一種數(shù)據(jù)采集儀器的實時信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集儀器的實時信號處理方法，屬于過濾異常數(shù)據(jù)處理方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)據(jù)采集儀器在不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，有效管理和利用這些采集數(shù)據(jù)，成為 一個非常有意義和挑戰(zhàn)的工作。數(shù)據(jù)采集儀采集到的數(shù)據(jù)通?？煽醋饕粋€時間上了連續(xù)的 離散數(shù)據(jù)序列，設(shè)備正常時，數(shù)據(jù)是平穩(wěn)的，但設(shè)備在受外界環(huán)境干擾時，其采集的數(shù)據(jù)存 在異常或失真。如何找到有效的算法削弱外界干擾因素、剔除異常點，保證數(shù)據(jù)的真實性是 一項有意義和挑戰(zhàn)的工作。同時，由于每個用戶對異常值的認定標準不同，目前的異常數(shù)據(jù) 處理技術(shù)還不能非常精確的滿足所有用戶的要求。因此，需要將算法參數(shù)化，從而可通過用 戶的判斷和反饋，對算法效果進行調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)據(jù)采集儀器的實時信號處理方 法； 對算法實現(xiàn)參數(shù)化，讓用戶可以使用可配置的界面參與異常數(shù)據(jù)的處理過程，通過用 戶和處理裝置進行交互和反饋，使得過濾結(jié)果更加適應(yīng)個性化要求。具體的，當(dāng)處理裝置向 用戶呈現(xiàn)處理結(jié)果后，用戶可以將處理前后的數(shù)據(jù)進行對比確定異常數(shù)據(jù)過濾的信息，并 把這些信息提交給處理裝置。處理裝置利用這些獲得的信息來提高過濾異常數(shù)據(jù)的質(zhì)量， 使得數(shù)據(jù)過濾的結(jié)果更加符合用戶的要求。這樣的過程就叫做反饋，并且可以重復(fù)進行直 到用戶滿意； 發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流（按時間順序）里面的異常數(shù)據(jù)、同時給出標識并處理異常數(shù)據(jù)。
[0004] 為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種數(shù)據(jù)采集儀器的實時信號處理方法，其特征在于該處理方法包括如下步驟： 由步驟1開始； 步驟2獲得待處理的單個數(shù)據(jù)data， 步驟3計算窗口的大小WindowSize,并和提供的配置信息WS進行比較； 步驟4在WindowSize〈 WS時候執(zhí)行具體的過程； 步驟5在WindowSize= WS時候執(zhí)行判斷窗口里面的R與默認值RintValue的關(guān)系； 步驟6在R=RintValue時執(zhí)行，計算窗口中校驗后數(shù)據(jù)的CV具體的過程； 步驟7比較CV與提供的配置信息K的大小； 在CV>=K時執(zhí)行步驟8的具體的過程； 步驟9在CV〈K時執(zhí)行，計算窗口中校驗后數(shù)據(jù)的R具體的過程； 步驟10計算data與當(dāng)前窗口中校驗后數(shù)據(jù)的距離大于R的個數(shù)Count ; 步驟11比較Count與提供的配置信息D的大小，在Count〈=D的時候執(zhí)行步驟8的具 體的過程； 步驟12在Count>D時執(zhí)行，替換data的值同時把對應(yīng)的異常值標識設(shè)置為false ; 步驟8執(zhí)行的具體的過程； 步驟13計算窗口中異常標識為false的個數(shù)Countl ; 步驟14比較Countl與提供的配置信息ReCalc的大小； 步驟15在CountDReCalc時執(zhí)行，計算窗口中原始數(shù)據(jù)的R具體的過程； 步驟16計算窗口中原始數(shù)據(jù)的CV具體的過程； 步驟17比較CV與提供的配置信息K的大小； 步驟18在CV〈K的時執(zhí)行具體的過程，一直到步驟19結(jié)束。
[0005] 所述步驟4在WindowSize〈 WS時候執(zhí)行具體的過程為填充窗口的流程： 步驟35開始； 步驟36判斷窗口是否存在； 步驟37窗口不存在是建立窗口； 步驟38直接把數(shù)據(jù){ }，其中Xftoo=data填充到窗口里面，這里有先后關(guān)系 的先填充的在前面； 到步驟39結(jié)束一次填充窗口的流程。
[0006] 所述步驟6在R=RintValue時執(zhí)行，計算窗口中校驗后數(shù)據(jù)的CV具體的過程或者 步驟16計算窗口中原始數(shù)據(jù)的CV具體的過程為計算窗口的變異系數(shù)流程： 步驟20為開始動作； 步驟21計算過窗口中對應(yīng)數(shù)據(jù)的均值U ; 步驟22計算計算過窗口中對應(yīng)數(shù)據(jù)的標準偏差Std ;步驟23比較U和0的大??； 步驟24在U不等于0時執(zhí)行，返回變異系數(shù)CV=Std/ IUI ; 步驟25在U=O時執(zhí)行，返回CV=Std ; 到步驟26計算CV的流程結(jié)束。
[0007] 所述在CV>=K時執(zhí)行步驟8的具體的過程為窗口滑動的流程： 步驟40為開始動作； 步驟41把數(shù)據(jù){ true }其中Xcfcta =Jdato =data填充到窗口中； 步驟42移除窗口中第一個數(shù)據(jù)，到步驟43結(jié)束一次窗口滑動的流程； 所述在Count〈=D的時候執(zhí)行步驟8的具體的過程為窗口滑動的流程： 步驟40為開始動作； 步驟 41 把數(shù)據(jù){ true }其中Xdflta =Jdfltil =data 填充到窗 口中； 步驟42移除窗口中第一個數(shù)據(jù)，到步驟43結(jié)束一次窗口滑動的流程。
[0008] 所述步驟8在步驟12之后執(zhí)行具體的過程為窗口滑動的流程： 步驟40為開始動作； 步驟41把數(shù)據(jù)false }其中填充到窗口 中； 步驟42移除窗口中第一個數(shù)據(jù)，到步驟43結(jié)束一次窗口滑動的流程。
[0009] 所述步驟9在CV〈K時執(zhí)行，計算窗口中校驗后數(shù)據(jù)的R具體的過程或者步驟15 在CountDReCal c時執(zhí)行，計算窗口中原始數(shù)據(jù)的R具體的過程為計算窗口的R流程： 步驟30為開始動作； 步驟31計算窗口中對應(yīng)數(shù)據(jù)的兩兩之間的距離，獲得距離集合Dlist ; 步驟32計算過Dlist的均值R，到步驟33計算R的流程結(jié)束。
[0010] 所述18在CV〈K的時執(zhí)行具體的過程為窗口重置的流程： 從步驟50開始； 步驟51把窗口中校驗后數(shù)據(jù)換成對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)； 步驟52把窗口中異常標識全部改為true,到步驟53結(jié)束窗口重置的流程。
[0011] 所述步驟10計算data與當(dāng)前窗口中校驗后數(shù)據(jù)的距離大于R的個數(shù)Count 的計算公式為：二Ixdata -I i = 〇,t,,.,WifidowStee - 1,假設(shè)窗口中現(xiàn)有的數(shù) 據(jù)為[Obpct0，Obfect1，····，]，這里 Obpctt-的格式為 {Iici ,}^ , true } 所述步驟12在Count>D時執(zhí)行，替換data的值計算公式為：Jdttia = 。
[0012] 注：步驟6和步驟16計算CV的數(shù)據(jù)源是不一樣的，這里以步驟6為例即數(shù)據(jù)源為 校驗后數(shù)據(jù) μ *4' iKdzwS1-Te - i 所述步驟21計算過窗口中對應(yīng)數(shù)據(jù)的均值的計算公式為:υ=?二yt。
[0013] 所述步驟22計算計算過窗口中對應(yīng)數(shù)據(jù)的標準偏差Std的計算公式為： s d= 。
[0014] 所述步驟31計算窗口中對應(yīng)數(shù)據(jù)的兩兩之間的距離，獲得距離集合Dlist的計算 公式為：DMrty=的-).)| 這里I: = O …PFindoivSize - 2,j = i +1 …,,,Wtedcm7Sfzg - 1, ? 為外循環(huán) j·為內(nèi)循環(huán)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明對算法實現(xiàn)參數(shù)化，讓用戶可以使用可配置的界面參與異常數(shù)據(jù)的處理過程， 通過用戶和處理裝置進行交互和反饋，使得過濾結(jié)果更加適應(yīng)個性化要求。具體的，當(dāng)處理 裝置向用戶呈現(xiàn)處理結(jié)果后，用戶可以將處理前后的數(shù)據(jù)進行對比確定異常數(shù)據(jù)過濾的信 息，并把這些信息提交給處理裝置。處理裝置利用這些獲得的信息來提高過濾異常數(shù)據(jù)的 質(zhì)量，使得數(shù)據(jù)過濾的結(jié)果更加符合用戶的要求。這樣的過程就叫做反饋，并且可以重復(fù)進 行直到用戶滿意；發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流（按時間順序）里面的異常數(shù)據(jù)、同時給出標識并處理異常數(shù) 據(jù)。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明過濾異常數(shù)據(jù)處理裝置工作流程圖； 圖2是本發(fā)明算法的處理流程圖； 圖3是本發(fā)明計算窗口的變異系數(shù)流程圖； 圖4是本發(fā)明計算窗口的R流程圖； 圖5是本發(fā)明填充窗口的流程圖； 圖6是本發(fā)明窗口滑動的流程圖； 圖7是本發(fā)明窗口重置的流程圖； 圖8是本發(fā)明窗口結(jié)構(gòu)的介紹圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖1~8對本發(fā)明進行詳細描述： 圖1所示過濾異常數(shù)據(jù)處理裝置工作流程圖。數(shù)據(jù)流(按時間到達的)就是需要進行異 常值過濾的數(shù)據(jù)的集合，過濾異常數(shù)據(jù)的配置界面提供本發(fā)明算法的參數(shù)信息： WS---窗口的大小（正整數(shù)）； K---判斷窗口中的數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定(非負數(shù)）； D-判斷數(shù)據(jù)是否需要過濾(整數(shù)）； ReCalc---判斷窗口中R值是否需要重新計算（整數(shù)）； 根據(jù)提供的參數(shù)信息，進行異常數(shù)據(jù)的過濾。如果用戶對過濾的結(jié)果滿意了，則過濾過 程結(jié)束，否則用戶根據(jù)輸出的結(jié)果重新提供參數(shù)信息，從而進入新一輪的反饋。
[0018] 圖2所示為本發(fā)明算法的處理流程圖。由步驟1開始，步驟2獲得待處理的單 個數(shù)據(jù)data，步驟3計算窗口的大小WindowSize (窗口中數(shù)據(jù)的個數(shù)），并和提供的配 置信息WS進行比較，步驟4在Wind〇WSize〈 WS時候執(zhí)行具體的過程見圖5的說明，步驟 5在WindowSize= WS時候執(zhí)行判斷窗口里面的R與默認值RintValue的關(guān)系，步驟6在 R=RintValue時執(zhí)行，計算窗口中校驗后數(shù)據(jù)的CV具體的過程見圖3的說明，步驟7比較 CV與提供的配置信息K的大小，步驟8在CV>=K時執(zhí)行具體的過程見圖6的說明，步驟9在 CV〈K時執(zhí)行，計算窗口中校驗后數(shù)據(jù)的R具體的過程見圖4的說明，步驟10計算data與 當(dāng)前窗口中校驗后數(shù)據(jù)的距離大于R的個數(shù)Count見公式（1)，步驟11比較Count與提供 的配置信息D的大小，步驟12在Count>D時執(zhí)行，替換data的值見公式（2)同時把對應(yīng)的 異常值標識設(shè)置為false,步驟13計算窗口中異常標識為false的個數(shù)Countl ,步驟14 比較Countl與提供的配置信息ReCalc的大小，步驟15在CountDReCalc時執(zhí)行，計算窗 口中原始數(shù)據(jù)的R具體的過程見圖4的說明，步驟16計算窗口中原始數(shù)據(jù)的CV具體的過 程見圖3的說明，步驟17比較CV與提供的配置信息K的大小，步驟18在CV〈K的時執(zhí)行具 體的過程見圖7的說明，一直到步驟19結(jié)束。
[0019] 圖3為計算窗口的變異系數(shù)流程圖。步驟20為開始動作，步驟21計算過窗口中 對應(yīng)數(shù)據(jù)的均值U見公式（3)，步驟22計算計算過窗口中對應(yīng)數(shù)據(jù)的標準偏差Std見公式 (4)，步驟23比較U和0的大小，步驟24在U不等于0時執(zhí)行，返回變異系數(shù)CV=Std/|U|， 步驟25在U=O時執(zhí)行，返回CV=Std,到步驟26計算CV的流程結(jié)束。
[0020] 圖4為計算窗口的R流程圖。步驟30為開始動作，步驟31計算窗口中對應(yīng)數(shù)據(jù) 的兩兩之間的距離，獲得距離集合Dlist見公式（5)，步驟32計算過Dlist的均值R，到步 驟33計算R的流程結(jié)束。
[0021] 圖5為填充窗口的流程圖。有步驟35開始，步驟36判斷窗口是否存在，步驟37 窗口不存在是建立窗口，步驟38直接把數(shù)據(jù)填充到窗口里面(這里有先后關(guān)系的先填充的 在前面)，到步驟39結(jié)束一次填充窗口的流程。
[0022] 圖6為窗口滑動的流程圖。步驟40為開始動作，步驟41把