Mustererkennungsüberwachungen
Inhaltsverzeichnis
Für jedes Zählwerk, jeden Zähler und Energiefaktor sowie für Energiebereiche kann mit Hilfe dieser Aufgabe eine Mustererkennungs-Überwachung angelegt werden. Eine solche Überwachung besteht aus mehreren Mustern, mit deren Hilfe eingehende Verläufe geprüft werden. Angelegte Überwachungen können in tabellarischer Form verwaltet werden. Neue Überwachungen können erstellt und vorhandene bearbeitet und gelöscht werden. Durch Klick auf die Bezeichnung einer Überwachung öffnet sich deren Detailansicht, siehe unten.
Wichtig: Temperaturabhängige Überwachungen werden erst dann geprüft, falls neben den zu überwachenden Verbrauchsdaten/Werten auch die Tagesmitteltemperaturen der zugehörigen Wetterstation vorliegen. Eine Überwachung wird als temperaturabhängig definiert, falls für mindestens eins der Modelle in der Kalibrierungsphase Temperaturabhängigkeit festgestellt wurde. Modelle, die als verdächtig oder als Ausreißer markiert sind, werden grundsätzlich als temperaturunabhängig gewertet. Im Adaptivfall (ab Phase II, siehe unten) ist Temperaturabhängigkeit auch eine dynamische Eigenschaft. Für die freien Wetterstationen des DWD liegen aktuelle Temperaturdaten in der Regel mit einem Versatz von zwei Tagen vor. D.h. dass die Überwachung der temperaturabhängigen Datenreihen ebenfalls mit einem Zweitagesversatz erfolgt.
Video-Tutorial zur Mustererkennung (Sprache: Deutsch | Dauer: ca. 18 Minuten) Das Video zeigt Schritt für Schritt sowohl die manuelle als auch die automatische Erstellung von Mustererkennungsüberwachungen.
Detailansicht einer Überwachung
Nachdem in der Übersicht der Aufgabe: Überwachungen einer Mustererkennungsüberwachung ausgewählt wurde, um sie anzulegen, erscheinen die folgenden Detailansichten zur Auswahl der Einstellungen.
Tab "Einstellungen"
Überwachungseinstellung
Im oberen Teil der Seite können alle Einstellungen für die Überwachung getroffen werden.
Bezeichnung
Jede Überwachung benötigt eine Bezeichnung, mittels der sie in den Listen zu erkennen ist. Zur Kennzeichnung bzw. Gruppierung von Überwachungen können sog. Tags (deutsch Schlagwörter) vergeben werden. Wird eine Überwachung auf einer Energieliegenschaft angelegt, muss festgelegt werden, welcher Energiebereich überwacht werden soll.
Hinweis: Wenn keine Energienutzungen oder Energieerzeugungen auf einer Energieliegenschaft existieren, ist eine Überwachung nicht durchführbar und daher keine Auswahl des Energiebereiches möglich.
Auflösung
Mit der Auflösung wird festgelegt, in welcher Auflösung die eingegangenen Werte überprüft werden. Die feinste wählbare Auflösung entspricht der Auflösung des zu überwachenden Elements. Dieses muss mindestens eine Tagesauflösung vorweisen. Die Periode legt fest, in welchen Intervallen die eingegangenen Werte überwacht werden. Demzufolge muss die Periode immer größer als die Auflösung sein.
Beispiel: Für die Einstellung "Periode: Tag" und "Auflösung: Stunde" werden Tagesverlaufskurven (von 00: 00 bis 00: 00) in Stundenauflösung betrachtet.
Hinweis: Ein fehlendes Angebot von Auswahlmöglichkeiten kann folgende Gründe haben:
- Es wird versucht auf einer Energieliegenschaft eine Überwachung anzulegen, für die noch kein Energiebereich gewählt wurde.
- Die Auflösung der zu überwachenden Verbräuche ist größer als 1 Woche.
Aktiv
Eine Überwachung ist standardmäßig aktiv, im Fall einer temporären Verbrauchsänderung (z.B. wenn durch Handwerker im Haus ein erhöhter Stromverbrauch zu erwarten ist und eine Alarmierung somit unerwünscht), kann die Überwachung jedoch pausieren. Hierfür muss der Haken bei "Überwachung durchführen" entfernt werden und ein Enddatum für das Ende der Pause eingetragen werden.
Kalibrierung
Sollten jedoch innerhalb der Pause verbrauchsrelevante Veränderungen zu erwarten sein (z.B. wenn die Handwerker nicht nur das Foyer neu streichen, sondern auch eine neue Wärmedämmung an der Fassade angebracht wird), muss nach der Pause eine neue Kalibrierungsphase angestoßen werden. Optional kann der Beginn des neuen Kalibrierungszeitraums angegeben werden. Der Kalibrierungszeitraum sollte nicht vor Wirksamkeit der Veränderungen starten, da ein Vergleich der Daten nach einer verbrauchsrelevanten Veränderung zu Daten vor dieser Veränderung nicht zweckmäßig ist.
Wichtig: Für eine Neukalibrierung werden immer Daten für mindestens 4 Wochen benötigt, sollte dies nicht der Fall sein, pausiert die Überwachung bis Daten für 4 Wochen vorliegen. Sollte der neue Kalibrierungszeitraum nicht 365 Tage umfassen, so wird das adaptive Verfahren angewandt (siehe "Kalibrierungsverfahren").
Für die Kalibrierung einer Überwachung werden Daten zur Erstellung der Muster benötigt. Standardmäßig bestimmt das System automatisch den idealen Zeitraum auf Basis der Datenlage. Optional kann der Anwender auch einen frühesten Startzeitpunkt und/oder einen spätesten Endzeitpunkt für den Kalibrierungszeitraum festlegen, falls bestimmte historische Daten keinen Einfluss auf die erkannten Muster haben sollen.
Empfindlichkeit
Die Empfindlichkeit legt fest, wie ähnlich die eingehenden Verlaufskurven den Mustern sein müssen, um keine Auffälligkeit darzustellen. Die Empfindlichkeit ist eine Funktion der Standardabweichung. Je höher die Empfindlichkeit eingestellt ist, desto mehr Abweichungen werden als Auffälligkeiten registriert.
Die Mustererkennungsüberwachung prüft täglich eingehende Verbrauchsverläufe auf Abweichungen zu den im Kalibrierungszeitraum identifizierten zulässigen Modellen (siehe Punkt 1.1.3). Passt der geprüfte Verlauf einer Periode (z.B. Tagesverbrauch) zu keinem zulässigen Modell, so erkennt das System dies als Verletzung und generiert eine Auffälligkeit.
Relevanzschwelle
Unter Umständen sind nur länger anhaltende Auffälligkeiten von Interesse. In diesem Fall kann eine Relevanzschwelle größer 1 verwendet werden. Die Relevanzschwelle gibt an, ab welcher Anzahl aufeinanderfolgender Verletzungen eine Auffälligkeit als relevant erachtet und dem Anwender vom System zur Klassifizierung vorgelegt wird.
Beispiel: Es werden Tagesverbräuche in Stundenauflösung geprüft und eine Relevanzschwelle von 2 Verletzungen angewendet. Dies bedeutet, dass erst ab zwei aufeinanderfolgenden Tagesverbräuchen, die keinem zulässigen Modell zugeordnet werden können, eine (relevante) Auffälligkeit gemeldet wird.
Ausreißer
Innerhalb des Kalibrierungszeitraumes kann es Verlaufskurven geben, die zu keiner anderen Verlaufskurve passen und dadurch auffällig sind. Über diese sogenannten Ausreißer kann eine Auffälligkeit geschrieben werden. Standardmäßig ist dies nicht vonnöten, da die Ausreißer auch über die Liste der Muster (siehe 2.2 Liste der Modelle) zu finden sind.
Hinweis: Im Gegensatz zu einer Grenzwertüberwachung führt in der Mustererkennung nicht jeder Ausreißer aus einem Muster direkt zu einem verdächtigen Modell oder einer Auffälligkeit, da hier die Verlaufskurve als Ganzes betrachtet wird. Der Algorithmus betrachtet dabei die Summe über die eingestellte Auflösung der Werte und ermittelt daraus, ob der aufgetretene Ausreißer tatsächlich als verdächtig oder auffallend gilt, oder ob er sich über den Tag hinweg zu einem bereits bewerteten Profil zuordnen lässt oder in der Summe wieder innerhalb der Standardabweichung befindet. Somit wird dem Betrachter der Modelle eine erste Einschätzung bereits automatisch abgenommen, indem ihm nur noch solche Ausreißer angeboten werden, die der Algorithmus nicht über den Tagesverlauf oder die Menge der bereits bewerteten Verlaufskurven einordnen kann.
Temperatur & Wochentagstyp
Wenn das System während der Kalibrierung eine Abhängigkeit der Muster zur Temperatur feststellt, wird bei Wahl der Option diese Abhängigkeit auch bei der Prüfung der eingehenden Verlaufskurven beachtet. Bei der Überprüfung von eingehenden Verlaufskurven wird bei Wahl der Option auch der Wochentag beachtet.
Beispiel: Eine Verlaufskurve an einem Sonntag passt zu dem Verlauf eines bestimmten Musters. Dieses Muster enthält jedoch nur Verlaufskurven von Werktagen (Mo-Fr). Daher ergibt sich mit Wochentagstyp-Beachtung eine Auffälligkeit.
Informationen zum Status
Unterhalb der Überwachungseinstellungen wird das Datum angegeben, zudem die Überwachung das letzte Mal ausgeführt wurde. Darunter wird der letzte geprüfte Wert, also das Ende des letzten geprüften Periode aufgeführt. Es folgt die Angabe des aktuell gültigen Kalibrierungszeitraums sowie die Information, ob sich die Überwachung im adaptiven Modus (siehe unten) befindet.
Liste der Modelle
Innerhalb der Kalibrierung werden Muster in den historischen Daten erkannt und zulässige Modelle aus diesen Mustern erstellt. Nach der erfolgreichen Kalibrierung einer Überwachung wird im unteren Bereich der Seite der tatsächliche Kalibrierungszeitraum sowie eine Liste der zulässigen Modelle und der Ausreißer dargestellt.
Ein Modell kann 3 verschiede Zustände haben. Ein Modell ohne Zustandsbezeichnung ist ideal, da hier genügend ähnliche Verbrauchskurven im Kalibrierungszeitraum gefunden wurden, sodass das System dieses Modell ohne Bedenken zur Überprüfung neuer eingehender Verbrauchskurven heranziehen kann. Bilden nur sehr wenige Verbrauchskurven ein gemeinsames Muster, so wird das zugehörige Modell als verdächtig gekennzeichnet. Modelle mit der Zustandsbezeichnung Ausreißer sind einzelne Verlaufskurven, die zu keinem erkannten Muster passen. Diese Modelle werden als unzulässig angesehen und somit nicht für die Prüfung neuer Verlaufskurven herangezogen. Der Anwender kann bei Bedarf durch Setzen des Hakens auch solche Modelle als zulässig definieren.
Für jedes Modell können dessen Eigenschaften angezeigt werden.
Jedes Modell hat eine Bezeichnung, diese kann vom Anwender zur besseren Übersicht angepasst werden und über den Tab "Muster speichern" hinterlegt werden. Modelle, die vom System als zulässig klassifiziert werden, erhalten eine Bezeichnung, die alle Modelleigenschaften zusammenfasst. In folgender Tabelle ist aufgeführt welche Eigenschaft zu welchem Bezeichnungsteil führt.
| EIGENSCHAFT | AUSPRÄGUNG | MODELLZUGEHÖRIGE TAGE GILT MEHRHEITLICH |
|---|---|---|
| Tagestyp | Samstag | Samstag |
| Sonntag | Sonntag | |
| Wochenende | Samstag und Sonntag | |
| Werktag | Montag bis Freitag | |
| Werktag mit Samstag | Montag bis Samstag | |
| Tagtypunabhängig | Wochentagsverteilung passt zu keinem der oben genannten Bedingungen Bsp: Modell enthält vor allem Dienstage und Donnerstage oder alle Wochentagstypen sind gleichermaßen enthalten | |
| Temperatur | Sommer | Hohe Temperaturen |
| Winter | Niedrige Temperaturen | |
| Sommer und Winter | Hohe oder niedrige Temperaturen | |
| Übergangszeiten | gemäßigte Temperaturen | |
| Temperaturunabhängig | Temperaturverteilung passt zu keinem der oben genannten Bedingungen | |
| Verbrauch | Mittlerer Tagesverbrauch +/- Standardabweichung |
_Beispiel: In folgender Abbildung sind die Modelleigenschaften von "Tagtypunabhängig, Jahreszeitunabhängig, 3,45 +/- 1,4" dargestellt. Da keine Temperaturabhängigkeit existiert, werden keine Temperaturen aufgef_ührt.
Das Profil stellt das Mittel aller Verbrauchskurven aus dem Kalibrierungszeitraum dar, die für dieses Muster zusammengefasst wurden, in Form einer blauen Linie dar. Darüber hinaus kennzeichnet je eine graue Linie die mittlere Abweichung nach oben und unten.
Hinweis: Diese mittleren Abweichungen werden bestimmt, indem zu jedem Zeitpunkt entsprechend der in den Überwachungseinstellungen gewählten Auflösung die zugehörige Standardabweichung auf den Profilwert addiert bzw. davon abgezogen wird. Die Standardabweichung ist ein Begriff der Statistik, der die durchschnittliche Abweichung der Einzelwerte um den Mittelwert angibt, wobei die Richtung der Abweichung nicht beachtet wird. Ist diese Abweichung für einzelne Werte sehr groß, so kann es passieren, dass die Standardabweichung größer als der Profilwert ist, sodass es zu einem negativen Wert für die mittlere Abweichung nach unten kommt, obwohl die Einzelwerte alle positiv sind. Die Abbildung zeigt ein solches Beispiel.
Wurde in den Einstellungen der Überwachung das Einbeziehen der Temperatur gewählt und hat das System in der Kalibrierung eine Temperaturabhängigkeit für dieses Modell festgestellt, so steht eine Übersicht zur Temperaturverteilung der zum entsprechenden Muster gehörenden Daten aus dem Kalibrierungszeitraum zur Verfügung. Wurde in den Einstellungen der Überwachung das Einbeziehen des Wochentagtyps gewählt und hat das System in der Kalibrierung eine Wochentagsabhängigkeit für dieses Modell festgestellt, so steht eine Übersicht zur Wochentagsverteilung der zum entsprechenden Muster gehörenden Daten aus dem Kalibrierungszeitraum zur Verfügung. Schließlich werden die dem zugehörigen Muster zugeordneten Daten mit zugehörigem (Verbrauchs-)Wert innerhalb der Wertetabelle aufgelistet. Alle drei Tabellen richten sich bei der zeitlichen Auflösung nach der Periode aus.
Hinweis: Die automatische Prüfung der Überwachung findet standardmäßig ab dem letzten geprüften Wert statt und prüft alle ab diesem Zeitpunkt vorhandenen Daten. Durch Klick auf "Prüfung starten" kann eine neue Prüfung angestoßen werden, dabei öffnet sich ein Pop-Up in dem der zu prüfende Zeitraum angegeben wird. So kann z.B. nach einem Nachimport ein bereits geprüfter Zeitraum erneut geprüft werden.
Tab "Auffälligkeiten"
Unter den Auffälligkeiten wird eine Liste aller Auffälligkeiten angezeigt, die innerhalb dieser Überwachung gemeldet worden. Per Klick auf das Datum in der Liste springt man zu der entsprechenden Auffälligkeit. Über diese Auffälligkeiten können sich Anwender auch automatisch benachrichtigen lassen (vgl. Statusbenachrichtigungen).
Kalibrierungsverfahren
Für die Kalibrierung werden im Standardfall die Daten der letzten 365 Tage zur Erkennung von Mustern herangezogen. Stehen nicht genügend Daten zur Verfügung, bspw. nach einer Neukalibrierung durch in Folge verbrauchsrelevanter Änderungen, so wird ein adaptives Verfahren durchgeführt. Hierbei dauert die Kalibrierungsphase so lang an, bis die benötigte Länge des Kalibrierungszeitraums von 365 Tagen erreicht ist. In dieser Zeit werden mit steigenden zeitlichen Abständen Neukalibrierungen auf Basis der bis dahin verfügbaren Daten durchgeführt. Pausiert die Überwachung nicht, befindet sich aber noch in der Kalibrierungsphase, wird automatisch eine einkommende Verlaufskurve dem passenden Modell hinzugefügt bzw. ein neues Modell erstellt. Die neuen Modelle werden nicht automatisch als zulässig gekennzeichnet und bedürfen zuerst einer Freigabe durch den Anwender, bevor sie zur Prüfung neuer Verlaufskurven herangezogen werden können.
Weiterführende Informationen
Zugehörige Aufgaben: