СПОСОБ ЦВЕТОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И АНАЛИЗА ДИНАМИКИ СОСТОЯНИЯ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА ИЛИ ПРОЦЕССА Российский патент 2000 года по МПК G06F19/00 

Изобретение относится к вычислительной техники и может быть использовано в различных автоматизированных и экспертных системах анализа (распознавания, диагностики, идентификации и контроля) технического и функционального состояния изделий в авиационной и космической промышленности, а также для оперативного представления и анализа динамики состояния любых многопараметрических объектов или процессов (МПО).

Известны способы для ввода считываемых автоматически цифровых данных в полутоновые изображения (ЕВП/ЕР/, N-0493053, G 06 K 1/12, 19/06, 15/00, 1992 г.), для обработки данных (ЕВП/ЕР/, N-0493105, A1, G 06 F 15/17, 1992 г.), а также для отображения телеметрической информации (Патент РФ 2060465 от 4.2.1992 г. , G 01 D 7/02), заключающийся в одновременном выводе на экран одного многоцветного видеотерминала всего множества графиков телеметрической информации, каждый из которых представляют в виде тонкой полосы цветового спектра, определенный цвет шкалы которого соответствует определенной амплитуде сигнала измеряемого значения параметра.

Предлагаемые способы не позволяют визуально представлять и анализировать динамику состояний многопараметрического объекта или процесса по большому множеству разнородных измерительных параметров, несущих информацию о тех или иных его характеристиках.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля и оценки технического состояния многопараметрического объекта по данным телеметрической информации (Патент на изобретение N 2099792, Бюллетень 1/35, 1997 г. ), (RU, 2099792 C1 (Артамонов Н.М., Засухин Е.А., Кузин В.А., Омельченко В.В.), 20.12.97, G 08 C 15/06), заключающийся в оперативном преобразовании и представлении на экране многоцветного видеомонитора результатов допусковой оценки состояний измерительных параметров в соответствующие информационные цветокодовые сигналы видимого спектра в заданном временном интервале.

Сопоставительный анализ показывает, что известный способ наиболее близок к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков, а потому его можно принять за наиболее близкий аналог (прототип). Однако известный способ не позволяет проводить представление и анализ последовательности, полноты и характера смены класса состояния многопараметрического объекта по большому множеству разнородных измерительных параметров, несущих информацию о его состоянии.

Для многопараметрических объектов или процессов трудность решения задач диагностики их состояний, изменяющихся во времени, обусловлена необходимостью оперативной оценки каждого динамического параметра, характеризующего функционирование объекта, на соответствие циклограмме его работы в строгом соответствии со шкалой времени. Дополнительно этот процесс затрудняется тем, что датчики, измерительные тракты по различным динамическим параметрам могут иметь существенно различаемую погрешность, которая во многом определяет пространство нечеткости или область неопределенности при переходе многопараметрического объекта или процесса из одного состояния в другое. Погрешности в каналах связи для удаленных объектов определяют необходимость использования при обработке информации невысокого качества, со сбойными участками, различными помехами, что создает еще большую неопределенность и значительно ограничивает использование известных методов диагностики и распознавания образов.

Предлагается универсальный нетрадиционный способ цветокодового представления и анализа динамики состояния многопараметрических объектов или процессов, который базируется на применении нового метода цветокодового описания и представления на основе использования непрерывно-дискретной шкалы переходов многопараметрического объекта или процесса из одного класса состояния в другой с учетом предыстории его функционирования. В основе способа положено оперативное выделение обобщенных цветокодовых описаний для информационной поддержки принятия решений, при этом обработчик-аналитик используется в качестве элемента соответствующей системы анализа состояний многопараметрических объектов или процессов (Омельченко В.В. Теоретические основы классификации нечетких ситуаций при испытаниях сложных технических комплексов. М.: МО РФ, 1999, с. 328-351).

Цель изобретения - оперативное представление и анализ изменения класса состояния многопараметрического объекта или процесса, отображаемого множеством разнородных динамических параметров с определением последовательности, полноты и характера перехода его из одного состояния в другое.

Цель достигается реализацией заявляемого способа цветокодового представления и анализа динамики состояния многопараметрического объекта или процесса за счет одновременного преобразования (обработки) и наглядного визуального представления всей обобщенной информации или определенной ее части в виде когнитивной цветокодовой матрицы-диаграммы состояния многопараметрического объекта или процесса для обработчика-аналитика, осуществляющего выбор необходимой для анализа характеристики (амплитуды, частоты, дисперсии и т.п.). Осуществляется на основе перехода от традиционного представления динамического параметра (характеристики исследуемого процесса: амплитуды, частоты и т.п.) в виде графика или функции изменения его значения во времени к нетрадиционному цветокодовому представлению динамики изменения текущего класса состояния многопараметрического объекта или процесса в виде матрицы- диаграммы, столбцы которой соответствуют идентифицированному текущему значению класса состояния динамического параметра, строки - заданным временным интервалам. При этом каждый текущий класс состояния определяется по всему множеству разнородных параметров и подкрашивается (кодируется) одним из цветов кода видимого спектра.

Последовательность смены класса состояния многопараметрического объекта определяют по циклограмме его функционирования, полноту - по оценке всего множества наблюдаемых динамических параметров, характер переходов - по виду и форме многопараметрического пространства пересечения классов состояния многопараметрического объекта или процесса.

Сущность способа цветокодового представления и анализа динамики состояния многопараметрического объекта или процесса, таким образом, состоит в оперативном преобразовании и представлении на экране многоцветного видеомонитора результатов допусковой оценки состояний измерительных параметров в соответствующие информационные цветокодовые сигналы видимого спектра в заданном временном интервале. При этом, обработчик-аналитик выбирает характеристику (амплитуду, частоту, дисперсию и т.п.) измерительных параметров, операцию преобразования осуществляют с обобщением по всему множеству измерительных параметров, в качестве результатов оценки используют идентифицированные, точки зрения принадлежности к i-му классу состояния, текущие значения динамических параметров, наблюдаемое множество которых определяет принадлежность многопараметрического объекта к соответствующему i-му классу состояний по циклограмме его функционирования, операцию преобразования осуществляют путем формирования соответствующего информационного цветокодового сигнала, отображают информационные цветокодовые сигналы посредством матрицы-диаграммы состояния многопараметрического объекта, столбцы которой соответствуют идентифицированному текущему значению i-го класса состояния динамического параметра, строки - заданным временным интервалам, определяют последовательность, полноту и характер переходов многопараметрического объекта из одного класса состояний в другой с обобщением по всему упорядоченному множеству разнородных динамических параметров многопараметрического объекта или процесса в целом.

Способ, таким образом, позволяет обеспечить наглядное визуальное представление многомерного (многопараметрического) текущего состояния многопараметрического объекта или процесса на экране многоцветного видеомонитора и оперативно (в реальном масштабе времени) определять последовательность, полноту и характер перехода его из одного класса состояния в другой. Все это в комплексе обеспечивает сокращение сроков представления и визуального анализа динамической информации о состоянии многопараметрических объектов или процессов в различных прикладных областях деятельности и используемых технических средств ее отображения.

Новизна предлагаемого способа по сравнению с прототипом и известными способами представления и анализа заключается в том, что разработана логическая последовательность действий по представлению и анализу динамики состояния многопараметрического объекта, которая приводит к достижению поставленной цели изобретения. Предлагаемый способ позволяет оперативно определять последовательность, полноту и характер переходов многопараметрического объекта из одного класса состояния в другой по большому количеству (на порядок и более по сравнению с традиционным представлением) разнородных динамических параметров. Это значительно облегчает восприятие общей интегральной картины смены состояния многопараметрического объекта обработчиком-аналитиком, который является элементом соответствующей системы анализа (распознавания, диагностики, идентификации).

Полученная в предлагаемом способе совокупность существенных признаков, приводящая к требуемому результату, в патентной и научно-технической литературе не обнаружена, что говорит об "изобретательском уровне" предлагаемого технического решения.

Сущность предложенного способа проиллюстрируем для двухпараметрического пространства состояний объекта (фиг. 1), где каждый динамический параметр M_n (или M_m) отображает в относительной величине одну из характеристик объекта - амплитуду Aⁿ (A^m) ее изменения. Очевидно, что с точки зрения оперативности принятия решения о переходе многопараметрического объекта из одного состояния в другое крайне важна интегральная характеристика его текущего состояния, несущая обобщенную информацию не столько количественного, сколько качественного (содержательного) характера. В качестве такой интегральной характеристики может быть использовано многопараметрическое пространство пересечения между классами состояния многопараметрического объекта или процесса.

На фиг. 1а, б приведено традиционное представление графиков изменения амплитуды динамических параметров объекта, с установленными на нем измерительными датчиками n= 1, 2, которые формируют соответствующие динамические параметры. Переход двухпараметрического объекта из одного состояния в другое в традиционной форме представления параметров приведен на фиг.1а, б, где участок AB является областью перехода объекта из класса состояний K_i-1 ^т в класс K_i ^т, которая может быть различна для разных параметров. Очевидно, что классы K_i-1 ^т и K_i ^т являются пересекающимися классами (классами толерантности). Анализ логики изменения динамических параметров на рассматриваемом участке времени позволяет определить крайние границы (t_min, t_max) перехода объекта из состояния K_i-1 ^т в состояние K_i ^т, тогда Δt определим как временной интервал пространства этого перехода, которое представляет собой некоторое множество пересечений K_i-1 ^т и K_i ^т. Проведем декомпозицию исходной ситуации на непересекающиеся классы (классы эквивалентности) K_i-1 ^э и K_i ^э с выделением пространства пересечений (KTi-1

∩ KTi).
Определим частное пространство пересечений (перехода) объекта из состояния K_i-1 ⁿ в состояние K_i ⁿ по n-у параметру в виде пересечения Kni-1 ∩ Kni , тогда обобщенное по множеству N пространство ΔK_i-1,i представим в виде

Полученное выражение (1), обобщенное по всему множеству наблюдаемых динамических параметров, может быть использовано для интегральной многопараметрической оценки факта изменения класса состояний, а, следовательно, для распознавания состояний многопараметрического объекта или процесса в динамике текущего времени. Построим соответствующую матрицу-диаграмму состояний в виде некоторой координатной сетки, где по оси абсцисс отложено время (или определенные отрезки времени), а по оси ординат - веса заданных признаков (динамических параметров), несущих информацию о соответствующем классе состоянии объекта (фиг.1 в). При этом, кодируя определенным цветовым кодом видимого спектра каждый из классов по совокупности параметров, а также состояния перехода из одного класса состояний в другой для наглядности восприятия, получим обобщенное представление двухпараметрического пространствами ΔK_i-1,i на момент смены состояний объекта в новой системе координат. С учетом предлагаемого подхода на фиг.1в) приведено наглядное представление двух, а на фиг. 2 соответственно N динамических параметров в виде многомерной цветокодовой матрицы-диаграммы [M_n(t_i)•t_i], где M_n(t_i) - упорядоченная совокупность информационных сигналов (полей) динамических параметров, в каждом из которых представляется последовательно во времени цветокодовая информация видимого спектра, соответствующая определенному текущему классу состояния многопараметрического объекта (фиг. 1, 2), t_i - характерные временные или пространственные координаты.

Выбор характеристики (показателя) изменения динамического параметра, диапазонов ее представления, шкалы цветокодирования и задание нужной гаммы цветов осуществляется обработчиком-аналитиком по его желанию в зависимости от характера и особенностей решаемой задачи. При этом выбранный диапазон представления рассматриваемой характеристики динамического параметра с точки зрения принадлежности к i-му классу должен однозначно соответствовать (автоматически подстраиваться) выбранной шкале цветокодирования, соответствующей идентифицированному текущему классу состояний многопараметрического объекта, таким образом, чтобы каждому классу соответствовал строго определенный цвет шкалы цветокодирования.

Визуальный анализ рассматриваемых представлений (фиг. 1, 2), раскрывающих суть предлагаемого способа, позволяет оперативно определять последовательность, полноту и характер смены текущего класса состояний многопараметрического объекта, наблюдаемого по каждому динамическому параметру и в целом по всему их множеству, в том числе:
визуально оценить последовательность переходов многопараметрического объекта из одного класса состояний в другой по различным группам динамических параметров на исследуемых временных интервалах. Например, переход объекта из класса состояний K_i-1 в класс K_i (фиг.2) наглядно представляется цветокодовой матрицей-диаграммой по любому множеству динамических параметров, фиксирующих динамические изменения той или иной характеристики;
оценить характер многопараметрического пространства перехода многопараметрического объекта из одного класса состояния в другой на рассматриваемом интервале времени.

Таким образом, способ позволяет обеспечить оперативное представление и анализ текущего состояния многопараметрического объекта с определением последовательности, полноты и характера перехода его из одного состояния в другое по всему множеству разнородных динамических параметров. Все это в комплексе обеспечивает сокращение сроков обработки и анализа информации и используемых технических средств ее отображения.

Предложенный подход позволяет получать наглядные модели изменения состояний многопараметрического объекта в виде некоторой логической совокупности соответствующих цветокодовых матриц- диаграмм состояний. Динамический просмотр таких совокупностей по реальной информации в режиме мониторинга на анализируемом интервале времени позволяет отслеживать, находить, выявлять на визуальном уровне главные тенденции в поведении (изменении свойств) многопараметрического объекта. Использование таких моделей позволяет оперативно идентифицировать переходы объекта из одного состояния в другое, оценивать общую картину динамики изменения его состояния по всей циклограмме его функционирования. Предлагаемый способ позволяет использовать человека в качестве оконечного элемента системы анализа, так как позволяет ему наблюдать на экране многоцветного видеомонитора необходимые для диагностики состояний многопараметрических объектов или процессов обобщенные данные о всем потоке поступающей динамической информации, в том числе информации о различных (разнотипных) параметрах (показателей), которую невозможно анализировать на одном информационном поле при традиционном представлении.

Предложенный способ позволяет обеспечить формализацию процесса диагностирования за счет многомерного представления и визуализации нечетких обобщенных данных. Его особенность заключается в том, что априорными описаниями классов являются структурные описания - цветокодовые представления, рассматриваемые последовательно по времени функционирования многопарамнетрического объекта, при получении которых проводится принцип учета последовательности изменения классов состояний объекта (структуры) и учета отношений, существующих между отдельными элементами анализируемых представлений. При таком способе представления исключается ряд наиболее трудоемких "ручных" операций, таких как непрерывный контроль характера изменения функциональных параметров, оперативная оценка поля допуска по каждому параметру в условиях помех и искажений, обобщение по всем динамическим параметрам, несущим информацию о состоянии многопараметрического объекта.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в различных автоматизированных и экспертных системах анализа (распознавания, диагностики, идентификации, контроля) технического и функционального состояния изделий авиационной и космической промышленности, а также для оперативного представления и анализа динамики состояния любых многопараметрических объектов или процессов (МПО). Технический результат заключается в обеспечении оперативного цветокодового представления и анализа состояния МПО, который достигается за счет того, что идентифицированные по допусковому способу, с точки зрения принадлежности к i-му классу состояния, текущие значения разнородных динамических параметров преобразуют в соответствующие информационные цветокодовые сигналы видимого спектра последовательно во времени с обобщением по всему множеству динамических параметров в заданном временном интервале. При этом операцию преобразования осуществляют путем формирования соответствующего информационного цветокодового сигнала, отображают информационные цветокодовые сигналы посредством матрицы-диаграммы состояния МПО, столбцы которой соответствуют идентифицированному текущему значению i-го класса состояния динамического параметра, строки - заданным временным интервалам. Такой подход позволяет обеспечить оперативное представление и анализ последовательности смены класса состояния МПО по циклограмме его функционирования, полноту отображения по всему множеству наблюдаемых динамических параметров и характер перехода МПО из одного класса состояния в другой с обобщением по всему упорядоченному множеству разнородных динамических параметров, отображающих текущее состояние МПО. 2 ил.

Способ цветокодового представления и анализа динамики состояния многопараметрического объекта или процесса, заключающийся в оперативном преобразовании и представлении на экране многоцветного видеомонитора результатов допусковой оценки состояний измерительных параметров в соответствующие информационные цветокодовые сигналы видимого спектра в заданном временном интервале, отличающийся тем, что обработчик-аналитик выбирает характеристику (амплитуду, частоту, дисперсию и т.п.) измерительных параметров, операцию преобразования осуществляют с обобщением по всему множеству измерительных параметров, в качестве результатов оценки используют идентифицированные, с точки зрения принадлежности к i-му классу состояния, текущие значения динамических параметров, наблюдаемое множество которых определяет принадлежность многопараметрического объекта к соответствующему i-му классу состояний по циклограмме его функционирования, операцию преобразования осуществляют путем формирования соответствующего информационного цветокодового сигнала, отображают информационные цветокодовые сигналы посредством матрицы-диаграммы состояния многопараметрического объекта, столбцы которой соответствуют идентифицированному текущему значению i-го класса состояния динамического параметра, строки - заданным временным интервалам, определяют последовательность, полноту и характер переходов многопараметрического объекта из одного класса состояний в другой с обобщением по всему упорядоченному множеству разнородных динамических параметров многопараметрического объекта или процесса в целом.