一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法和装置，包括以下步骤：获取石化仪表采样数据序列；根据所述石化仪表采样数据序列，得到滑窗约束函数和滑窗残差约束函数；根据窗约束函数和滑窗残差约束函数，得到仪表采样数据的滤波降噪结果。采用本发明专利技术技术方案，具有无需识别和剔除野值/斑点的滑窗约束容错滤波降噪的效果。约束容错滤波降噪的效果。约束容错滤波降噪的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法和装置


[0001]本专利技术属于石油化工仪表
，尤其涉及一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法和装置。

技术介绍

[0002]在石油化工生产过程中，无论是工况监测还是产品检测都离不开仪表采样数据，特别是温度、压力、流量、液位等仪表采样数据。为便于叙述，可以不失一般性地简记仪表在任意时刻的采样数据为,采样起始时刻，采样时间间隔,在石油化工的实际生产过程中，仪表采样数据通常为带随机误差的非平稳的时间序列，由于采样测量数据不仅含有随机误差，而且因为记录过程、环境突发因素和数据无线传输链路偶发事件干扰，难免发生误码或差错，使得采样数据含少量孤立野值或者局部野值斑点，如何避免野值/斑点不利影响和有效削弱或消除随机误差影响，尽可能精准地获取仪表采样对象实际变化，是一项有明确实际背景的技术问题，也是大规模实测数据处理领域的技术难题。
[0003]由于野值和斑点的存在，数据处理领域常规的滤波与降噪方法其效果会因为野值/斑点影响而变形甚至失真。已有大量的理论研究和应用实例证实，无论是Winner滤波、Kalman滤波、滤波还是常见的各种最优频域滤波器，通常是在特定模型假设定下依据相关统计准则推导或设计的，缺乏对模型扰动和野值/斑点的容错(Outlier
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Tolerance)能力，一旦环境改变或实际情况与数学模型存在偏差或数据序列中含有野值时，上述的各种最优滤波算法其性能、精度和可信度都会明显降低，甚至会出现算法崩溃。
[0004]常规的解决野值的方法是刀切（Jacknifing）或剔除,识别和诊断出野值点之后，直接从样本集合中切除野值点，这对基于独立同分布（iid）假定的样本统计是合适的。但是，对于生产过程采样数据而言，由于对象的非平稳性和时序相关性，不仅对野值的检测和诊断比iid情形困难，而且切除样本后的采样时间序列会由等间隔采样序列变为不等间隔的采样序列，部分数据分析和处理方法会不再适应，形成新的难点。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是，提供一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法和装置，具有无需识别和剔除野值/斑点的滑窗约束容错滤波降噪的效果。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术提供一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法，包括以下步骤：获取石化仪表采样数据序列；根据所述石化仪表采样数据序列，得到滑窗约束函数和滑窗残差约束函数；根据窗约束函数和滑窗残差约束函数，得到仪表采样数据的滤波降噪结果。
[0007]作为优选，所述滑窗约束函数为：
其中，为石化仪表采样数据序列在滑窗内片段的中值点，为石化仪表采样数据序列在滑窗内片段的下四分位点，为石化仪表采样数据序列在滑窗内片段的上四分位点。
[0008]作为优选，得到滑窗残差约束函数包括：根据滑窗约束函数，得到时刻窗口约束平滑估计和一次平滑滤波残差序列；根据滑窗约束函数和一次平滑滤波残差序列，得到滑窗残差约束函数。
[0009]作为优选，得到仪表采样数据的滤波降噪结果包括：根据滑窗残差约束函数，得到时刻的窗口约束残差平滑估计；根据时刻窗口约束平滑估计和时刻的窗口约束残差平滑估计，得到化工仪表采样数据的滤波降噪结果。
[0010]本专利技术还提供一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪装置，包括：获取模块，用于获取石化仪表采样数据序列；构造模块，用于根据所述石化仪表采样数据序列，得到滑窗约束函数和滑窗残差约束函数；计算模块，用于根据窗约束函数和滑窗残差约束函数，得到仪表采样数据的滤波降噪结果。
[0011]作为优选，所述滑窗约束函数为：其中，为石化仪表采样数据序列在滑窗内片段的中值特点，为石化仪表采样数据序列在滑窗内片段的下四分位点，为石化仪表采样数据序列在滑窗内片段的上四分位点。
[0012]作为优选，构造模块包括：第一计算单元，用于根据滑窗约束函数，得到时刻窗口约束平滑估计和一次平滑滤波残差序列；第二计算单元，用于根据滑窗约束函数和一次平滑滤波残差序列，得到滑窗残差约束函数。
[0013]作为优选，计算模块包括：第三计算单元，用于根据滑窗残差约束函数，得到时刻的窗口约束残差平滑估计；第四计算单元，用于根据时刻窗口约束平滑估计和时刻的窗口约束残差平滑估计，得到化工仪表采样数据的滤波降噪结果。
[0014]本专利技术以石化工业过程采样数据的滤波与信息获取实际需求为对象，提供一种无需识别和剔除野值/斑点的滑窗约束容错滤波降噪方法。本专利技术具有一定的普适性和卓越的容错能力，可适用于不同类型平稳或非平稳系统的等间隔采样数据滤波降噪；对采样数
据序列所含有的任何类型孤立野值和斑点长度不超过窗口宽度1/4的斑点，本专利技术方法都可以有效避免野值/斑点带来的不利影响，确保滤波过程可靠和滤波结果保真。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法的流程图；图2为原始采样数据及两种滤波降噪效果比较示意图，其中，图2中的2a为原始采样数据示意图，图2中的2b为滑动均值滤波降噪结果示意图，图2中的2c为本专利技术方法滤波降噪结果示意图；图3为带误码采样数据及两种滤波降噪效果比较示意图，其中，图3中的3a为带误码采样数据示意图,图3中的3b为滑动均值滤波降噪结果示意图，图3中的3c为本专利技术方法滤波降噪结果示意图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0018]实施例1：
[0019]本专利技术实施例提供一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法，包括以下步骤：获取石化仪表采样数据序列；根据所述石化仪表采样数据序列，得到滑窗约束函数和滑窗残差约束函数；根据窗约束函数和滑窗残差约束函数，得到仪表采样数据的滤波降噪结果。
[0020]作为本专利技术实施例的一种实施方式，对于石化仪表采集的等间隔采样数据序列，构造窗口宽度为的滑动时间窗口W，即时间窗口W内最多只有个采样点。为了便于数据处理，窗口宽度参数通常取为奇数，称为可调的窗口半径（缺省值）；其中，是时刻的仪表采样数据，是第个采样时刻，是仪表采样起始时间，是采样时间间隔，是采样数据点数。
[0021]当窗口W的中间位置为时，经过窗口W的采样恰包含有个样本点，形成采样数据序列片段。对该片段的采样数据进行大小排序，得到由小到大排序的片段，提取3个特征点，即：中值，下四分位点，上四分位点 (1)其中，是时刻的仪表采样数据，是第个采样时刻时刻，是采样数据序列片段中个样本数据按从小到大排序后的第个值，和分别是采样数据序列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：获取石化仪表采样数据序列；根据所述石化仪表采样数据序列，得到滑窗约束函数和滑窗残差约束函数；根据窗约束函数和滑窗残差约束函数，得到仪表采样数据的滤波降噪结果。2.如权利要求1所述的石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法，其特征在于，所述滑窗约束函数为：其中，为石化仪表采样数据序列在滑动窗口内片段的中值点，为石化仪表采样数据序列在滑动窗口内片段的下四分位点，为石化仪表采样数据序列在滑动窗口内片段的上四分位点。3.如权利要求2所述的石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法，其特征在于，得到滑窗残差约束函数包括：根据滑窗约束函数，得到时刻窗口约束平滑估计和一次平滑滤波残差序列；根据滑窗约束函数和一次平滑滤波残差序列，得到滑窗残差约束函数。4.如权利要求3所述的石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪方法，其特征在于，得到仪表采样数据的滤波降噪结果包括：根据滑窗残差约束函数，得到时刻的窗口约束残差平滑估计；根据时刻窗口约束平滑估计和时刻的窗口约束残差平滑估计，得到化工仪表采样数据的滤波降噪结果。5.一种石化仪表采样数据滑窗约束容错滤波降噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡绍林，辛一丹，张清华，文成林，刘美，秦春斌，柯烨，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：