基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统及方法，涉及执行制造系统的可视化分析技术领域。该系统包括指标管理模块、指标数据清洗模块、指标查询模块和指标可视化模块，实现对工业生产指标进行管理和可视查询。操作人员选取待查询的时间序列，与历史数据进行特征匹配，提取出相似的时间序列数据，并进行可视化，辅助用户洞察工业生产指标的历史数据之间的关系，最终达到辅助决策的目的。本发明专利技术的基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统及方法，可以从历史数据中查找出与该时间序列相似的指标数据，显示给操作人员，帮助操作人员对各个生产指标进行可视分析，洞察数据之间的关系，辅助决策。

【技术实现步骤摘要】
基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统及方法
本专利技术涉及执行制造系统的可视化分析
，尤其涉及一种基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统及方法。
技术介绍
工业生产过程一般具有流程长、工序多、设备多的特点，选矿生产过程中的工艺配置灵活多变。在生产过程中，为了更大效率的提高生产质量和效益，需对生产过程中的指标进行分析，在指标分析过程中，指标的历史数据中具有与待查询指标相似特征的历史数据对于分析指标特征具有重要作用，因此提取具有相似特征的指标历史数据进行对比分析，对指导生产指标的分析有着重要意义。此外，工业生产过程中的工序具有典型多输入多输出的特性，当分析工序的输入对输出影响关系时，往往需要对多维的输入指标进行分析，而提取具有相似特征的该多维输入指标历史数据是进行多维指标分析的一个重要环节，具有相似特征的历史数据可以很好的辅助用户对生产指标进行分析和决策，对于提升工业生产指标监控和分析有着重要作用。所以，对工业生产指标进行可视化查询，对辅助用户进行生产决策和优化分析，保证产品质量和提高经济效益有重要意义。目前在可视化查询领域有一定的专利，如“201710427410.8(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统，其特征在于：包括指标管理模块、指标数据清洗模块、指标查询模块和指标可视化模块；所述指标管理模块对选矿生产指标进行管理，提供工业生产指标数据的添加、删除、修改和查询功能；所述指标数据清洗模块对指标数据中的残缺数据、重复数据和偶然脉冲型数据进行处理；所述指标查询模块采用相似性算法将用户选取的待查询的时间序列与历史数据匹配，从历史数据中提取出与待查询时间序列相似的时间序列数据，辅助用户洞察工业生产指标历史数据之间的关系，达到辅助决策的目的；所述相似性算法是指在查询模块中根据相似性定义进行特征匹配的算法，通过DTW算法进行指标时间序列的特征匹配，实现...

【技术特征摘要】
1.一种基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统，其特征在于：包括指标管理模块、指标数据清洗模块、指标查询模块和指标可视化模块；所述指标管理模块对选矿生产指标进行管理，提供工业生产指标数据的添加、删除、修改和查询功能；所述指标数据清洗模块对指标数据中的残缺数据、重复数据和偶然脉冲型数据进行处理；所述指标查询模块采用相似性算法将用户选取的待查询的时间序列与历史数据匹配，从历史数据中提取出与待查询时间序列相似的时间序列数据，辅助用户洞察工业生产指标历史数据之间的关系，达到辅助决策的目的；所述相似性算法是指在查询模块中根据相似性定义进行特征匹配的算法，通过DTW算法进行指标时间序列的特征匹配，实现指标的相似性查询；所述相似性定义是指在指标时间序列查询过程中，两段时间序列指标趋势相似的定义；通过计算当忽略不变量时待查询时间序列与历史数据的匹配程度来对相似性进行评价，提取出需要的相似性数据；所述不变量是指在数据查询过程中，操作人员认为可忽略的指标序列的属性，即忽略该不变量之后的匹配认为是相似的；所述指标可视化模块包括工业生产过程的生产指标数据的可视化显示和可视化交互；所述可视化显示包括生产指标数据的实时显示以及历史数据查询结果显示；所述可视化交互包括生产指标数据曲线的区域缩放以及时间序列的选取。2.根据权利要求1所述的基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统，其特征在于：所述指标管理模块的数据来源为从数据库中读取的DCS采集的数据、ERP数据以及手动录入的数据；所述对工业生产指标进行管理用于对工业生产指标进行实时监控，并通过曲线显示的方式直观反映指标数据的变化趋势；所述工业生产指标数据添加功能用于添加数据库中没有采集到的工业生产指标以及对现有生产指标信息进行添加补全；所述工业生产指标数据删除功能用于删除工业生产指标某时刻的数据、删除工业生产指标某时间段内的数据，以及删除工业生产指标的全部数据；所述工业生产指标数据修改功能用于修改指标数据值；所述工业生产指标数据的查询功能用于对某一指标或多个指标的某一时段的历史数据的查询。3.根据权利要求1所述的基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统，其特征在于：所述残缺数据处理用于对生产指标中读入的缺少信息的残缺数据的处理以及未读入的某时段的数据的处理；所述对读入的缺少信息的残缺数据进行处理的方法为，在指标管理模块中进行手动添加和修改；所述对未读入数据进行处理的方法为，采用均值插补的方法，处理随机缺失的数据，估计出待插补的值，由于同一指标数据采样频率相同，所以采用该数据前后各若干个采样点的数据的平均值来填补该缺失点的数据；所述对重复数据进行处理的方法为，对于生产指标中出现的重复数据进行处理，提取出待可视化数据后，删除重复的数据；所述对偶然脉冲型数据进行处理的方法为，在生产指标数据中出现的偶然单次脉冲信号，通过先删除，再用均值插补的方法进行插补。4.根据权利要求1所述的基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统，其特征在于：所述指标查询模块包括针对某一个指标进行分析时的单维指标数据查询，以及针对某一个工序分析其输入指标与输出指标之间的关系时，对多维指标进行特征匹配时的多维指标数据查询。5.根据权利要求4所述的基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统，其特征在于：所述单维指标数据查询用于在生产过程中，操作人员在分析某一指标的某一段数据与历史数据的关系时，通过在指标曲线上刷选出待查询的时间序列，采用相似性算法将待查询的时间序列数据与历史数据进行特征匹配，在历史数据中提取出与待查询的时间序列数据相似的指标时间序列数据，显示给操作人员，便于操作人员分析数据，洞察数据之间的关系。6.根据权利要求4所述的基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统，其特征在于：所述多维指标查询用于当操作人员需要通过查询历史数据中的相似数据来分析输入指标数据对输出指标数据的影响时，选择工业生产指标中影响某工序的某一输出指标的多个输入指标的相似数据，对其进行分析；当该输出指标数据出现异常时，对影响该输出指标的多个输入指标进行相似性查询，分析指标的联系。7.根据权利要求1所述的基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统，其特征在于：所述指标曲线区域缩放具体为：操作人员通过在浏览器端滑动鼠标滚轮实现曲线在可视化显示区域的缩小和放大，便于观察指标趋势和指标细节数据；所述时间序列选取具体为：操作人员在浏览器端通过刷选或拖动方式手动选取一段待查询的指标时间序列趋势图；对于不同的指标、工序或不同的异常情况，能反映指标趋势情况的时间序列的长度有所不同，所以允许操作人员在刷选指标趋势时，根据实际情况选择待查询时间序列的长度。8.采用权利要求1所述的基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询系统进行查询的方法，包括以下步骤：步骤1、通过从数据库读取和手动输入数据的方式来获取工业生产过程的指标数据，并以报表的形式形成指标管理模块；并通过指标管理模块实现生产指标的添加、删除和修改；步骤2、采用模块对工业生产指标数据中的残缺数据、重复数据和偶然脉冲型数据进行处理；步骤3、通过指标可视化模块将工业生产指标的各采样点数据以曲线形式进行可视化显示；步骤4、使用者在浏览器端操作，从历史数据中选取待查询的时间段的指标数据；步骤5、将待查询时间段内的时间序列作为参考模板R，将该模板与历史数据匹配，提取出在相似度较高范围内的时间序列；当操作人员需要分析任一指标的任一段数据与历史数据的关系时，采用单维指标数据查询；当操作人员需要通过查询历史数据中的相似数据来分析输入指标对输出指标的影响时，采用多维指标查询；步骤6、查询匹配后，将提取出的工业生产指标的历史数据中与待查询时间序列相似的数据曲线显示，帮助用户分析数据间的关系，辅助决策；将提取出的多个相似数据按照相似度的强弱依次从大到小横向排列。9.根据权利要求8所述的基于相似性的生产指标变化趋势可视化查询方法，其特征在于：所述单维指标数据查询的具体方法为：S1、将用户通过浏览器端选取的待查询的时间序列作为参考模板R；S2、判断历史数据是否遍历完毕，若没有遍历完毕，则执行S3，若历史数据遍历完毕，则结束匹配，执行S7；S3、确定与参考模板进行匹配的测试模板T；读取在该参考模板之前半年的历史数据，从该段数据中选取与参考模板进行匹配的时间序列作为测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：许美蓉，于潇然，丁进良，徐泉，初延刚，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21