，这种识别方法简单便捷，避免了一些识别算法中需要针对不同情况，不断调整参数的繁琐步骤，并且数据库中标准工况多叉树又能提供电气工况信息，便于进行数据分析和数据挖掘。

3.本发明方法把电气设备的运行数据按照工作状态和工况进行存储，压缩了电气设备运行数据，缓解了数据存储的压力，并且压缩后的存储数据简化了数据分析和数据可视化的复杂性。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是工作状态分类流程图；

图3是标准工况多叉树的工况对比识别的流程图；

图4是电气设备数据压缩存储的流程图。

具体实施方式

下面结合实施实例对本发明做进一步的详细说明。

本发明方法步骤如图1所示，具体包括如下步骤：

(1)获取电气设备最近时间的时序数据，进行工作状态分类，主要分为停机状态，运行状态和待机状态三类；

(2)针对不同的工作状态，进行工况识别，对于已识别过并已存入标准工况多叉树的工况获取工况id，对于新出现的工况，存入标准工况多叉树，并获取工况id；

(3)针对不同的工作状态和工况id，进行电气设备历史运行数据存储，存入标准工况多叉树，进行数据压缩；

工作状态分类包括：

首先，所述电气设备数据，需要包括电气设备输出电压、输出电流、输出功率、运行功率、额定功率等数据，作为工况对比的条件；停机状态：设备断电停机，没有使用，在数据上的表现为，连续固定时长无数据上传，固定时长支持按需定制，默认为10分钟；

运行状态：设备通电工作运行的状态，数据上表现为，存在输出数据，并且输出电压、输出电流、输出功率、运行功率等不同时为0；

待机状态：设备通电，但是并没有工作，数据上表现为，存在数据，但是输出数据均为0；

步骤(2)，针对不同状态工况对比：

停机状态：停机状态，无数据上传，所以不做工况对比，工况id为0；

待机状态：输出全为0，只有额定功率不为0，判断标准工况多叉树中是否存在此种数据情况的工况，存在则获取到该数据情况的工况id，不存在则把该工况数据写入标准工况多叉树，并获取工况id；

运行状态：首先识别新获取数据中存在几种运行工况，判断标准工况多叉树中是否存在此种数据情况的工况，存在则获取到该数据情况的工况id，不存在则把该工况数据写入标准工况多叉树，并获取工况id；

步骤(3)，电气设备数据存储：

根据不同的工作状态及工况，对数据进行存储，对于连续时间段内的处于同一工作状态及工况的电气设备数据，存储为一条数据，数据包括设备SN码，状态起始时间，状态结束时间，工作状态标识位，工况id标识位，这样就把电气设备运行数据进行了压缩，从原来的长时间重复数据的情况压缩为一条数据，极大的减少了存储所需空间，减少存储成本。

(1)工作状态分类：

共三类工作状态，停机状态、待机状态、运行状态。

a.首先获取最近一段时间(可以是10分钟)的电气设备数据，若最近10分钟都没有数据获取到，定义此时间段为停机状态，状态代码为0；

b.若有数据获取到，则获取运行情况表中的上一条记录，判断上一条记录的结束时间与数据部分的第一个时间点之间是否有10分钟的时间长度，若超过10分钟，则将该时间段标记为停机状态，否则直接进入步骤c。

c.然后逐条判断数据部分的输出电压、输出电流、输出功率是否全部为0，当全部为0时，此条数据的电气状态为待机状态，状态代码为1；否则为运行状态(此运行状态包括正常运行与故障运行)，状态代码2。

工作状态分类流程图，如图2所示。

所需的电气设备数据如下表所示，至少需要包含下表所示字段：

表1

SN：设备序列号

Time：时间

OutputCurrent：输出电流；

OutputVoltage：输出电压；

OutputPower：输出功率；

RunningFrequency：运行频率；

MotorRatedFrequency：额定频率；

(2)各工作状态下的工况对比：

对于停机状态数据，并不做工况对比，根据工作状态分类部分获取的数据，直接把相关数据存入运行情况表。待机状态和运行状态的电气设备数据，对于数据进行输出参数幅值波动判断，具体为根据电气数据的输出电压、输出电流、输出功率、额定频率、运行频率变化情况定义标准工况。一个工况下，允许输出电压波动范围±10V，输出电流波动范围±10A，输出功率波动范围±1W，运行频率、额定频率为固定值不变。(如果获取到的连续时间的数据均符合一个波动情况，则进行压缩，连续时间段的数据整理为一条工况数据。)在标准工况多叉树中查询是否存在该工况；针对不存在的新工况，将该新工况则按照输出电压、输出电流、输出功率、额定频率、运行频率变化情况的顺序存入标准工况多叉树中。若时间连续的数据存在并不符合同一工况范围的数据，则数据不压缩，将最新的数据逐条去工况表中查询，最后将新工况存入历史工况表中。工况识别流程图，如图3所示。

标准工况多叉树的历史工况表：

表2

字段说明：

WorkconditionID：工况ID号；

RunningFrequency：电气运行频率；

MotorRatedFrequency：电气额定频率；

OutputVoltage：电气输出电压；

OutputCurrent：电气输出电流；

OutputPower：电气输出功率；

标准工况多叉树中的每种工况带有唯一的工况ID号。通过不断获取最新数据，对比新工况，将对比到的新工况存储在数据库的标准工况多叉树中，不断扩充标准工况多叉树中的工况信息。

(3)电气设备数据压缩存储

对于方法所需电气设备数据，要求采样时间尽可能短，最好为1s，并且需要电气数据包含以下参数：额定频率，输出电压，输出电流，输出功率，运行频率等数据。根据工况对比完的，打过标签的数据，将其中时间最早的数据与标准工况多叉树中同一设备的最后一条存储记录对比，若无工况及状态变化将其存储记录时间节点更新，若有变化重新按照工作状态和工况存储在运行情况表中。数据存储流程图，如图4所示。

运行情况表格式：

表3

字段说明：

Date：日期；

SN：设备序列号；

Starttime：起始时间，精确到秒级；

Endtime：结束时间，精确到秒级；

Status：工作状态，0表示停机，1表示待机，2表示运行；

WorkconditionID：工况ID号，与历史工况表中的工况ID号对应；

由于电气设备数据并不是频繁变化，采用上述存储方式，可以把一段时间的持续状态识别为一条工况数据存储，因此减少了存储压力，达到了压缩目的。