一种高炉热风炉生产历史数据自动标注方法和系统

技术领域

本申请涉及高炉热风炉生产历史数据自动标注技术领域，特别是涉及一种高炉热风炉生产历史数据自动标注方法和系统。

背景技术

目前针对高炉炼铁厂存在的流量计设备易损坏、流量计长期得不到准确校验和保养维护，无法正常使用甚至没有流量计的生产现场，各自动化控制公司纷纷提出了自己的解决方案，其中基于数据分析的回归模型预测输出阀位方的案得到了初步应用，这其中的关键一步就是数据预处理方面，对数据进行标注，从而得到能使拱顶温度上升的最佳烧炉数据进行模型训练，但实际项目使用过程中该方案仍然会出现模型输出失准或跳变等不稳定的情况，无法保证长期投用。造成这一问题的原因可能是多因素的，但究其根本还是数据预处理方面有所欠缺，输入模型数据的一致性较差，存在较多一对多(即：一条输入数据x对应多个输出y)的情况，导致出现了输出失准、跳变的问题。

越来越多的有流量计高炉炼铁厂通过采购优化控制系统进行技改升级，以减少能源消耗和污染物排放。这其中最关键的便是燃烧优化，通过优化煤气和助燃气的最佳配比达到充分燃烧、节能降耗的目的。使用数据分析技术进行空燃比寻优的关键一步也是进行数据预处理，只有找出所有能使拱顶温度上升的最佳烧炉数据，才能进一步从中分析寻找出最优空燃比，进而指导控制系统闭环控制实现空燃比的优化。

以标注拱顶温度为例，现有的处理方式是将历史拱顶温度数据滤波平滑后，再将后项与前项数据相减，计算大于0则表示温度上升，小于零表示温度下降，等于0表示温度不变，来对数据进行标注。

现有处理方法的滤波操作，引入了新的滞后；拱顶温度是时间序列数据，它的变化是由于阀位操作或压力变化后流量发生改变而导致的，因此拱顶温度数据相对于阀位或压力数据必然会存在一定的滞后，现有处理方法未对这一问题进行处理，即：未对时间序列数据进行时间对齐；拱顶温度数据存在一定的惯性，即：拱顶温度上升或下降的末期，其实阀位或空燃比已经不合适了，但由于惯性或响应时间的滞后，拱顶温度仍然保持着一小段时间的上升或下降，按照现有的处理方法会产生错误的标注，同时数据处理没有充分结合项目实际，存在较多的无效数据，现有的预处理方法得到的数据必然会存在较多的错误和无效数据，这对模型训练将是灾难性的。

发明内容

基于此，针对上述技术问题，提供一种高炉热风炉生产历史数据自动标注方法和系统以解决现有的预处理方法得到的数据必然会存在较多的错误和无效数据而引入了新的滞后的问题。

第一方面，一种高炉热风炉生产历史数据自动标注方法，所述方法包括：

获取目标烧炉数据，并对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波；

将所述目标烧炉数据按照时间顺序倒序排列得到倒序烧炉数据，对所述倒序烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，再将所述拱顶温度数据按时间正序排列；

绘制所述拱顶温度与煤气阀位反馈、空气阀位反馈、煤气总管压力、空气总管压力测点的关系曲线，找到多组其他测点数据基本不变的条件下，所述拱顶温度随所述阀位明显变化的部分，按预设方法确定各组数据时间间隔，通过求均值得到拱顶温度相对于煤气阀位反馈的滞后时长，将所述拱顶温度数据按均值时间前移相应的滞后时长；

根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，再根据输入业务，使用目标动态参数，对所述标注结果进行进一步的优化，得到优化后的烧炉数据。

上述方案中，可选地，所述对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，具体为：使用巴特沃斯滤波器对所述目标烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，其中，所述目标烧炉数据为一个完整的烧炉数据。

上述方案中，进一步可选地，所述根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，包括：

根据实际情况，响应于用户设置的合适的目标窗口大小，对拱顶温度进行滑窗遍历标注，得到初次标注后的烧炉数据。

上述方案中，进一步可选地，所述根据实际情况，响应于用户设置的合适的目标窗口大小，对拱顶温度进行滑窗遍历标注，得到初次标注后的拱顶温度数据之后还包括：

对所述目标烧炉数据中拱顶温度分位数动态约束，修正标注；

对所述目标烧炉数据中拱顶温度平均值动态约束，修正标注；

对所述目标烧炉数据中烧炉时间分位数动态约束，修正标注，得到优化后的烧炉数据。

第二方面，一种高炉热风炉生产历史数据自动标注系统，所述系统包括：

获取模块：用于获取目标烧炉数据，并对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波；

滤波模块：用于将所述目标烧炉数据按照时间顺序倒序排列得到倒序烧炉数据，对所述倒序烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，再将所述拱顶温度数据按时间正序排列；

处理模块：用于绘制所述拱顶温度与煤气阀位反馈、空气阀位反馈、煤气总管压力、空气总管压力测点的关系曲线，找到多组其他测点数据基本不变的条件下，所述拱顶温度随所述阀位明显变化的部分，按预设方法确定各组数据时间间隔，通过求均值得到拱顶温度相对于煤气阀位反馈的滞后时长，将所述拱顶温度数据按均值时间前移相应的滞后时长；

标注模块：用于根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，再根据输入业务，使用目标动态参数，对所述标注结果进行进一步的优化，得到优化后的烧炉数据。

上述方案中，可选地，所述对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，具体为：使用巴特沃斯滤波器对所述目标烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，其中，所述目标烧炉数据为一个完整的烧炉数据。

上述方案中，进一步可选地，所述根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，包括：

根据实际情况，响应于用户设置的合适的目标窗口大小，对拱顶温度进行滑窗遍历标注，得到初次标注后的烧炉数据。

上述方案中，进一步可选地，所述根据实际情况，响应于用户设置的合适的目标窗口大小，对拱顶温度进行滑窗遍历标注，得到初次标注后的拱顶温度数据之后还包括：

对所述目标烧炉数据中拱顶温度分位数动态约束，修正标注；

对所述目标烧炉数据中拱顶温度平均值动态约束，修正标注；

对所述目标烧炉数据中烧炉时间分位数动态约束，修正标注，得到优化后的烧炉数据。

第三方面，一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取目标烧炉数据，并对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波；

将所述目标烧炉数据按照时间顺序倒序排列得到倒序烧炉数据，对所述倒序烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，再将所述拱顶温度数据按时间正序排列；

绘制所述拱顶温度与煤气阀位反馈、空气阀位反馈、煤气总管压力、空气总管压力测点的关系曲线，找到多组其他测点数据基本不变的条件下，所述拱顶温度随所述阀位明显变化的部分，按预设方法确定各组数据时间间隔，通过求均值得到拱顶温度相对于煤气阀位反馈的滞后时长，将所述拱顶温度数据按均值时间前移相应的滞后时长；

根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，再根据输入业务，使用目标动态参数，对所述标注结果进行进一步的优化，得到优化后的烧炉数据。第四方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取目标烧炉数据，并对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波；

将所述目标烧炉数据按照时间顺序倒序排列得到倒序烧炉数据，对所述倒序烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，再将所述拱顶温度数据按时间正序排列；

绘制所述拱顶温度与煤气阀位反馈、空气阀位反馈、煤气总管压力、空气总管压力测点的关系曲线，找到多组其他测点数据基本不变的条件下，所述拱顶温度随所述阀位明显变化的部分，按预设方法确定各组数据时间间隔，通过求均值得到拱顶温度相对于煤气阀位反馈的滞后时长，将所述拱顶温度数据按均值时间前移相应的滞后时长；

根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，再根据输入业务，使用目标动态参数，对所述标注结果进行进一步的优化，得到优化后的烧炉数据。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明基于对现有技术问题的进一步分析和研究，认识到现有的预处理方法得到的数据必然会存在较多的错误和无效数据，这对模型训练将是灾难性的，本发明通过获取目标烧炉数据，并对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波；将所述目标烧炉数据按照时间顺序倒序排列得到倒序烧炉数据，对所述倒序烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，再将所述拱顶温度数据按时间正序排列；绘制所述拱顶温度与煤气阀位反馈、空气阀位反馈、煤气总管压力、空气总管压力测点的关系曲线，找到多组其他测点数据基本不变的条件下，所述拱顶温度随所述阀位明显变化的部分，按预设方法确定各组数据时间间隔，通过求均值得到拱顶温度相对于煤气阀位反馈的滞后时长，将所述拱顶温度数据按均值时间前移相应的滞后时长；根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，再根据输入业务，使用目标动态参数，对所述标注结果进行进一步的优化，得到优化后的烧炉数据。

采用对高炉热风炉的数据进行有效的数据预处理，确保输入模型的数据具有较好的一致性和准确性，从而保证后续模型输出的准确性、可靠性和稳定性，解决了滤波算法引入滞后的问题；解决了拱顶温度数据本身滞后的问题；解决了因数据惯性造成的数据标注错误和因与实际业务结合不够深入产生的无效标注问题，并引入了动态参数提升标注方法的自适应性。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的高炉热风炉生产历史数据自动标注方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例提供的滤波滞后问题处理示意图；

图3为本发明一个实施例提供的拱顶温度数据滞后处理示意图；

图4为本发明一个实施例提供的高炉热风炉拱顶温度标注示意图；

图5为本发明一个实施例提供的高炉热风炉生产历史数据自动标注方法的第二流程示意图；

图6为本发明一个实施例提供的高炉热风炉数据滑窗标注示意图；

图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的高炉热风炉生产历史数据自动标注方法，如图1所示，包括以下步骤：

获取目标烧炉数据，并对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波；

将所述目标烧炉数据按照时间顺序倒序排列得到倒序烧炉数据，对所述倒序烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，再将所述拱顶温度数据按时间正序排列；

绘制所述拱顶温度与煤气阀位反馈、空气阀位反馈、煤气总管压力、空气总管压力测点的关系曲线，找到多组其他测点数据基本不变的条件下，所述拱顶温度随所述阀位明显变化的部分，按预设方法确定各组数据时间间隔，通过求均值得到拱顶温度相对于煤气阀位反馈的滞后时长，将所述拱顶温度数据按均值时间前移相应的滞后时长；

根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，再根据输入业务，使用目标动态参数，对所述标注结果进行进一步的优化，得到优化后的烧炉数据。

在一个实施例中，所述对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，具体为：使用巴特沃斯滤波器对所述目标烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，其中，所述目标烧炉数据为一个完整的烧炉数据。

在一个实施例中，所述根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，包括：

根据实际情况，响应于用户设置的合适的目标窗口大小，对拱顶温度进行滑窗遍历标注，得到初次标注后的烧炉数据。

在一个实施例中，所述根据实际情况，响应于用户设置的合适的目标窗口大小，对拱顶温度进行滑窗遍历标注，得到初次标注后的拱顶温度数据之后还包括：

对所述目标烧炉数据中拱顶温度分位数动态约束，修正标注；

对所述目标烧炉数据中拱顶温度平均值动态约束，修正标注；

对所述目标烧炉数据中烧炉时间分位数动态约束，修正标注，得到优化后的烧炉数据。

上述高炉热风炉生产历史数据自动标注方法中，采用采用对高炉热风炉的数据进行有效的数据预处理，确保输入模型的数据具有较好的一致性和准确性，从而保证后续模型输出的准确性、可靠性和稳定性，解决了滤波算法引入滞后的问题；解决了拱顶温度数据本身滞后的问题；解决了因数据惯性造成的数据标注错误和因与实际业务结合不够深入产生的无效标注问题，并引入了动态参数提升标注方法的自适应性。

在一个实施例中，如图2-6所示，提供的总体技术方案思路如下：

首先对拱顶温度数据进行零相位滤波，去除噪声的同时消除因滤波造成的数据滞后，便于下一步滞后时间的确定；其次根据拱顶温度随阀位的变化曲线确定滞后时间，并对拱顶温度数据向前位移相应的滞后时间进行时间对齐；最后对拱顶温度的上升、下降状态进行标注。

在一个实施例中方案的实现包括：

零相位滤波：如图2滤波滞后问题处理示意图所示，一般对数据或信号进行滤波操作都会产生一定的滞后，零相位滤波目的是要消除这种滞后，所采取的具体操作包括对数据进行一次正向滤波后，再使用相同的滤波方法和参数做一次反向滤波(图中黑色箭头即为两次滤波方向)，具体滤波参数需要根据数据情况进行调试。

拱顶温度滞后处理：拱顶温度的滞后时间需要根据具体数据来确定，可以通过观察曲线出现明显波动的位置，如图3示意图，黑色双箭头表示的便是拱顶温度的滞后时间，照此方法统计出多个滞后时间取均值即可得到拱顶温度的滞后时长，最后将数据进行相应的位移完成时间对齐操作。

拱顶温度标注：约定空燃比合适、拱顶温度上升标注Label＝1，空燃比不合适、拱顶温度下降标注Label＝-1，无法完全确定空燃比是否合适的位置标注Label＝0。

以每炉的烧炉数据为单位，使用滑窗的方式对数据进行遍历，如上图五所示，使用大小为5的窗口依次对数据进行遍历标注，具体操作如下：

将当前数据作为窗口中心向前后等距离延伸直至窗口大小为5；

判断窗口内数据，若全部为升序则将当前位置数据标注为1，若全部为降序则将当前位置数据标注为-1，若有升有降或窗口长度不足则标注为0，这样就可以避免因温度数据存在惯性而产生错误标注；

为进一步提升该方法的自适应性，减少因参数设置不合适对数据标注结果带来的消极影响，实现动态约束，在上一步的基础上计算得到所有标注为1和标注为-1的数据的0.5分位数“p”和“n”，将标注为1但拱顶温度小于“p”的数据重新标注为0，将标注为-1但拱顶温度大于“n”的数据重新标注为0；

结合实际的业务情况，对当前所有标注为1的数据，其拱顶温度小于平均温度的全部标注为0；

结合热风炉实际烧炉，烧炉的最初一小段时间和快结束的数据可利用性相对较弱，不利于后续模型的训练，但实际生产中每炉的烧炉时间也是不固定的，因此将烧炉时间0.15分位数之前的数据和烧炉时间0.95分位数之后的数据重新标注为0；最终标注出来的数据如上图5所示。

在一个实施例中，所述零相位滤波：使用巴特沃斯滤波器对一个完整的烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，再将数据按时间倒序排列，使用相同的滤波方法和参数进行滤波，再将拱顶温度数据按时间正序排列，即完成了零相滤波，解决了滤波算法引入滞后的问题；

在一个实施例中，所述拱顶温度滞后处理：绘制拱顶温度与煤气阀位反馈、空气阀位反馈、煤气总管压力、空气总管压力等测点的曲线，找到多组其他测点数据基本不变的条件下，拱顶温度随阀位明显变化的部分，按上述方法确定各组时间间隔，求均值即可得到拱顶温度相对于煤气阀位反馈的滞后时长，最后将拱顶温度数据按时间前移相应的滞后时长，便完成了拱顶温度滞后的处理实现了数据对齐，解决了时间序列数据自身存在的滞后问题。

本实施例充分考虑工业时序数据的特点，提出了一种解决数据滞后问题的预处理流程和方法；并且将数据预处理与实际生产深度结合，提出了一种数据自动标注方法，使得数据预处理结果的准确性、有效性和一致性得到进一步提升。

本实施例解决了滤波算法引入滞后的问题，解决了时间序列数据自身存在的滞后问题，解决了因数据惯性造成的数据标注错误和因与实际业务结合不够深入产生的无效标注问题，并引入了动态参数提升标注方法的自适应性。

在一个实施例中，所述拱顶温度标注：根据实际情况和上述方案的实现方法，设置合适的窗口大小，对拱顶温度进行滑窗遍历标注，可以解决数据惯性造成的错误标注问题，再结合业务实际，使用动态参数，对标注结果进行进一步的优化：将标注为1但拱顶温度小于“p”的数据改标为0，将标注为-1但拱顶温度大于“n”的数据改标为0，将标注为1但拱顶温度小于拱顶温度平均值的数据改标为0，将标注为-1但拱顶温度高于某一阈值的数据改标为0，将烧炉时间初期和末期的数据也改标为0，保证数据具有较好的一致性。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种高炉热风炉生产历史数据自动标注系统，包括以下程序模块：

获取模块：用于获取目标烧炉数据，并对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波；

滤波模块：用于将所述目标烧炉数据按照时间顺序倒序排列得到倒序烧炉数据，对所述倒序烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，再将所述拱顶温度数据按时间正序排列；

处理模块：用于绘制所述拱顶温度与煤气阀位反馈、空气阀位反馈、煤气总管压力、空气总管压力测点的关系曲线，找到多组其他测点数据基本不变的条件下，所述拱顶温度随所述阀位明显变化的部分，按预设方法确定各组数据时间间隔，通过求均值得到拱顶温度相对于煤气阀位反馈的滞后时长，将所述拱顶温度数据按均值时间前移相应的滞后时长；

标注模块：用于根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，再根据输入业务，使用目标动态参数，对所述标注结果进行进一步的优化，得到优化后的烧炉数据。

在一个实施例中，所述对所述烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，具体为：使用巴特沃斯滤波器对所述目标烧炉数据的拱顶温度进行正向滤波，其中，所述目标烧炉数据为一个完整的烧炉数据。

在一个实施例中，所述根据目标需求，设置目标窗口大小，对所述拱顶温度进行滑窗遍历标注得到标注结果，包括：

根据实际情况，响应于用户设置的合适的目标窗口大小，对拱顶温度进行滑窗遍历标注，得到初次标注后的烧炉数据。

在一个实施例中，所述根据实际情况，响应于用户设置的合适的目标窗口大小，对拱顶温度进行滑窗遍历标注，得到初次标注后的拱顶温度数据之后还包括：

对所述目标烧炉数据中拱顶温度分位数动态约束，修正标注；

对所述目标烧炉数据中拱顶温度平均值动态约束，修正标注；

对所述目标烧炉数据中烧炉时间分位数动态约束，修正标注，得到优化后的烧炉数据。

关于高炉热风炉生产历史数据自动标注系统的具体限定可以参见上文中对于高炉热风炉生产历史数据自动标注方法的限定，在此不再赘述。上述高炉热风炉生产历史数据自动标注系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入系统。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种高炉热风炉生产历史数据自动标注方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入系统可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，涉及上述实施例方法中的全部或部分流程。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，涉及上述实施例方法中的全部或部分流程。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(StaticRandomAccessMemory，SRAM)或动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory，DRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。