发明内容

为此，本发明提供一种消防水压异常监测系统及无监督异常检测方法，用以克服现有技术中只能对水压进行单点异常的检测，不能检测上下文异常、集体异常情况的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种消防水压异常监测系统，包括，

压力传感器，其与待监测的供水管网道相连，用以采集管道内的水压数据；

通信网络，其与所述压力传感器相连，用以传递压力传感器采集到的数据；

数据中心，其与所述通信网络相连，数据中心内设置有存储模块和中控模块，所述存储模块用以存储压力传感器监测到的数据，所述中控模块用以对压力传感器采集到的数据进行数据分析；

报警装置，其与是数据中心相连，当数据中心判断数据异常时，所述报警装置进行报警提醒；

所述压力传感器采集管道内任意时刻的压力值，并将采集的结果传递至中控模块，中控模块对采集的压力值进行分析，判断其是否为单点异常；

当采集到的压力值不为单点异常时，所述存储模块记录检查周期内所有的压力值，所述中控模块对单个检测周期内的压力值进行整合，生成压力值函数图像，中控模块对函数图像进行分析，判断单个检测周期内是否存在上下文异常/集体异常；

当单个检测周期内与自身比不存在上下文异常/集体异常时，所述存储模块记录一个循环周期内多个检测周期的函数图像，并进行图像整合，中控模块对整合后的图像进行分析，判断是否存在单个检测周期整体集体异常。

进一步地，当采用所述监测系统进行水压监测时，所述压力传感器实时监测管道内水压A并将检测结果通过所述通信网络传递至中控模块，所述中控模块内设有第一水压参数A1和第二水压参数A2，所述中控模块将检测到的水压数值A与第一水压参数A1和第二水压参数A2进行对比，

当A≤A1时，所述中控模块判定水压值过低，管道内水压出现单点异常，中控模块向所述报警装置发出指令，报警装置进行报警；

当A1＜A≤A2时，所述中控模块判定水压值范围正常，中控模块将对所述存储模块发出指令对水压值A进行存储；

当A＞A2时，所述中控模块判定水压值过高，管道内水压出现单点异常，中控模块向所述报警装置发出指令，报警装置进行报警。

进一步地，其特征在于，在水压值A范围正常且水压值A的下一个监测水压值A’范围正常时，所述中控模块计算水压值A与水压值A’的差值的绝对值ΔA1，ΔA1＝∣A-A’∣，中控模块内还设有水压差值的绝对值参数ΔAz，中控模块将计算的差值的绝对值ΔA1与水压差值的绝对值参数ΔAz进行对比，

当ΔA1≤ΔAz时，所述中控模块判定水压值A与水压值A’的变化值在合理范围内；

当ΔA1＞ΔAz时，所述中控模块判定水压值A与水压值A’的变化值不在合理范围内，中控模块向所述报警装置发出指令，报警装置进行报警。

进一步地，所述中控模块内还设有单个检查周期t内的压力变化函数Ab＝f(tz),其中，tz表示单个检查周期t内的任一时刻，Ab表示tz时刻管道内的水压值；

所述压力传感器监测单个检查周期t1内的所有压力值，并将各监测值传递至所述存储模块，中控模块对单个检查周期t1内的所有压力值进行分析，获得压力变化函数图A1b＝f(t1z)，其中，t1z表示单个检查周期t1内的任一时刻，A1b表示t1z时刻管道内的水压值；

所述中控模块将函数图A1b＝f(t1z)与压力变化函数Ab＝f(tz)进行比对，当函数图A1b＝f(t1z)中出现偏离预期的压力变化函数Ab＝f(tz)的数值时，所述中控模块判定单个检查周期t1内出现上下文异常，中控模块向所述报警装置发出指令，报警装置进行报警。

进一步地，当将函数图A1b＝f(t1z)与压力变化函数Ab＝f(tz)进行比对时，将压力变化函数Ab＝f(tz)的幅度与频率进行调节，使得Ab＝f(tz)与A1b＝f(t1z)的振幅、频率分别相同，将Ab＝f(tz)图像进行平移，使得Ab＝f(tz)的峰值点与A1b＝f(t1z)峰值点重合；

所述中控模块将调节后的Ab＝f(tz)图像与A1b＝f(t1z)图像进行对比，当A1b＝f(t1z)图像中出现与Ab＝f(tz)图像走势不同的数据时，所述中控模块判定单个检查周期t1内出现上下文异常，中控模块向所述报警装置发出指令，报警装置进行报警。

进一步地，当A1b＝f(t1z)图像与Ab＝f(tz)图像走势相同时，中控模块计算t1z内任意时刻t1x对应的压力值A1x与Ab＝f(tz)图像内对应的压力值Ax值的差值的绝对值ΔAx，ΔAx＝∣A1x-Ax∣，所述中控模块内设有函数图像压力值差值评价参数D，中控模块将ΔAx与压力值差值评价参数D进行对比，

当ΔAx≤D时，所述中控模块判定任意时刻t1x的压力值在合理范围；

当ΔAx＞D时，所述中控模块判定任意时刻t1x的压力值不在合理范围。

进一步地，当中控模块判定任意时刻t1x的压力值不在合理范围时，所诉中控模块对A1b＝f(t1z)图像内所有压力值与Ab＝f(tz)图像内对应的压力值进行差值的绝对值计算，并通过计算确定压力值不在合理范围的图像段，中控模块对不合理范围的图像段进行标注，中控模块判定该图像段集体异常，中控模块启动报警装置进行报警。

进一步地，当中控模块判定任意时刻t1x的压力值均在合理范围时，所述存储模块对A1b＝f(t1z)图像进行存储，并存储调节后的Ab＝f(tz)图像，记调节后的Ab＝f(tz)图像为C1；

在压力传感器监测下个检查周期t2内的所有压力值，所述中控模块对单个检查周期t2内的所有压力值进行分析，获得压力变化函数图A2b＝f(t2z)，中控模块按照上述A1b＝f(t1z)图像与压力变化函数Ab＝f(tz)对比的方法将A2b＝f(t2z)与函数Ab＝f(tz)进行对比；

所述存储模块对根据A2b＝f(t2z)进行调节的Ab＝f(tz)图像进行存储，记调节后的Ab＝f(tz)图像为C2；

所述存储模块对根据检查周期t3时段内的压力变化函数图A3b＝f(t3z)进行调节的Ab＝f(tz)图像进行存储，记调节后的Ab＝f(tz)图像为C3；

所述中控模块对一个大循环周期T内的Ab＝f(tz)图像进行整合，生成图像总图G0，其中，对于大循环周期T，T(t1，t2，t3，t4…tn)，对于图像总图G0，G0(C1,C2,C3,C4…Cn)；

所述中控模块对图像总图G0进行分析，当图像总图G0中明显出现图像段Ci不符合整体走势时，所述中控模块判定图像段Ci集体异常，中控模块启动报警装置进行报警。

一种应用于上述消防水压异常监测系统的无监督异常检测方法，包括：

步骤一：收集一批水压历史数据序列，对序列进行预处理；

步骤二：将补全后的历史数据序列按照策略分割成多个时序片段；

步骤三：搭建变分自编码器，并将自编码器嵌入至中控模块，中控模块从自编码器中获取压力变化函数Ab＝f(tz)；

步骤四，压力传感器获取待检测管道的压力数据，并将数据通过通信网络传递至数据中心，数据中心对管道的压力数据进行分析，判定管道的压力状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，当采集到的压力值不为单点异常时，所述存储模块记录检查周期内所有的压力值，所述中控模块对单个检测周期内的压力值进行整合，生成压力值函数图像，中控模块对函数图像进行分析，判断单个检测周期内是否存在上下文异常/集体异常，充分检测管道内水压情况，确保消防水管的正常使用。

进一步地，所述压力传感器采集管道内任意时刻的压力值，并将采集的结果传递至中控模块，中控模块对采集的压力值进行分析，判断其是否为单点异常；通过对任一时刻的水压数据进行监测，并设置水压参数值，判定管道内水压是否在合理范围，当水压不在合理范围时，启动报警装置进行报警，防止水压过高使管道破损，也防止水压过低影像管道的正常使用。

进一步地，在水压值A范围正常且水压值A的下一个监测水压值A’范围正常时，所述中控模块计算水压值A与水压值A’的差值的绝对值ΔA1，通过检查相邻两次水压值的差值的绝对值，判定管道内水压是否出现突变，防止出现压力突变值导致水管受损，影像消防管道的正常使用。

进一步地，所述压力传感器监测单个检查周期t1内的所有压力值，并将各监测值传递至所述存储模块，中控模块对单个检查周期t1内的所有压力值进行分析，获得压力变化函数图A1b＝f(t1z)，其中，t1z表示单个检查周期t1内的任一时刻，A1b表示t1z时刻管道内的水压值；所述中控模块将函数图A1b＝f(t1z)与压力变化函数Ab＝f(tz)进行比对，对每个数值孤立的看，有可能各数值均在阈值范围内，通过将单个检查周期内的图像与预设的图像进行对比，增加压力值周围信息对比过程，以确定上下文异常情况，确保消防管道的正常使用。

尤其，当A1b＝f(t1z)图像与Ab＝f(tz)图像走势相同时，中控模块计算t1z内任意时刻t1x对应的压力值A1x与Ab＝f(tz)图像内对应的压力值Ax值的差值的绝对值ΔAx，即使水压函数图像的走势与预设图像的走势相仿，也有可能出现预设值与实际值差值过大的可能，对图像内的各数值进行对比，以探索符合图像走势但差值过大水压值，确保消防管道的正常使用。

尤其，当中控模块判定任意时刻t1x的压力值不在合理范围时，所诉中控模块对A1b＝f(t1z)图像内所有压力值与Ab＝f(tz)图像内对应的压力值进行差值的绝对值计算，并通过计算确定压力值不在合理范围的图像段，中控模块对不合理范围的图像段进行标注，中控模块判定该图像段集体异常，中控模块启动报警装置进行报警。因为Ab＝f(tz)与A1b＝f(t1z)的振幅、频率分别相同且Ab＝f(tz)的峰值点与A1b＝f(t1z)峰值点重合，且A1b＝f(t1z)为连续性的函数图像，所以当存在任意时刻t1x的压力值不在合理范围时亦存在压力值不在合理范围的图像段，中控模块通过对整体图像进行差值的绝对值进行对比，以确定集体异常的图像段，确保消防管道的正常使用。

尤其，当单个检测周期内与自身比不存在上下文异常/集体异常时，所述存储模块记录一个循环周期内多个检测周期的函数图像，并进行图像整合，中控模块对整合后的图像进行分析，判断是否存在单个检测周期整体集体异常，通过对设置大循环周期，并对大循环周期内的图像进行检测分析，防止出现一个时间段内集体异常而被判定正常的现象，确保消防管道的正常使用。