基于偏差度量的时序监控视图自动生成与动态更新方法与流程

本发明涉及数据监控与可视化领域，特别涉及基于偏差度量的时序监控视图自动生成与动态更新方法。

背景技术：

1、随着工业生产系统、能源管理系统、网络运维系统及业务监控系统的规模不断扩大，系统中需要持续监控的设备状态、运行参数及业务指标数量逐渐增加。各监控指标通常以时序数据的形式连续产生，监控平台通过趋势曲线、状态卡片、告警列表等监控视图对所述时序数据进行展示，以便管理人员了解系统运行状态并及时发现异常。

2、现有监控视图大多根据预先配置的固定模板生成，各监控指标在视图中的显示位置、排列顺序及关联关系通常需要人工设置。当监控指标数量较多时，固定监控视图容易同时呈现大量相互独立的曲线和告警信息，难以直观反映不同异常指标之间的先后关系及传播过程。部分监控系统虽然能够根据监控指标相对于历史均值或预设阈值的偏离程度识别异常，但通常仅对各监控指标进行独立判断，未充分考虑不同监控指标之间的预设传播关系以及偏差发生时刻之间的时间差异。

3、在具有设备连接关系、生产流程关系、物料传递关系或业务调用关系的监控系统中，一个上游指标发生偏差后，可能经过一定传播时滞引起下游指标发生偏差。不同传播关系所对应的传播时滞通常并不相同，且监控数据的采样频率、数据传输延迟和偏差触发条件也可能对偏差起始时刻产生影响。仅根据多个指标是否同时异常或者指标之间的相关程度，难以准确区分处于同一偏差传播过程中的指标与偶然同时发生偏差的指标，容易造成传播链路识别不准确。

4、此外，现有监控视图在接收到新增时序数据后，通常采用整体刷新或重新布局的方式进行更新。即使仅有少数监控指标或传播关系发生变化，也可能重新生成整个监控视图，不仅增加数据处理和布局计算量，还可能导致视图单元的位置及展示结构频繁变化，不利于用户持续观察异常传播过程。

5、为此，提出基于偏差度量的时序监控视图自动生成与动态更新方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供基于偏差度量的时序监控视图自动生成与动态更新方法，可以有效解决背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为，

3、基于偏差度量的时序监控视图自动生成与动态更新方法，包括以下步骤：

4、s1、获取目标监控系统在当前分析时段内的多个监控指标的时序监控数据、各监控指标对应的正常基准时序以及指标关系图；其中，所述指标关系图中的节点表示监控指标，有向连接边表示监控指标之间的预设传播关系，各有向连接边具有对应的基准传播时滞；

5、s2、对各监控指标的时序监控数据进行预处理，将预处理后的时序监控数据校正至统一时间轴，根据各监控指标的时序监控数据与对应的正常基准时序确定各监控指标的偏差度，并将达到预设偏差判定条件且具有偏差起始时刻的监控指标确定为偏差监控指标；

6、s3、针对所述指标关系图中存在有向连接边的上游偏差监控指标和下游偏差监控指标，根据二者的偏差起始时刻确定实际偏差发生时差，并根据所述实际偏差发生时差与对应有向连接边的基准传播时滞确定传播时滞残差；

7、s4、根据所述实际偏差发生时差和传播时滞残差，从所述指标关系图的有向连接边中筛选当前有效传播连接边，由所述偏差监控指标和当前有效传播连接边构建当前传播子图，将所述当前传播子图中不存在当前有效上游连接边的偏差监控指标确定为候选首发偏差节点，并从所述候选首发偏差节点出发，沿所述当前有效传播连接边连接后续偏差监控指标，形成候选偏差传播链，根据各候选偏差传播链的链路评价值确定至少一条目标偏差传播链；

8、s5、根据所述目标偏差传播链中的偏差监控指标、传播顺序、偏差起始时刻和当前有效传播连接边，生成对应的视图数据和布局参数，并根据所述视图数据和布局参数生成时序监控视图；

9、s6、根据新增时序监控数据更新各监控指标的偏差度、偏差状态和所述目标偏差传播链，根据更新前后的目标偏差传播链之间的差异确定受影响视图单元，仅更新所述受影响视图单元对应的视图数据和布局参数，并沿用未受影响视图单元的既有视图数据和布局参数，生成更新后的时序监控视图。

10、进一步的，步骤s2中，所述预处理包括时间戳校正、重复数据去除、采样频率统一和缺失数据补充中的至少一种；步骤s1中，所述正常基准时序的确定过程包括：获取所述当前分析时段对应的当前工况特征，从历史监控数据中筛选工况特征与所述当前工况特征满足预设相似条件的历史时段，并根据筛选出的历史时段内对应监控指标的历史时序数据确定所述正常基准时序；其中，所述当前工况特征包括运行阶段、运行负载、生产任务、环境状态和业务流量等级中的至少一种。

11、进一步的，第个监控指标的偏差度按照下式确定：

12、

13、其中，表示第个监控指标的偏差度，表示第个监控指标在第种偏差维度下的归一化偏差值，表示第种偏差维度对应的预设权重，表示偏差维度的数量，且：

14、

15、所述偏差维度包括数值偏差、趋势偏差、波动偏差、变化速率偏差和周期偏差中的至少两种；当所述偏差度达到预设进入阈值并持续达到预设持续时长时，将首次达到所述预设进入阈值的时刻确定为所述偏差起始时刻，并将对应监控指标确定为所述偏差监控指标；当所述偏差度降低至预设退出阈值以下并持续达到预设恢复时长时，将所述偏差监控指标的偏差状态调整为恢复状态，并在预设传播保留时长内保留其偏差起始时刻，所述预设退出阈值小于所述预设进入阈值。

16、进一步的，所述实际偏差发生时差和传播时滞残差分别按照下式确定：

17、

18、

19、其中，表示上游偏差监控指标的偏差起始时刻，表示下游偏差监控指标的偏差起始时刻，表示所述实际偏差发生时差，表示上游偏差监控指标向下游偏差监控指标传播的基准传播时滞，表示对应有向连接边的传播时滞残差；当所述实际偏差发生时差满足：

20、

21、且所述传播时滞残差不大于对应的预设残差阈值时，将对应有向连接边确定为所述当前有效传播连接边；

22、其中，表示对应有向连接边的偏差起始时刻检测容差，用于补偿上游偏差监控指标与下游偏差监控指标在采样频率或偏差触发时刻上的差异。

23、进一步的，当同一下游偏差监控指标对应多个满足当前有效传播连接边筛选条件的候选上游连接边时，按照传播时滞残差由小到大的顺序对所述候选上游连接边进行排序；当排序靠前的多个候选上游连接边的传播时滞残差之间的差值不大于预设冲突容差时，按照各候选上游连接边对应的上游偏差监控指标在所述当前传播子图中的连续有效上游连接边数量由多到少的顺序进行排序；当所述连续有效上游连接边数量相同时，按照各候选上游连接边对应的上游偏差监控指标的偏差起始时刻由早到晚的顺序进行排序，并选取最终排序首位的一条候选上游连接边作为所述下游偏差监控指标的当前有效上游连接边。

24、进一步的，第条候选偏差传播链的链路评价值按照下式确定：

25、

26、其中：

27、

28、

29、表示第条候选偏差传播链的链路评价值，表示第条候选偏差传播链的归一化节点数量，表示第条候选偏差传播链包含的偏差监控指标数量，表示各候选偏差传播链中的最大偏差监控指标数量，表示第条候选偏差传播链中的当前有效传播连接边集合，表示所述当前有效传播连接边集合中包含的当前有效传播连接边数量，且不小于1；，表示第条候选偏差传播链的归一化平均传播时滞残差，表示有向连接边对应的预设残差阈值，表示第条候选偏差传播链的链路连续性，、和表示预设权重，且三者之和为1；

30、所述链路连续性表示候选偏差传播链中的当前有效传播连接边在对应预设传播路径上的连续程度，所述链路连续性的取值范围为0至1，候选偏差传播链中缺失的预设中间传播连接边越少，所述链路连续性越大；

31、针对各候选首发偏差节点对应的多条候选偏差传播链，分别将链路评价值最大的候选偏差传播链确定为目标偏差传播链。

32、进一步的，所述时序监控视图包括指标节点视图单元、传播连接视图单元和时序曲线视图单元；生成所述时序监控视图，包括：按照所述目标偏差传播链的传播顺序确定各指标节点视图单元的排列顺序和层级参数；根据相邻偏差监控指标之间的当前有效传播连接边，生成对应的传播连接视图单元，并将实际偏差发生时差、基准传播时滞和传播时滞残差中的至少一种写入所述传播连接视图单元的视图数据；以所述候选首发偏差节点的偏差起始时刻为时间对齐基准，对所述目标偏差传播链中各偏差监控指标的时序监控数据进行时间对齐，并生成所述时序曲线视图单元；将未被纳入所述目标偏差传播链的偏差监控指标对应的视图单元设置于独立于所述目标偏差传播链的旁支视图区域。

33、进一步的，更新所述目标偏差传播链和时序监控视图，包括：当新增偏差监控指标与所述目标偏差传播链中的偏差监控指标之间形成当前有效传播连接边时，将所述新增偏差监控指标接入所述目标偏差传播链；当所述目标偏差传播链中的偏差监控指标处于恢复状态并持续达到预设传播保留时长，且不再构成其他偏差监控指标的当前有效传播路径时，将对应偏差监控指标从所述目标偏差传播链中移除；当当前有效传播连接边发生新增、删除或上游连接边替换时，更新对应的目标偏差传播链；根据更新前后的目标偏差传播链中的节点集合和当前有效传播连接边集合的差异，确定所述受影响视图单元，并对所述受影响视图单元执行视图数据更新、布局参数更新、新增或删除中的至少一种操作。

34、基于偏差度量的时序监控视图自动生成与动态更新系统，包括数据获取接口、存储器、处理器和监控视图输出接口，所述存储器存储有计算机程序、多个监控指标的正常基准时序以及指标关系图，所述指标关系图中的节点表示监控指标，有向连接边表示监控指标之间的预设传播关系，各有向连接边具有对应的基准传播时滞，所述计算机程序被所述处理器执行时，使所述处理器配置有：

35、数据预处理模块，用于对通过所述数据获取接口获取的各监控指标的时序监控数据进行预处理，并将预处理后的时序监控数据校正至统一时间轴；

36、偏差确定模块，用于根据各监控指标的时序监控数据与对应的正常基准时序确定各监控指标的偏差度，并将达到预设偏差判定条件且具有偏差起始时刻的监控指标确定为偏差监控指标；

37、传播时滞残差计算模块，用于根据存在有向连接边的上游偏差监控指标和下游偏差监控指标的偏差起始时刻确定实际偏差发生时差，并根据所述实际偏差发生时差与对应的基准传播时滞确定传播时滞残差；

38、偏差传播链构建模块，用于根据所述实际偏差发生时差和传播时滞残差筛选当前有效传播连接边，根据所述偏差监控指标和当前有效传播连接边构建候选偏差传播链，并根据链路评价值确定至少一条目标偏差传播链；

39、监控视图生成模块，用于根据所述目标偏差传播链生成对应的视图数据和布局参数，并根据所述视图数据和布局参数生成时序监控视图；

40、动态更新模块，用于根据新增时序监控数据更新各监控指标的偏差度、偏差状态和目标偏差传播链，根据更新前后的目标偏差传播链之间的差异确定受影响视图单元，仅更新所述受影响视图单元对应的视图数据和布局参数，并沿用未受影响视图单元的既有视图数据和布局参数；

41、所述监控视图输出接口用于输出更新后的时序监控视图。

42、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述的方法步骤。

43、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果，

44、1、本发明根据各监控指标的时序监控数据与正常基准时序确定偏差度和偏差起始时刻，并结合指标关系图中的基准传播时滞计算传播时滞残差，能够从多个偏差监控指标中筛选符合预设传播规律的有效传播连接边，减少偶发偏差或并发偏差对传播关系判断的干扰。

45、2、本发明利用偏差监控指标和当前有效传播连接边构建候选偏差传播链，并综合候选偏差传播链的节点数量、传播时滞残差和链路连续性确定目标偏差传播链，能够较为准确地反映偏差的首发位置、传播方向及传播过程，提高监控结果的关联性和可解释性。

46、3、本发明根据目标偏差传播链自动生成指标节点视图单元、传播连接视图单元和时序曲线视图单元，使监控视图的组成、排列顺序及展示内容能够随当前偏差传播过程自动调整，减少人工配置监控页面的工作量，并便于用户快速识别异常传播链路。

47、4、本发明根据更新前后的目标偏差传播链之间的差异确定受影响视图单元，仅更新所述受影响视图单元对应的视图数据和布局参数，同时沿用未受影响视图单元的既有视图数据和布局参数，能够减少监控视图整体重构产生的计算开销和布局跳变，保持动态监控过程的连续性和稳定性。