对水的连续体中的异常的改进的检测和表征制造技术

本发明专利技术涉及一种用于检测并表征水连续体中的异常的设备。该设备被配置为基于位于水连续体中的传感器来接收物理量的测量。此后，将测量进行变换，并由异常检测器执行对异常的检测，该异常检测器利用由相同传感器产生的经变换的值进行训练。与检测并行地，预先定义的规则使得表征可能的异常成为可能。因此，可以特别地针对水连续体优化异常检测，同时利用预先定义的规则进行的表征允许设备在不需要特别地已经在该水连续体中检测到每个异常的情况下进行操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对水的连续体中的异常的改进的检测和表征
本专利技术涉及在水分配网络或自然空间中的水管理领域。更具体地，本专利技术涉及对影响水质的异常的检测。
技术介绍
水分配网络可能受到影响水质的若干异常的影响。例如，水可能由水回流或连接错误而有意或无意地引入的各种污染物污染、由规律地沉淀在管道中并突然恢复到悬浮的物质的颗粒污染、由与网络的组成材料的反应污染或在细菌再生长现象期间由细菌污染。为了防止可能由污染或更一般地由可能引起用户不适的水质下降(颜色、味道、气味等的改变)而引起的有害影响，应尽可能快且准确地检测并表征影响水质的任何事件。改变水的质量的问题也可能在系统、天然水道或水域(例如，湖泊、池塘或河流或天然水道和水域的集合)中发生。例如，这些系统可能受到意外污染或藻类异常生长的影响，从而显著地破坏这些系统的状态并阻止其使用(饮用水、沐浴水……)。在某些情况下，对这种异常的检测被证明是必不可少的，以便采取校正动作来校正异常。可以通过监视水中的物理参数的集合来检测水生系统中发生的各种异常。例如，诸如氯的浓度之类的参数的异常低的值或针对浊度的异常高的值可以使得检测异常成为可能。然而，由于多种原因，这种任务可能有时被证明是困难的。在一方面，对异常的检测要求部署传感器，以得到有关水的物理化学参数的精确信息。在另一方面，有时可能难以基于传感器测量来将由于网络的恰当操作所要求的各种水力操作而引起的水的物理参数的正常变化与表明异常的异常值区分开。特别地，每个系统的特定配置可以为该物理参数赋予特定的值。例如，取决于饮用水分配网络是位于设施或加氯点附近还是位于具有长停留时间的遥远区域，饮用水分配网络内的氯浓度可以显著不同。经处理的水的质量也可以根据全年可用的资源的各种类型以或多或少规律的方式变化。然后，能够检测是否遇到了未指定的混合物是必要的。为了提出对影响水分配网络的异常的更精确的检测，申请人已经提交了公开号为WO2016/012972的专利。专利WO2016/012972公开了一种用于检测分配网络中的异常的方法，该方法特别适合于饮用水分配网络，包括从分配网络上的一个或多个传感器获取测量，形成传感器测量的时间序列，从传感器测量提取操作特性，形成操作特性的向量，以及在向量与先前构造的向量显著不同时检测异常。该方法允许对水分配网络上的异常的精确且高效的检测，因为对异常的检测是通过将向量与由同一个水分配网络上的相同传感器产生的经变换的向量进行比较来执行的。这使得获得完全适合于所研究的水分配网络特性的检测成为可能。例如，在包括各种资源的水生系统中，通常将看到具有不同成分(导电性、温度、pH……)的水在消耗点处交替。在这样的系统中，如果出现与这些参数的常规组合显著不同的组合(其反映水的新混合物)，则可能会检测到异常。此外，对于各种类型的事件和测量，可以定义该方法的敏感度。然而，在完全展现异常的操作表征之前，该方法可能要求很长的训练时间。实际上，基于该方法对特定类型的异常的检测和标识将要求表示该异常的若干向量已经被构造并标记，并且因此该异常已经在该水生系统中反复发生。因此，这种方法直到足够长的持续时间(可能长达若干年)之后使得所寻求的所有异常已经在所研究的水生系统中反复发生才能完全高效地检测给定水生系统中的异常。因此，需要对水分配网络中的异常的检测，从而使得以精确的方式检测并表征影响水质的事件成为可能，该检测能够迅速地检测并表征在几乎没有历史数据的新的水生系统中所设想的异常的集合。
技术实现思路
为此，本专利技术描述了一种能够检测并表征水连续体中的异常的设备，包括：分别到水连续体中的至少一个物理量的至少一个传感器的至少一个通信链路；处理器，其被配置为：通过至少一个通信链路从至少一个传感器接收测量；生成测量的多个时间窗口；对于所述多个时间窗口中的每个时间窗口：获得通过在时间窗口期间的测量的至少一个变换所变换的值的集合；将异常检测器应用于经变换的值的集合以便检测时间窗口的正常状态或异常状态，基于由将至少一个变换应用于至少一个传感器的先前测量的时间窗口产生的经变换的值的集合，所述异常检测器被参数化；根据展现异常状态的时间窗口的数量来检测水连续体中的异常；对测量执行用于检测物理量中的至少一个的变化的预先定义的检测规则的集合；在水连续体中的异常被检测到时，如果物理量的子集的量中的至少一个的变化被检测到，则将与该子集的变化相关联的异常类型指派给该异常。这允许对水连续体中的异常的高效的检测。实际上，通过学习由相同水连续体中的相同传感器产生的测量来使检测器参数化。因此，基于考虑水连续体的独特性的测量来使异常检测器参数化，由此允许对异常情况的发生的优化的检测。一旦异常被检测到，就基于预先定义的规则来对异常分型。这使得一旦已经检测到异常就基于一般规则来标识异常是什么类型成为可能。因此，即使利用在至少一个传感器处的测量在水连续体中尚未检测到异常，这也使得标识该异常的类型成为可能。因此，即使在水连续体中尚未检测到异常，本专利技术的设备也使得同时获得基于水连续体特定的参数化对异常情况发生的精确检测以及获得基于对各种异常的影响的全局知识对异常的一般分型成为可能。有利地，在时间窗口期间的测量的变换中的一个是将测量变换为表示测量在时间窗口内的可变性的值。这使得检测由水连续体中的物理量的快速变化所表明的异常成为可能。例如，浊度的快速变化可以表示颗粒的移动。因此，将测量变换为表示浊度的测量在时间窗口内的可变性的值可以使得获得经变换的值成为可能，从而允许对这种类型的异常的检测。有利地，通过从时间窗口期间的每个测量减去至少包括所述时间窗口的滑动时间窗口期间的所述测量的中值来执行将测量变换为表示测量在时间窗口内的可变性的值。这使得避免在时间窗口期间的测量的缓慢变化(例如，以天为单位)成为可能。除了以可靠的方式提供表示时间窗口内的测量的可变性的经变换的值之外，该变换还展现了这样的优点：易于实现并且要求受限制的计算功率以便执行。有利地，变换仅保留与变化的预先定义的方向相对应的测量。这允许对由在给定方向上的测量的快速变化所表明的异常的更高效的检测。例如，颗粒的移动可以由浊度的快速增加来表明。因此，仅保留与浊度的增加相对应的测量可以使得以更确定的方式辨别该异常成为可能。有利地，在时间窗口期间的测量的变换中的一个包括在时间窗口期间的斜率测试(slopetest)。这使得检测受到物理量的缓慢趋势影响的异常成为可能。例如，在饮用水网络中，可能与氯浓度的缓慢降低耦合的细菌数量的缓慢增加可以表示细菌生长异常的出现的风险。警告操作人员关于这种类型的持续现象是有利的，使得对这些现象进行跟踪并可能对其进行校正。在自然水生系统中，叶绿素-a在数天内增加(这导致溶解氧首先增加并且然后逐渐减少)可以表示藻类生长现象的出现。这些异常冒着危害水生生物和系统的使用的风险，并且因此必须加以预见。在时间窗口期间的斜率测试有利地使得检测诸如此类的缓慢变化并因此检测可能的潜在异常成为可能。有利地，斜率测试是Mann-Kenda本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够检测并表征水连续体中的异常的设备(100、200)，包括：/n-分别到所述水连续体中的至少一个物理量的至少一个传感器(211、212)的至少一个通信链路(221、222)；/n-处理器(240)，其被配置为：/n-通过所述至少一个通信链路从所述至少一个传感器接收测量；/n-生成所述测量的多个时间窗口；/n-对于所述多个时间窗口中的每个时间窗口：/n-获得通过在所述时间窗口期间的所述测量的至少一个变换(242)所变换的值的集合；/n-将异常检测器(243)应用于经变换的值的集合以便检测所述时间窗口的正常状态或异常状态，基于由将所述至少一个变换应用于所述至少一个传感器的先前测量的时间窗口产生的经变换的值的集合，所述异常检测器被参数化；/n-根据展现异常状态的时间窗口的数量来检测(244)所述水连续体中的异常；/n-对所述测量执行(245)用于检测所述物理量中的至少一个的变化的预先定义的检测规则的集合；/n-在所述水连续体中的异常被检测到时，如果所述物理量的子集的量中的至少一个的变化被检测到，则将与所述子集的变化相关联的异常类型指派(246)给所述异常。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171227 FR 1763286;20170929 US 62/565,7221.一种能够检测并表征水连续体中的异常的设备(100、200)，包括：
-分别到所述水连续体中的至少一个物理量的至少一个传感器(211、212)的至少一个通信链路(221、222)；
-处理器(240)，其被配置为：
-通过所述至少一个通信链路从所述至少一个传感器接收测量；
-生成所述测量的多个时间窗口；
-对于所述多个时间窗口中的每个时间窗口：
-获得通过在所述时间窗口期间的所述测量的至少一个变换(242)所变换的值的集合；
-将异常检测器(243)应用于经变换的值的集合以便检测所述时间窗口的正常状态或异常状态，基于由将所述至少一个变换应用于所述至少一个传感器的先前测量的时间窗口产生的经变换的值的集合，所述异常检测器被参数化；
-根据展现异常状态的时间窗口的数量来检测(244)所述水连续体中的异常；
-对所述测量执行(245)用于检测所述物理量中的至少一个的变化的预先定义的检测规则的集合；
-在所述水连续体中的异常被检测到时，如果所述物理量的子集的量中的至少一个的变化被检测到，则将与所述子集的变化相关联的异常类型指派(246)给所述异常。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，在时间窗口期间的所述测量的所述变换中的一个是将所述测量变换为表示所述测量在所述时间窗口内的可变性的值。


3.根据权利要求2所述的设备，其中，通过从所述时间窗口期间的每个测量减去至少包括所述时间窗口的滑动时间窗口期间的所述测量的中值来执行将所述测量变换为表示所述测量在所述时间窗口内的所述可变性的值。


4.根据权利要求1-3中的一项所述的设备，其中，所述变换仅保留与变化的预先定义的方向相对应的测量。


5.根据权利要求1所述的设备，其中，在时间窗口期间的所述测量的所述变换中的一个包括在所述时间窗口期间的斜率测试。


6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器中的至少两个传感器是在所述水连续体的两个点处的同一个物理量的传感器，并且在时间窗口期间的所述测量的所述变换中的一个包括在所述两个传感器的所述测量之间的时间差异。


7.根据权利要求1-6中的一项所述的设备，其中，所述经变换的值的集合是向量，并且所述异常检测器是一类支持向量机。


8.根据权利要求1-7中的一项所述的设备，其中，通过在所述时间窗口期间的所述测量的至少两个变换来获得所述经变换的值的集合，并且所述异常检测器被配置为基于所述经变换的值的集合来确定所述时间窗口的正常状态或异常状态。


9.根据权利要求1-7中的一项所述的设备，其中，通过在所述时间窗口期间的所述测量的至少两个变换来获得所述经变换的值的集合，并且所述异常检测器被配置为：
-检测通过在所述时间窗口期间的所述测量的所述至少两个变换分别变换的值的至少两个子集的正常状态或异常状态；
-基于所述子集的所述正常状态或所述异常状态的组合来检测所述时间窗口的正常状态或异常状态。


10.根据权利要求1-9中的一项所述的设备，其中，所述处理器被配置为计算所述物理量的变化的强度，并且预先定义的表征规则的集合包括用于如果物理量在所述测量期间的所述变化的强度大于正常变化的阈值则检测到所述物理量的变化的预先定义的检测规则。


11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述处理器被配置为根据所述子集的...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·多康，G·屈松内奥，G·费伊，
申请(专利权)人：苏伊士集团，
类型：发明
国别省市：法国;FR