本申请公开了一种GIS设备非线性振动行为分析方法及系统，包括：采用现场背景噪声作为基准噪声，通过低通滤波和高斯阈值滤波的两步滤波算法对非线性振动信号进行处理；联合时域、频域、时频域、相轨迹、模态振型、庞加莱映射截面六个角度对非线性振动信号的波形进行多类型图谱表征；从多类型图谱中对非线性振动信号进行多维参量的特征提取；根据提取的特征进行非线性振动信号的可视化定量分析。该方法可以解决环境干扰问题，实现全方位的图谱表征，直观的表现设备的非线性振动图谱规律特性，并且实现GIS设备异响非线性振动的可视化定量表征，有助于运维人员直观、准确地掌握GIS设备的机械振动状态，切实保障GIS设备安全可靠运行。