1.本发明涉及时序规则检测结果可视化方法，尤其是一种基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法。
背景技术：2.基于专家知识的故障检测方法作为实际工程中最为基础的故障检测方法，能够为设备的健康管理任务提供置信度高、解释性强的实时检测结果。作为基于专家知识的代表性故障检测方法之一，基于时序规则的故障检测方法由于规则书写规范清晰、表述形式简洁、涵盖故障类型丰富等优势，被广泛适用于航空、航天、船舶等领域。
3.然而，当前航空、航天、船舶等领域的设备规模日益庞大，连续运行时间逐渐提高，运行机理愈发复杂，需要检测的时序规则数目也因此不断膨胀。一方面，为描述复杂故障，时序规则可能涉及多参数的复杂逻辑，采用简单的故障判断作为时序规则的检测结果并不能展示时序规则内秉逻辑的全貌，不能支持专家等专业人员对故障的具体成因进行高效的深入分析。而另一方面，在实际工程中，专家等专业人员虽然可以逐批次实现大规模时序规则的制定和配置，但考虑到其有限的人力，一般并不能支撑后续设备运行阶段中长期时序规则检测结果的监视工作，因此需要补充非专业人员进行协助；而考虑到设备庞大的参数名称体系和复杂的故障判别逻辑，未参与规则制定和配置的非专业人员若仅依据简单的故障判断检测结果，一般很难理解时序规则推理过程中各步骤的具体含义。因此，在检测结果的显示结构中补充必要的解释性信息，从而实现非专业人员监视活动对实时故障机理分析的有效支持，对复杂系统故障检测具有非常重要的意义。。
4.基于上述专家时序规则检测任务的实际工程特征，针对时序规则内秉的树状推理逻辑，本课题提出一种基于树状推理的专家时序规则检测结果可视化方法，旨在提高非专业人员在时序规则检测结果监视任务中的理解力和能动性，为专家等专业人员的故障成因分析故障提供时序规则层面的完备材料，从而形成在实际工程中更为便捷实用的专家时序规则检测监视机制，更高效地保障中大型设备的平稳运行。
技术实现要素：5.本发明为解决实际工程应用过程中专家时序规则检测结果的信息展示不充分问题，提出一种基于树状推理的专家时序规则检测结果可视化方法。本方法可以为专家等专业人员即时重现各时刻时序规则检测结果的完整推理过程，为非专业人员对于时序规则的理解提供适量的解释性信息，从而实现在专业与非专业人员合作场景下、面向故障成因高效分析的时序规则检测结果可视化功能。
6.所述的基于树状推理的专家时序规则检测结果可视化方法主要面向涉及大规模复杂规则的中大型设备。具体而言，该方法通过改写专家时序规则推理逻辑，采用树状结构规范地保留时序规则推理各步骤的中间结果，从而基于树状结构实现时序规则推理过程的记录和随时显示，支持专业人员在非专业人员的协助下、根据规则具体推理过程对于故障
21.在该格式要求下则应转化为树状结构：
22.[
‘
》’,[
‘
max’,[
‘
+’,[
‘
para’,
‘
a’,2,1],[
‘
para’,
‘
b’,2,1],[
‘
para’,
‘
c’,5,0]],60,0],0.5]
[0023]
其中，最大值函词“max(数值表达式,秒/帧数,istime＝0)”表示表达式在指定秒数(若istime为1)/帧数(若istime为0)中的最大值，取值函词“para(参数名,秒/帧数,istime＝0)”表示遥测参数在指定秒数(若istime为1)/帧数(若istime为0)前最后一帧的值。该格式内，每个方括号内代表规则树状结构中的一棵子树，第一个元素代表该子树根节点所对应的函词，而后续的逻辑则分别代表子树根节点有序的各项输入，从而最终形成树状结构。满足该格式的树状结构规则会在规则实时检测和规则注释编辑两个阶段得到使用，有效提高后续阶段各具体操作的处理效率。
[0024]
所述的规则注释编辑阶段，将在规则初始配置阶段完成后与规则实时检测阶段同步存在，主要负责增强规则相关显示可解释性的后续配置事项。规则初始配置阶段在得到的树状结构后会初始化对应的注释结构，该结构为字典类型，键名对应节点按深度优先排序的节点序号，键值则为对应的字符串类型注释(初始化时，普通函词节点为空字符串，参数对象则为参数对应的中文名称和所属分系统，故障对象则为故障对应的故障名称和故障描述)。规则注释编辑阶段，用户进入规则对应的注释编辑页面后，所存储的注释结构会配合规则树状结构生成并显示如图2所示的树状可编辑对象，树的每个节点显示该节点树状结构的第一个元素(若是括号类型，则显示第一个元素对应的函词名称；否则，该结构本身则是时间、数值、参数名等元素，则直接显示该元素)；专家等专业人员在某节点上聚焦时，则显示现有的注释说明，右击则触发注释编辑弹窗以修改注释结构对应位置的字符串类型注释。在专家确定保存当前页面的规则注释配置后，现有页面所缓存的注释机构将迭代原有规则所存储的注释结构。该阶段所配置的注释结构，将在规则实时检测阶段的结果显示功能中用于补充面向非专业人员的注释说明。该过程中并不涉及对于规则树状结构的修改，因此能够独立于连续执行规则推理任务的规则实时检测进程，对基于专家时序规则的实时检测任务并不形成干扰。
[0025]
所述的规则实时检测阶段，对于具体的专家时序规则，则利用初始配置阶段形成的树状结构，进行迭代式地推理，即从规则根节点(即第一层括号)开始，深度优先地在遍历到的节点上调用其各子节点(即该括号输出位置的子树结构)所代表的规则子表达式逻辑，得到对应的量化故障程度指标和具体结果，再调用节点的函词推理得到该节点的量化故障程度指标和具体结果。其中，所述的量化故障程度指标衡量标准如下表所示：
[0026][0027][0028]
【注释】
[0029]
[1]连续时全称条件：给定时间(t秒)内的最近所有帧中，给定逻辑表达式(a)是否全部帧均满足。
[0030]
[2]部分帧存在条件：给定帧数(n帧)内的最近所有帧中，给定逻辑表达式(a)是否存在给定数目(m帧)的帧满足。
[0031]
[3]连续时存在条件：给定时间(t秒)内的最近所有帧中，给定逻辑表达式(a)是否有一帧满足。
[0032]
具体而言，所述的迭代式推理过程满足深度优先的树结构遍历过程，是一种树状推理过程。该树状推理过程中，各节点的树状推理结果将按照“[函词名,节点推理结果,节点故障分数,[函词输入1推理结果,函词输入2推理结果,...,函词输入n推理结果]]”的结构记录。其中，各函词输入推理结果均为该节点子节点所对应的树状推理结果。同时，除与
函词(and)外的大部分传统规则推理的短路原则在树状推理过程中仍然满足。例如，或函词在遍历到满足的输入条件后，则不再往后遍历推理之后的输入条件，而此时可以直接判定该节点推理结果为真，对应的故障程度指标也一定为1，并不依赖后续输入的故障程度指标；同理，前提触发条件在前提输入不满足或满足后不超过指定时间的情况下，可以直接判断该节点推理结果为假，对应的故障程度指标根据定义也与触发输入无关，因此可以短路触发输入条件的具体推理。而与函词的故障指标定义依赖于所有输入条件的故障程度指标，因此原有的短路逻辑不再适用于所述的迭代式推理过程。所短路的各节点将直接把节点推理结果标记为“||short-circuit||”，故障程度指标记为0，即短路节点的推理结果记录为“[函词名,“||short-circuit||”,0,[函词输入1,函词输入2,...,函词输入n]]”。其中，原本的函词输入推理结果位置在函词短路的情况下直接记录规则树状结构中对应的各输入结构。规则实时检测到的故障规则也会按照分系统进行统计，定时更新各分系统的实时故障规则数目。
[0033]
所述的规则实时检测阶段除上述的检测任务外，还有面向专业与非专业人员的检测结果显示任务。该任务一方面依赖检测任务实时存储的树状推理结果提供动态的参数故障状态，一方面调用规则注释编辑阶段所存储的注释结构而补充时序规则的相关解释性说明。检测结果显示页面将分为宏观图形化显示页面与具体规则结果显示页面。
[0034]
所述的宏观图形化显示页面中，专业与非专业人员能够观察到如图3所示的规则实时故障状态清单。其中，不同的规则会按照规则所对应的分系统进行分页，分系统上方角标中的数字则代表当前对应分系统处于故障状态的规则总数；在不同的分系统分页中，处于故障状态的规则与正常状态的规则，对应的规则图标将用不同的颜色或形状进行区分；规则具体的故障程度指标也将通过进度条的形式在规则图标上量化显示规则的故障程度；规则图标将绑定对应规则的结果显示页面。
[0035]
所述的具体规则结果显示页面中，规则将调用实时检测得到的树状推理结果生成树状结构，面向专业与非专业人员生成如图4所示的具体规则实时树状检测结果。其中，生成过程依然采用深度优先遍历，按照遍历顺序生成各节点的序号；各非叶子节点将分为函词名称和具体数值两个部分，各未被短路的逻辑节点将采用与数值节点不同的差异化形状或颜色绘制节点图表即节点与父节点的连线，以表示不同的故障程度；当遍历到短路节点(即节点检测结果为“||short-circuit||”)时，该节点与父节点的连接线将改为虚线类型，该节点下的子树结构也将被完全折叠；在某节点被聚焦时，则会显示注释编辑阶段在该节点上配置的解释性说明。在该显示规范下，故障规则层面的大致传播方式能够直观被专业与非专业人员所理解，更好地支持实际工程中对于故障成因形成快速的溯源分析。
技术特征：1.一种基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法，其特征为：所述的基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法，主要面向针对于涉及大规模复杂规则的中大型设备、涉及专业与非专业人员合作的实时故障检测场景，通过对于检测结果的可视化促进时序规则层面的故障成因高效分析。2.根据权利要求1，所述的基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法，其特征为：所述的面向时序异常检测模型的海量遥测参数关联划分方法，对于专家时序规则生命周期作出对应调整，包含涉及三个主要阶段，即传统模式中的规则初始配置和规则实时检测两个阶段、可视化树状推理模式特有的规则注释编辑阶段。3.根据权利要求2，所述的基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法，其特征为：针对于所述的规则初始配置阶段，专家时序规则通过深度优先变量转换成嵌套列表类型的树状规则结构。4.根据权利要求2，所述的基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法，其特征为：针对于所述的规则注释编辑阶段，专家通过注释编辑页面，能够在规则对应的可编辑树状对象上添加或修改各节点的解释性注释。5.根据权利要求2，所述的基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法，其特征为：针对于所述的规则实时检测阶段，该阶段主要包含实时更新检测结果的迭代式推理任务和面向工作人员的检测结果显示任务。所述的两个任务通过中间件定时更新并交换共享的信息、在执行逻辑上互不干扰。6.根据权利要求3，所述的基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法，其特征为：针对于所述规则实时检测阶段中的迭代式推理任务，该任务通过深度优先的树状推理逻辑实现，在推理各节点结果的同时量化衡量节点的故障程度，并仍通过嵌套列表类型生成最终的树状检测结果。7.根据权利要求3，所述的基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法，其特征为：针对于所述规则实时检测阶段中的检测结果显示任务，该任务通过反应各分系统实时故障数目的宏观图形化显示页面和展示规则实时树状检测结果的具体规则结果显示页面，实现与工作人员可理解性高的高效交互。
技术总结本发明公开一种基于树状推理的时序规则检测结果可视化方法，所述的时序规则检测结果可视化方法面向涉及大规模复杂规则的中大型设备及专业与非专业人员合作监视的工程应用场景，通过树状结构在专家时序规则全生命周期的嵌入，实现基于专家时序规则的实时故障检测过程的可视化。所述的专家时序规则检测结果可视化方法为专家等专业人员再现各时刻时序规则检测结果的完整推理过程，为非专业人员对于时序规则的理解补充适量的解释性信息，从而实现故障成因在时序规则层面的高效分析。现故障成因在时序规则层面的高效分析。现故障成因在时序规则层面的高效分析。
技术研发人员：于劲松 周金浛 梁思远 唐荻音 周倜 苗毅 陶来发
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
