(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211314377.5 (22)申请日 2022.10.26 (71)申请人 山东省计算中心 （国家超 级计算济 南中心） 地址 250000 山东省济南市历下区科院路 19号 (72)发明人 赵大伟　唐超凡　徐丽娟　陈川　 李鑫　仝丰华　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 李琳 (51)Int.Cl. G05B 23/02(2006.01) G06K 9/62(2022.01) G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 基于图神经和门控循环网络的工控异常检 测方法及系统 (57)摘要 本发明属于工业控制系统异常检测技术领 域， 提供了一种基于图神经和门控循环网络的工 控异常检测方法及系统， 首先将传感器的时序数 据转化为 嵌入向量的形式， 显式地对不同特征的 相关性进行建模， 将结构学习方法与图神经网络 相结合， 利用门控循环网络深入挖掘多元时间序 列间的潜在关系， 同时结合注 意力机制为检测到 的异常提供可解释性； 本发明能够有效实现对工 业控制系统数据的异常检测， 能够实现出色的检 测性能。 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 CN 115373374 A 2022.11.22 CN 115373374 A 1.基于图神经和门控循环网络的工控异常检测方法， 其特 征在于， 包括： 获取工业控制系统中每 个传感器的时序数据； 依据时序数据， 建立包 含每个传感器时序数据的嵌入向量； 基于图神经网络， 得到每 个嵌入向量之间的依赖关系； 在得到每个嵌入向量之间依赖关系的基础上， 基于门控循环网络， 预测得到某一时刻 的传感器向量； 计算得到传感器向量的偏差， 并对偏差进行定位和解释。 2.如权利要求1所述的基于图神经和门控循环网络的工控异常检测方法， 其特征在于， 所有嵌入向量之间的相似性表明行为的相似性。 3.如权利要求1所述的基于图神经和门控循环网络的工控异常检测方法， 其特征在于， 基于图神经网络， 通过使用每个传感器的前 k个邻居来学习稀疏邻接矩阵来 实现， 并计算出 节点的嵌入向量与其相 邻向量的相似度； 其中， 节点表示传感器， 边则表示它们之间的依赖 关系。 4.如权利要求3所述的基于图神经和门控循环网络的工控异常检测方法， 其特征在于， 将工控工业控制系统的时序数据进行归一 化， 得到任意两个传感器之间的余弦相似度。 5.如权利要求4所述的基于图神经和门控循环网络的工控异常检测方法， 其特征在于， 图结构的先验信息表示为每个传感器的候选关系集合， 候选关系为可能存在依赖关系的传 感器； 若不知道任何先验信息， 则传感器的候选关系为所有传感器。 6.如权利要求5所述的基于图神经和门控循环网络的工控异常检测方法， 其特征在于， 传感器i的嵌入向量与传感器 j的嵌入向量之间的相似性 为： 其中，Topk是返回k个最近节点的索引； 是指示函数； eki是传感器 k和传感器 i之间的余 弦相似度； Ci是候选关系。 7.如权利要求1所述的基于图神经和门控循环网络的工控异常检测方法， 其特征在于， 对嵌入向量进 行特征提取， 确定不同类型传感器的不同行为； 采用门控循环网络， 将特征提 取后的嵌入向量作为输入， 结合注意力机制预测某一时刻的传感器向量。 8.如权利要求1所述的基于图神经和门控循环网络的工控异常检测方法， 其特征在于， 从特征提取器中， 获得节点特征向量， 将节点特征向量与传感器嵌入向量进行逐元素相乘， 使用所有节点的结果作为全连接层的输入， 来预测传感器向量行为 值。 9.如权利要求1所述的基于图神经和门控循环网络的工控异常检测方法， 其特征在于， 每个传感器的异常分数通过将某一时刻的预测行为数据与观察到的行为数据进行比较， 计 算预测行为数据与观察到的行为数据两者的误差值， 利用不同传感器行为特征 的差异性， 对误差值进 行归一化操作； 对传感器进 行模糊定位， 计算某 一时刻处的总体异常， 并对传感 器的行为特 征数据进行聚合操作， 判断存在异常传感器的范围。 10.基于图神经和门控循环网络的工控异常检测系统， 其特 征在于， 包括： 数据采集模块， 被 配置为： 获取工业控制系统中每 个传感器的时序数据； 嵌入向量建立模块， 被配置为： 依据时序 数据， 建立包含每个传感器时序 数据的嵌入向 量；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115373374 A 2依赖关系计算模块， 被 配置为： 基于图神经网络， 得到每 个嵌入向量之间的依赖关系； 传感器向量计算模块， 被配置为： 在得到每个嵌入向量之间依赖关系的基础上， 基于门 控循环网络， 预测得到某一时刻的传感器向量； 偏差计算模块， 被 配置为： 计算得到传感器向量的偏差， 并对偏差进行定位和解释。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115373374 A 3