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KR102547605B1 - Method for calculating dynamic threshold value - Google Patents

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KR102547605B1
KR102547605B1 KR1020220136636A KR20220136636A KR102547605B1 KR 102547605 B1 KR102547605 B1 KR 102547605B1 KR 1020220136636 A KR1020220136636 A KR 1020220136636A KR 20220136636 A KR20220136636 A KR 20220136636A KR 102547605 B1 KR102547605 B1 KR 102547605B1
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KR
South Korea
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threshold
calculating
dynamic
coefficient
Prior art date
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KR1020220136636A
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Korean (ko)
Inventor
조만영
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가온플랫폼 주식회사
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Abstract

Disclosed is a dynamic threshold calculation method for each data section in which the n^th dynamic threshold is calculated using the n^th data, and the current threshold is set by comparing the past average threshold with the n^th dynamic threshold. It is possible to minimize the probability of non-detection of abnormal conditions of the driving target.

Description

데이터 구간별 동적 임계값 연산 방법{METHOD FOR CALCULATING DYNAMIC THRESHOLD VALUE}Dynamic threshold calculation method for each data section {METHOD FOR CALCULATING DYNAMIC THRESHOLD VALUE}

본 발명은 데이터 구간별로 동적 임계값을 연산하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실시간으로 데이터를 입력받고, 데이터 구간별로 변하는 동적 임계값을 연산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating a dynamic threshold for each data section, and more particularly, to a method for receiving data in real time and calculating a dynamic threshold that changes for each data section.

종래에는 플랜트 등 산업설비에 다양한 설비가 존재하고, 설비 구동에 따른 운전데이터를 생성하며, 운전데이터를 분석하여 산업설비에 이상이 있는지 판별하였고, 이상이 있으면 조기 경보를 발생하였다.Conventionally, various facilities exist in industrial facilities such as plants, operation data is generated according to the operation of the facilities, and operation data is analyzed to determine whether there is an abnormality in the industrial facilities, and an early warning is generated if there is an abnormality.

예를 들어 특허문헌 1 또는 특허문헌 2와 같이 운전데이터의 실측값과 기대값(또는 예측값)을 이용하여 산업설비에 이상이 있는지 경보를 발생할 수 있다.For example, as in Patent Document 1 or Patent Document 2, it is possible to generate an alarm whether there is an abnormality in an industrial facility by using the actual measured value and expected value (or predicted value) of operation data.

특허문헌 1은 실측값과 예측값을 이용하여 태그인덱스를 결정하고, 태그인덱스를 지수화하여 경보를 지정하는 방식이다. 특허문헌 2는 실측값이나 잔차와 설정값(또는 임계값)을 비교하고, 설정값의 범위에 벗어나는 횟수에 대응하여 알람의 규칙을 설정하는 방식이다.Patent Literature 1 is a method of determining a tag index using an actual measured value and a predicted value, and specifying an alarm by indexing the tag index. Patent Literature 2 is a method of comparing an actual value or residual with a set value (or threshold) and setting an alarm rule corresponding to the number of times out of the range of the set value.

그러나 종래에는 특허문헌 1 또는 특헌문헌 2의 방식을 활용하면 유효하지 않은 조기경보가 너무 발생하는 문제점이 있다.However, conventionally, when the method of Patent Document 1 or Patent Document 2 is used, there is a problem in that invalid early warning occurs too much.

한국공개특허 제10-2013-0042523호Korean Patent Publication No. 10-2013-0042523 한국공개특허 제10-2017-0125237호Korean Patent Publication No. 10-2017-0125237

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 n번째 데이터를 이용하여 n번째 동적 임계값을 연산하고, 과거 평균 임계값과 n번째 동적 임계값을 비교하여 현재 임계값을 설정하는 데이터 구간별 동적 임계값 연산 방법을 제공한다.In order to solve the above problem, the present invention calculates the n-th dynamic threshold using the n-th data, compares the past average threshold and the n-th dynamic threshold to set the current threshold, and calculates the dynamic threshold for each data section. provides a way

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명의 실시예에 따른 데이터 구간별 동적 임계값 연산 방법은, n번째 데이터를 이용하여 n번째 동적 임계값을 연산하는 단계; 첫번째부터 n-1번째의 동적 임계값의 평균을 연산하여 과거 평균 임계값을 생성하는 단계; 상기 과거 평균 임계값과 n번째 동적 임계값을 비교하여 임계값의 보정이 필요한지 판별하는 단계; 상기 임계값 보정이 불필요로 판별되면 n번째 동적 임계값을 현재 임계값으로 설정하고, 임계값 보정이 필요로 판별되면 과거 평균 임계값과 n번째 동적 임계값이 함께 적용된 보정 임계값을 현재 임계값으로 설정하는 단계 및 n+1번째 데이터를 이용하여 n+1번째 동적 임계값을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for calculating a dynamic threshold value for each data section according to an embodiment of the present invention for the above object to be solved includes calculating an n-th dynamic threshold value using n-th data; generating a past average threshold by calculating an average of the first through n-1th dynamic thresholds; comparing the past average threshold with an n-th dynamic threshold to determine whether a threshold needs to be corrected; If it is determined that the threshold correction is unnecessary, the n-th dynamic threshold is set as the current threshold, and if it is determined that the threshold correction is necessary, the correction threshold to which the past average threshold and the n-th dynamic threshold are applied is set as the current threshold. and calculating an n+1th dynamic threshold using the n+1th data.

상기 n번째 동적 임계값을 연산하는 단계는, 상기 n번째 데이터를 이용하여 실측값과 기대값 간의 잔차를 연산하는 단계; 상기 잔차의 평균과 편차를 연산하는 단계; 계수의 첫번째인 초기값과 j번째인 최대값을 설정하는 단계; 상기 잔차의 평균과 편차 및 계수의 초기값으로 연산되는 초기 임계값을 설정하는 단계; 상기 초기 임계값보다 작거나 큰 값들에 대한 잔차의 평균과 편차를 이용하여 계수의 초기값에 대한 스코어를 연산하는 단계; 상기 계수의 최대값까지 스코어를 연산하고, 복수의 스코어 중에서 최대값을 갖는 스코어에 대응하는 계수를 최적의 계수로 선정하는 단계 및 상기 최적의 계수를 이용하여 n번째 동적 임계값을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The calculating of the n-th dynamic threshold may include: calculating a residual between an actual value and an expected value using the n-th data; calculating an average and a deviation of the residuals; setting the first initial value and the j-th maximum value of the coefficient; setting an initial threshold calculated as an initial value of the mean, deviation, and coefficient of the residual; calculating a score for an initial value of a coefficient using an average and a deviation of residuals for values smaller or larger than the initial threshold value; Calculating scores up to the maximum value of the coefficients, selecting a coefficient corresponding to the score having the maximum value among a plurality of scores as an optimal coefficient, and setting an n-th dynamic threshold using the optimal coefficient. It can be characterized by including.

상기 현재 임계값을 설정하는 단계는, 상기 과거 평균 임계값과 대비하여 n번째 동적 임계값이 보정 조건값을 초과하면 임계값의 보정으로 판별하는 단계 및 상기 임계값의 보정으로 판별되면 과거 평균 임계값에 보정 조건값을 적용한 제1 값을 연산하고, n번째 동적 임계값에 보정 대비값을 적용한 제2 값을 연산하며, 제1 값과 제2 값을 합산하여 현재 임계값으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The setting of the current threshold may include determining that the n-th dynamic threshold exceeds a correction condition value in comparison with the past average threshold value as correction of the threshold value, and determining the correction of the threshold value as the past average threshold value. calculating a first value obtained by applying a correction condition value to a value, calculating a second value obtained by applying a correction contrast value to an n-th dynamic threshold value, and setting the sum of the first value and the second value to a current threshold value; It can be characterized by including.

본 발명은 데이터 구간별로 변하는 동적 임계값을 제공함으로써, 운전대상의 비정상 상태에 대한 미탐확율을 최소화할 수 있고, 유효하지 않은 조기경보의 횟수를 감소시킬 수 있다.The present invention can minimize the non-detection rate for an abnormal state of a driving target and reduce the number of invalid early warnings by providing a dynamic threshold value that varies for each data section.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동적 임계값을 이용한 경보 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 구간별 동적 임계값 연산 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 2의 n번째 동적 임계값을 연산하는 방법을 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 2의 임계값의 보정 방법을 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 5는 최적의 동적 임계값을 연산하는 방법을 도시한 예이다.
도 6은 임계값 보정 조건을 도시한 예이다.
도 7은 잔차에 따라 변동되는 임계값을 도시한 예이다.
도 8은 데이터 구간별로 최적의 임계값을 설정하는 예이다.
도 9는 동적 임계값 연산 방법으로 계산된 임계값에 보정을 수행한 결과를 도시한 예이다.
1 is a block diagram illustrating an alerting device using a dynamic threshold according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a dynamic threshold calculation method for each data section according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating in detail a method for calculating the n-th dynamic threshold of FIG. 2 .
FIG. 4 is a flowchart illustrating in detail the threshold correction method of FIG. 2 .
5 is an example illustrating a method for calculating an optimal dynamic threshold.
6 is an example illustrating threshold correction conditions.
7 is an example of a threshold that varies according to a residual.
8 is an example of setting an optimal threshold for each data section.
9 is an example of a result of performing correction on a threshold value calculated by a dynamic threshold calculation method.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

운전데이터에 대한 실시간 기대값 계산을 기반으로 이상 상태 탐지 시 주로 사용되는 임계값(threshold) 기반의 경보 발생 기능은 각 신호(Tag)별로 설정한 임계값에 따라 경보 발생 여부가 결정된다. 즉, 경보를 발생시키는 기준인 임계값을 적정수준 이하로 설정하면 오경보가 발생하거나, 적정수준 이상으로 설정하면 이상상태를 탐지하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.Based on the real-time expected value calculation for operation data, the threshold-based alarm function, which is mainly used when detecting anomalies, determines whether an alarm is generated according to the threshold set for each tag. That is, if the threshold value, which is a criterion for generating an alarm, is set below an appropriate level, a false alarm may occur, or if it is set above an appropriate level, an abnormal state may not be detected.

또한 기존 이상구간의 탐지는 임계값을 기준으로 하는데, 만약 오차가 설정한 임계값에 도달하지 않을 경우 미탐 문제가 발생하여 문제 상황을 인지하지 못할 수 있다.In addition, detection of the existing abnormal section is based on a threshold value, and if the error does not reach the set threshold value, an undetected problem may occur and the problem situation may not be recognized.

따라서 종래에는 적정 수준의 임계값을 설정하는 것이 매우 중요하나 임계값의 설정 후 다른 신호 또는 외부 환경 등에 따라 계산되는 기대값이 다를 수 있고, 설정한 임계값에 도달하지 않을 경우 미탐 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명은 데이터 구간별로 동적으로 변하는 임계값을 연산하는 방법을 제공하고자 한다.Therefore, conventionally, it is very important to set an appropriate threshold value, but after setting the threshold value, the calculated expected value may be different depending on other signals or external environments, and if the set threshold value is not reached, an undetected problem may occur. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for calculating a dynamically changing threshold value for each data interval.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동적 임계값을 이용한 경보 장치를 도시한 블록도로서, 경보 장치(10)는 동적 임계값을 이용하여 경보를 발생할 수 있다. 경보 장치(10)는 수집부(110), 판별부(120) 및 경보부(130)로 구성된다.1 is a block diagram illustrating an alerting device using a dynamic threshold according to an embodiment of the present invention, and the alerting device 10 may generate an alert using a dynamic threshold. The alarm device 10 is composed of a collection unit 110, a determination unit 120 and an alarm unit 130.

수집부(110)는 운전대상의 운전데이터를 수집한다. 운전대상은 플랜트 또는 산업설비에 구비된 다양한 설비일 수 있고, 설비를 감시하는 센서일 수 있다. 운전데이터는 설비 또는 센서의 구동과 관련된 데이터일 수 있고, 설비 또는 센서의 구동에 따른 결과와 관련된 데이터일 수 있다.The collection unit 110 collects driving data of a driving subject. An operation target may be various facilities provided in a plant or industrial facility, and may be a sensor that monitors the facility. The operation data may be data related to driving of facilities or sensors, or data related to results of driving of facilities or sensors.

판별부(120)는 운전데이터를 분석하여 운전대상이 정상 또는 비정상 상태인지 판별하고, 경보부(130)는 비정상 상태이면 조기 경보를 발생한다. 경보를 출력하는 방식은 소리, 빛 또는 데이터 전송 등 종래의 다양한 방식을 채용할 수 있다.The determining unit 120 analyzes the driving data to determine whether the driving target is in a normal or abnormal state, and the warning unit 130 generates an early warning if the driving target is in an abnormal state. As a method of outputting an alarm, various conventional methods such as sound, light, or data transmission may be employed.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 구간별 동적 임계값 연산 방법을 도시한 흐름도로서, 판별부(120)는 n번째 데이터를 이용하여 n번째 동적 임계값을 연산하고, 과거 평균 임계값과 n번째 동적 임계값을 비교하여 현재 임계값을 설정한다.2 is a flowchart illustrating a dynamic threshold calculation method for each data section according to an embodiment of the present invention, in which the determination unit 120 calculates an n-th dynamic threshold using n-th data, The current threshold is set by comparing the nth dynamic threshold.

도 3은 도 2의 n번째 동적 임계값을 연산하는 방법을 상세하게 도시한 흐름도로서, 판별부(120)는 n번째 데이터를 이용하여 실측값과 기대값 간의 잔차를 연산한다. 판별부(120)는 특허문헌 1 또는 특허문헌 2와 같은 방식으로 잔차를 연산할 수 있다.FIG. 3 is a flowchart illustrating in detail a method of calculating the n-th dynamic threshold of FIG. 2 . The determination unit 120 calculates a residual between an actual value and an expected value using the n-th data. The determination unit 120 may calculate the residual in the same manner as in Patent Document 1 or Patent Document 2.

판별부(120)는 잔차의 평균과 편차를 연산하고, 계수의 첫번째인 초기값과 j번째인 최대값을 설정한다. 계수는 잔차의 편차라는 변수에 곱해지는 인자이고, 잔차의 평균과 편차는 임계값의 연산에 필요한 값이다.The determination unit 120 calculates the mean and deviation of the residuals, and sets the first initial value and the j-th maximum value of the coefficients. The coefficient is a factor that is multiplied by a variable called residual variance, and the mean and variance of residuals are values required for calculating the threshold value.

판별부(120)는 잔차의 평균과 편차 및 계수의 초기값으로 연산되는 초기 임계값을 설정하고, 초기 임계값보다 작거나 큰 값들에 대한 잔차의 평균과 편차를 이용하여 계수의 초기값에 대한 스코어(score)를 연산한다. 판별부(120)는 계수의 최대값까지 스코어를 연산하고, 복수의 스코어 중에서 최대값을 갖는 스코어에 대응하는 계수를 최적의 계수로 선정하며, 최적의 계수를 이용하여 n번째 동적 임계값을 설정한다. 스코어는 최적의 계수를 찾기 위한 값이다.The determination unit 120 sets an initial threshold value calculated as the mean and deviation of the residuals and the initial values of the coefficients, and uses the mean and deviation of the residuals for values smaller or greater than the initial threshold value to determine the initial values of the coefficients. Calculate the score. The determination unit 120 calculates the score up to the maximum value of the coefficient, selects the coefficient corresponding to the score having the maximum value among the plurality of scores as the optimal coefficient, and sets the n-th dynamic threshold using the optimal coefficient. do. The score is a value for finding the optimal coefficient.

다시 도 1을 참조하면 판별부(120)는 첫번째부터 n-1번째의 동적 임계값의 평균을 연산하여 과거 평균 임계값을 생성하고, 과거 평균 임계값과 n번째 동적 임계값을 비교하여 임계값의 보정이 필요한지 판별한다.Referring to FIG. 1 again, the determination unit 120 generates a past average threshold by calculating the average of the first to n-1th dynamic thresholds, and compares the past average threshold with the n-th dynamic threshold to determine the threshold value. determine if correction is necessary.

판별부(120)는 임계값 보정이 불필요로 판별되면 n번째 동적 임계값을 현재 임계값으로 설정하고, 임계값 보정이 필요로 판별되면 과거 평균 임계값과 n번째 동적 임계값이 함께 적용된 보정 임계값을 현재 임계값으로 설정한다.The determining unit 120 sets the n-th dynamic threshold as the current threshold when it is determined that threshold correction is unnecessary, and when it is determined that threshold correction is necessary, the past average threshold and the n-th dynamic threshold are applied together. Set the value to the current threshold.

판별부(120)는 현재 임계값을 이용하여 운전대상이 정상 또는 비정상 상태인지 판별할 수 있고, 경보부(130)는 비정상 상태로 판별되면 경보를 발생할 수 있다.The determination unit 120 may determine whether the driving target is in a normal or abnormal state using the current threshold value, and the alarm unit 130 may generate an alarm when it is determined to be in an abnormal state.

판별부(120)는 수집부(110)로부터 n+1번째 데이터를 전달받으면 이전에 했던 동일한 방식으로 n+1번째 동적 임계값을 연산한다.When the determination unit 120 receives the n+1th data from the collection unit 110, it calculates the n+1th dynamic threshold in the same manner as before.

도 4는 도 2의 임계값의 보정 방법을 상세하게 도시한 흐름도로서, 판별부(120)는 과거 평균 임계값과 대비하여 n번째 동적 임계값이 보정 조건값을 초과하면 임계값의 보정으로 판별한다.FIG. 4 is a flowchart showing the method of correcting the threshold value of FIG. 2 in detail. The determination unit 120 determines that the threshold value is corrected when the n-th dynamic threshold value exceeds the correction condition value in comparison with the past average threshold value. do.

판별부(120)는 임계값의 보정으로 판별되면 과거 평균 임계값에 보정 조건값을 적용한 제1 값을 연산하고, n번째 동적 임계값에 보정 대비값을 적용한 제2 값을 연산하며, 제1 값과 제2 값을 합산하여 현재 임계값으로 설정한다. 이하 도 5 내지 도 9를 참조하여 동적 임계값을 연산하는 과정과 적용하는 예를 상세히 설명하기로 한다.If it is determined that the threshold value is corrected, the determination unit 120 calculates a first value obtained by applying the correction condition value to the past average threshold value, and calculates a second value obtained by applying the corrected contrast value to the n-th dynamic threshold value. value and the second value are summed and set as the current threshold. Hereinafter, a process of calculating a dynamic threshold and an example of application thereof will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 9 .

도 5는 최적의 동적 임계값을 연산하는 방법을 도시한 예로서, 판별부(120)는 잔차를 연산한 이후, 잔차의 노이즈를 제거하기 위한 스무딩(smoothing) 과정을 수행할 수 있다. 스무딩 등 데이터의 평활이 적용된 잔차는

Figure 112022111422155-pat00001
로 나타낼 수 있다. 시계열 데이터는 갑작스러운 요인 변화로 샤프 스파이크(sharp spike) 현상이 발생할 수 있으므로, 스무딩 과정은 필요하다.FIG. 5 is an example of a method for calculating an optimal dynamic threshold. After calculating the residual, the determination unit 120 may perform a smoothing process to remove noise of the residual. Residuals after data smoothing, such as smoothing, are applied.
Figure 112022111422155-pat00001
can be expressed as Time-series data requires a smoothing process because sharp spikes can occur due to sudden factor changes.

임계값은

Figure 112022111422155-pat00002
로 나타낼 수 있다. 여기서
Figure 112022111422155-pat00003
는 잔차의 평균이고, z는 계수이며,
Figure 112022111422155-pat00004
는 잔차의 편차이다.threshold is
Figure 112022111422155-pat00002
can be expressed as here
Figure 112022111422155-pat00003
is the mean of the residuals, z is the coefficient,
Figure 112022111422155-pat00004
is the variance of the residuals.

판별부(120)는 계수의 첫번째인 초기값과 j번째인 최대값을 설정한다. 도 5에서 계수의 초기값은 2이고, 최대값은 12.5이다. 최적의 z를 찾기 위해 루프 내에서 z를 변화시키며 스코어가 최대인 지점을 찾는다. z가 무한히 커지면 루프 실행 시간이 길어지고, 임계값 또한 매우 크게 계산되므로, z는 2~12.5로 임의로 제한을 두었고 0.5씩 증가하도록 하였다.The determination unit 120 sets the first initial value and the j-th maximum value of the coefficient. 5, the initial value of the coefficient is 2, and the maximum value is 12.5. In order to find the optimal z, we change z in the loop and find the point where the score is maximum. When z becomes infinitely large, the loop execution time increases and the threshold value is also calculated very large, so z is arbitrarily limited to 2 to 12.5 and increased by 0.5.

본 발명은 입력되었던 잔차

Figure 112022111422155-pat00005
의 평균, 편차 대비 임계치를 초과하는 잔차를 제외한 값들의 평균과 편차가 가장 크게 줄어들 때를 최고 스코어로 한다. 그리고 최고 스코어가 계산된 순간의 z를 최적 값으로 한다. 잔차에 데이터 평활(smoothing)을 적용한 값
Figure 112022111422155-pat00006
를 계산에 활용한다.
Figure 112022111422155-pat00007
Figure 112022111422155-pat00008
,
Figure 112022111422155-pat00009
Figure 112022111422155-pat00010
의 감소율이 커지고, 임계값보다 큰 오차
Figure 112022111422155-pat00011
,
Figure 112022111422155-pat00012
의 배열이 짧은 지점을 찾기 위한 과정을 수행하며, 이를 수식으로 나타내면 아래와 같다.The present invention is the input residual
Figure 112022111422155-pat00005
The highest score is when the mean and deviation of values excluding residuals exceeding the threshold are reduced the most compared to the mean and deviation of . Then, z at the moment when the highest score is calculated is set as an optimal value. Data smoothing applied to residuals
Figure 112022111422155-pat00006
is used in the calculation.
Figure 112022111422155-pat00007
and
Figure 112022111422155-pat00008
,
Figure 112022111422155-pat00009
and
Figure 112022111422155-pat00010
The decrease rate of is larger, and the error is greater than the critical value.
Figure 112022111422155-pat00011
,
Figure 112022111422155-pat00012
The process of finding a point where the array of is short is performed, and this is expressed as a formula as follows.

Figure 112022111422155-pat00013
Figure 112022111422155-pat00013

여기서

Figure 112022111422155-pat00014
는 임계값이고,
Figure 112022111422155-pat00015
Figure 112022111422155-pat00016
의 평균이며,
Figure 112022111422155-pat00017
Figure 112022111422155-pat00018
중 임계값보다 작은 값들의 평균이고,
Figure 112022111422155-pat00019
Figure 112022111422155-pat00020
의 편차이며,
Figure 112022111422155-pat00021
Figure 112022111422155-pat00022
중 임계값보다 작은 값들의 편차이고,
Figure 112022111422155-pat00023
Figure 112022111422155-pat00024
중 임계값보다 큰 값들이며,
Figure 112022111422155-pat00025
Figure 112022111422155-pat00026
의 index 위치 앞과 뒤 n개를 포함하는 시퀀스(sequence) 배열이다.here
Figure 112022111422155-pat00014
is the threshold value,
Figure 112022111422155-pat00015
Is
Figure 112022111422155-pat00016
is the average of
Figure 112022111422155-pat00017
Is
Figure 112022111422155-pat00018
is the average of the values less than the critical value,
Figure 112022111422155-pat00019
Is
Figure 112022111422155-pat00020
is the deviation of
Figure 112022111422155-pat00021
Is
Figure 112022111422155-pat00022
is the deviation of values smaller than the critical value,
Figure 112022111422155-pat00023
Is
Figure 112022111422155-pat00024
are values greater than the critical value,
Figure 112022111422155-pat00025
Is
Figure 112022111422155-pat00026
It is a sequence array containing n before and after the index position of .

판별부(120)는 계수의 최대값까지 스코어를 연산하고, 복수의 스코어 중에서 최대값을 갖는 스코어에 대응하는 계수를 최적의 계수로 선정하며, 최적의 계수를 이용하여 n번째 동적 임계값을 설정한다.The determination unit 120 calculates the score up to the maximum value of the coefficient, selects the coefficient corresponding to the score having the maximum value among the plurality of scores as the optimal coefficient, and sets the n-th dynamic threshold using the optimal coefficient. do.

도 6은 임계값 보정 조건을 도시한 예로서, 판별부(120)는 과거 평균 임계값과 대비하여 n번째 동적 임계값이 보정 조건값을 초과하면 임계값의 보정으로 판별한다. FIG. 6 is an example of a threshold correction condition, and the determining unit 120 determines that the threshold value is corrected when the n-th dynamic threshold value exceeds the correction condition value in comparison with the past average threshold value.

판별부(120)는 임계값의 보정으로 판별되면 과거 평균 임계값에 보정 조건값을 적용한 제1 값을 연산하고, n번째 동적 임계값에 보정 대비값을 적용한 제2 값을 연산하며, 제1 값과 제2 값을 합산하여 현재 임계값으로 설정한다.If it is determined that the threshold value is corrected, the determination unit 120 calculates a first value obtained by applying the correction condition value to the past average threshold value, and calculates a second value obtained by applying the corrected contrast value to the n-th dynamic threshold value. value and the second value are summed and set as the current threshold.

도 6에서 보정 조건값은 0.7이고, 보정 대비값은 0.3이다. 보정 조건값과 보정 대비값을 합치면 1이 되도록 할 수 있다. 보정 조건값과 보정 대비값은 시스템에 상황에 따라 당업자가 다양하게 설정할 수 있다.In FIG. 6 , the correction condition value is 0.7 and the correction contrast value is 0.3. The sum of the correction condition value and the correction contrast value can be 1. The correction condition value and the correction contrast value may be variously set by a person skilled in the art according to the situation of the system.

도 7은 잔차에 따라 변동되는 임계값을 도시한 예로서, 잔차의 변화에 따라 임계값은 계속 증가하거나 감소될 수 있다. 그러나 임계값이 계속 증가한다면 이상구간을 올바르게 탐지할 수 없다.FIG. 7 is an example of a threshold value that varies according to the residual, and the threshold value may continue to increase or decrease according to the change in the residual. However, if the threshold value continues to increase, the anomaly section cannot be detected correctly.

본 발명은 동적 임계값의 특성상 감시하는 구간내 값이 임계값에 영향을 주기 때문에, 필요하면 임계값의 보정 과정을 수행하는 것이다.According to the present invention, since the value within the interval to be monitored affects the threshold value due to the nature of the dynamic threshold value, the threshold value correction process is performed if necessary.

도 8은 데이터 구간별로 최적의 임계값을 설정하는 예를 도시한 그래프로서, 본 발명은 데이터 구간별로 변하는 동적 임계값을 제공함으로써, 운전대상의 비정상 상태에 대한 미탐확율을 최소화할 수 있고, 유효하지 않은 조기경보의 횟수를 감소시킬 수 있다.8 is a graph showing an example of setting an optimal threshold for each data section. The present invention provides a dynamic threshold that changes for each data section, thereby minimizing the non-detection rate for an abnormal state of a driving target, and effective It can reduce the number of early warnings that do not go unnoticed.

도 9는 동적 임계값 연산 방법으로 계산된 임계값에 보정을 수행한 결과를 도시한 예로서, 본 발명은 실시간으로 최적 z값을 찾고 입력되는 잔차를 반영해 계산된 평균과 편차로 임계값을 계산한다. 만약 계산된 임계값이 과거 임계값들의 평균 대비 0.7보다 크게 증가한 경우 보정 작업으로 처리를 해준다. 임계값은 계속적으로 동적(dynamic)으로 변화하며 이를 통해 이상 구간을 탐지할 수 있다.9 is an example of the result of correcting the threshold value calculated by the dynamic threshold value calculation method. Calculate. If the calculated threshold value increases by more than 0.7 compared to the average of past threshold values, it is treated as a correction operation. The threshold continuously changes dynamically, and an abnormal section can be detected through this.

종래에는 설정된 고정 임계값보다 작은 값에 대한 미탐 발생 가능성이 있지만, 본 발명은 구가마다 임계값을 연산하여 종래의 문제점을 해결할 수 있다.Conventionally, there is a possibility of an undetected occurrence for a value smaller than a set fixed threshold, but the present invention can solve the conventional problem by calculating the threshold for each count.

본 발명은 스텝 사이즈(step size: 계산하지 않고 넘어갈 기간 길이)에 따라 알람이 중간에 해제되는 상황이 발생할 수 잇고, 특히 스텝 사이즈가 클수록 알람 해제 빈도수가 많아질 수 있으므로, 보정처리 결과로 알람 상태를 유지할 수 있다.According to the present invention, a situation in which an alarm is released in the middle may occur according to the step size (length of period to be skipped without calculation), and in particular, the larger the step size, the higher the frequency of alarm release. can keep

특허문헌 1과 특허문헌 2의 경우 기대값(또는 예측값) 계산 모델 초기 설정 후 태그 인덱스를 기반으로 경보 발생 기준이 정해져, 경보 발생 기준이 정해진 뒤 특정 잔차를 초과하면 경보가 발생된다.In the case of Patent Literature 1 and Patent Literature 2, after the initial setting of the expected value (or predicted value) calculation model, an alarm generation standard is determined based on the tag index, and an alarm is generated when a specific residual is exceeded after the alarm generation standard is set.

그러나 본 발명은 최근 상태의 잔차값을 기반으로 threshold를 동적으로 업데이트하여 경보를 판단하기 때문에, 초기 모델 설정 후 잔차가 경보 임계치를 약간 넘어가서 불필요한 알람이 발생되는 것을 방지 할 수 있다.However, since the present invention determines an alarm by dynamically updating the threshold based on the residual value of the latest state, it is possible to prevent an unnecessary alarm from occurring when the residual slightly exceeds the alarm threshold after setting the initial model.

10: 경보 장치 110: 수집부
120: 판별부 130: 경보부
10: alarm device 110: collection unit
120: determination unit 130: warning unit

Claims (3)

경보 장치를 이용한 데이터 구간별 동적 임계값 연산 방법에 있어서,
n번째 데이터를 이용하여 n번째 동적 임계값을 연산하는 단계;
첫번째부터 n-1번째의 동적 임계값의 평균을 연산하여 과거 평균 임계값을 생성하는 단계;
상기 과거 평균 임계값과 n번째 동적 임계값을 비교하여 임계값의 보정이 필요한지 판별하는 단계;
상기 임계값 보정이 불필요로 판별되면 n번째 동적 임계값을 현재 임계값으로 설정하고, 임계값 보정이 필요로 판별되면 과거 평균 임계값과 n번째 동적 임계값이 함께 적용된 보정 임계값을 현재 임계값으로 설정하는 단계 및
n+1번째 데이터를 이용하여 n+1번째 동적 임계값을 연산하는 단계를 포함하고,
상기 n번째 동적 임계값을 연산하는 단계는,
상기 n번째 데이터를 이용하여 실측값과 기대값 간의 잔차를 연산하는 단계;
상기 잔차의 평균과 편차를 연산하는 단계;
계수의 첫번째인 초기값과 j번째인 최대값을 설정하는 단계;
상기 잔차의 평균과 편차 및 계수의 초기값으로 연산되는 초기 임계값을 설정하는 단계;
상기 초기 임계값보다 작거나 큰 값들에 대한 잔차의 평균과 편차를 이용하여 계수의 초기값에 대한 스코어를 연산하는 단계;
상기 계수의 초기값을 증가시켜 계수의 초기값부터 최대값까지 스코어를 연산하고, 복수의 스코어 중에서 최대값을 갖는 스코어에 대응하는 계수를 최적의 계수로 선정하는 단계 및
상기 최적의 계수를 이용하여 n번째 동적 임계값을 설정하는 단계를 포함하며,
상기 현재 임계값을 설정하는 단계는,
상기 과거 평균 임계값과 대비하여 n번째 동적 임계값이 보정 조건값을 초과하면 임계값의 보정으로 판별하는 단계 및
상기 임계값의 보정으로 판별되면 과거 평균 임계값에 보정 조건값을 적용한 제1 값을 연산하고, n번째 동적 임계값에 보정 대비값을 적용한 제2 값을 연산하며, 제1 값과 제2 값을 합산하여 현재 임계값으로 설정하는 단계를 포함하고,
상기 보정 대비값은 1에서 보정 조건값을 뺀 값이며,
상기 경보 장치는 잔차를 연산한 이후에 스무딩 과정을 거쳐 잔차의 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 데이터 구간별 동적 임계값 연산 방법.
In the dynamic threshold calculation method for each data section using an alarm device,
calculating an n-th dynamic threshold using the n-th data;
generating a past average threshold by calculating an average of the first through n-1th dynamic thresholds;
comparing the past average threshold with an n-th dynamic threshold to determine whether a threshold needs to be corrected;
If it is determined that the threshold correction is unnecessary, the n-th dynamic threshold is set as the current threshold, and if it is determined that the threshold correction is necessary, the correction threshold to which the past average threshold and the n-th dynamic threshold are applied is set as the current threshold. Steps to set and
Comprising the step of calculating the n + 1 th dynamic threshold using the n + 1 th data,
Calculating the n-th dynamic threshold,
calculating a residual between an actual value and an expected value using the n-th data;
calculating an average and a deviation of the residuals;
setting the first initial value and the j-th maximum value of the coefficient;
setting an initial threshold calculated as an initial value of the mean, deviation, and coefficient of the residual;
calculating a score for an initial value of a coefficient using an average and a deviation of residuals for values smaller or larger than the initial threshold value;
calculating scores from the initial value to the maximum value of the coefficient by increasing the initial value of the coefficient, and selecting a coefficient corresponding to the score having the maximum value among a plurality of scores as an optimal coefficient;
Setting an n-th dynamic threshold using the optimal coefficient,
Setting the current threshold,
Comparing with the past average threshold value and determining that the threshold value is corrected when the n-th dynamic threshold value exceeds a correction condition value; and
If it is determined that the threshold value is corrected, a first value obtained by applying the correction condition value to the past average threshold value is calculated, a second value obtained by applying the correction contrast value to the n-th dynamic threshold value is calculated, and the first value and the second value are calculated. Including the step of summing and setting it as the current threshold value,
The correction contrast value is a value obtained by subtracting the correction condition value from 1,
The method of calculating a dynamic threshold value for each data interval, characterized in that the alarm device removes noise of the residual through a smoothing process after calculating the residual.
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