專利名稱：建筑異常能耗支路在線診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出的建筑異常能耗支路的在線診斷方法基于相空間重構(gòu)理論與一類分 類技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能耗支路異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，屬于綠色節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的落實(shí)，各地區(qū)很多機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑各能耗 支路的數(shù)據(jù)已經(jīng)上傳到數(shù)據(jù)中心，主要為實(shí)現(xiàn)能耗的分項(xiàng)計(jì)量和分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)的分項(xiàng)統(tǒng)計(jì) 展示。建筑支路能耗數(shù)據(jù)通常是海量信息，數(shù)據(jù)中包含著大量的信息，挖掘其中隱藏的有用 信息，為建筑業(yè)主或管理部門提供決策依據(jù)，意義重大。建筑能耗支路上的用電異常狀況， 可以通過分析一段時(shí)間該支路得能耗數(shù)據(jù)來進(jìn)行辨識(shí)。支路能耗數(shù)據(jù)可以作為一種時(shí)間序 列數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，近年來關(guān)于時(shí)間序列中的異常值檢測(cè)問題受到統(tǒng)計(jì)學(xué)界的重視，傳統(tǒng)的 檢測(cè)方法大多針對(duì)ARMA模型展開。傳統(tǒng)的模型方法在檢測(cè)線性時(shí)間序列中的異常值時(shí)效 果是很好的，并且模型具有很好的解釋性，但這些方法還很難應(yīng)用于較復(fù)雜的非線性時(shí)間 序列的異常值檢測(cè)中。建筑支路異常能耗分析傳統(tǒng)上可借助一些數(shù)學(xué)方法，如統(tǒng)計(jì)法、偏差法、密度法等 方法，所有這些數(shù)據(jù)的檢測(cè)方法的一個(gè)共同缺點(diǎn)是雖然能或多或少地檢測(cè)出建筑支路異 常能耗數(shù)據(jù)，但由于比較多地從數(shù)學(xué)的角度考慮算法，模型依賴性太強(qiáng)，缺乏廣泛的應(yīng)用價(jià) 值，只是在少數(shù)研究人員中進(jìn)行研究。除了在論文中為了說明算法的有效性所舉的例子外， 到目前為止有關(guān)應(yīng)用這些方法的文獻(xiàn)非常稀少。建筑支路異常經(jīng)常通過人工趨勢(shì)分析或利用一些統(tǒng)計(jì)工具加上人為分析來實(shí)現(xiàn)， 這樣做效率很低，面對(duì)一個(gè)建筑有幾十個(gè)能耗支路，人工分析很難進(jìn)行全面分析，更不可能 實(shí)現(xiàn)建筑異常能耗支路的在線診斷。

發(fā)明內(nèi)容
建筑異常能耗支路的在線診斷方法基于相空間重構(gòu)理論與一類分類技術(shù)，采用核 函數(shù)實(shí)現(xiàn)樣本點(diǎn)到高維特征空間的映射，本發(fā)明的方法在處理非線性建筑異常能耗支路數(shù) 據(jù)的異常值檢測(cè)問題時(shí)比傳統(tǒng)方法有較大的優(yōu)越性。本發(fā)明方法的設(shè)計(jì)思路如下首先將從能耗信息管理數(shù)據(jù)庫中讀取一段時(shí)間的某個(gè)建筑支路能耗數(shù)據(jù)信息，根 據(jù)相空間理論，將這些按時(shí)間排列的能耗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相空間中的點(diǎn)，然后對(duì)相空間實(shí)行一 類分類。一類分類采用支持向量機(jī)中的核映射思想，先用一個(gè)非線性映射將相空間中的樣 本點(diǎn)映射到高維特征空間，然后在特征空間中求包含所有樣本點(diǎn)的最小超球體，獲得原空 間中更緊致的優(yōu)化區(qū)域。根據(jù)分類樣本點(diǎn)中任意一個(gè)支持對(duì)象，求出最小半徑R。由于含異 常能耗值的相點(diǎn)通常遠(yuǎn)離正常軌道，所以只要選擇較小的懲罰因子C值，該異常值對(duì)應(yīng)的 相點(diǎn)必位于超球體外面。當(dāng)然，可能還有其它一些能耗數(shù)據(jù)相點(diǎn)也可能位于超球體外面，通 過確定這些能耗相點(diǎn)到超球體中心的距離與最小半徑R的比值，來判定響應(yīng)的能耗數(shù)據(jù)是否為異常數(shù)據(jù)，本方法的步驟具體如下(1)將建筑支路能耗時(shí)間序列數(shù)據(jù)根據(jù)相空間理論重構(gòu)到相空間；相空間重構(gòu) 時(shí)，選擇近期的相關(guān)支路能耗每小時(shí)數(shù)據(jù)，作為能耗時(shí)間序列數(shù)據(jù)，選擇當(dāng)前時(shí)間前某時(shí)刻 段能耗數(shù)據(jù)作為一個(gè)檢測(cè)矢量Z，同時(shí)選擇當(dāng)天之前某日期段的同一時(shí)段的能耗數(shù)據(jù)組成 不同日的矢量樣本數(shù)據(jù)，形成能耗數(shù)據(jù)相空間；(2)對(duì)相空間進(jìn)行一類分類，首先選擇初始參數(shù)，包括核函數(shù)的類型和其 中的參數(shù)，懲罰因子C。核函數(shù)的類型一般選擇徑向基核函數(shù)(RBF)R(Xi，Xp = exp (-1 I Xi-Xj I 172 σ 2)，在徑向基核函數(shù)中涉及兩個(gè)最重要參數(shù)一是懲罰因子C，一是參 數(shù)σ。利用交叉比對(duì)過程(Cross Validation)來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)懲罰因子C和參數(shù)σ的自動(dòng)搜 索，交叉比對(duì)過程由網(wǎng)格搜索法(grid-search)來實(shí)現(xiàn)；(3)采用一類分類方法求出各相點(diǎn)Lagrange系數(shù)α的值以及最小半徑R的值；
對(duì)于檢測(cè)矢量Ζ，代入公式
權(quán)利要求
1.一種建筑異常能耗支路的在線診斷方法，其特征是步驟包括(1)對(duì)整個(gè)建筑所有支路檢測(cè)，按照預(yù)定支路檢測(cè)順序循環(huán)進(jìn)行；(2)確定檢測(cè)基準(zhǔn)時(shí)間，若是支路第一次監(jiān)測(cè)，則從能耗信息管理數(shù)據(jù)庫中讀取支路能 耗信息，根據(jù)相空間理論重構(gòu)到相空間首先將從能耗信息管理數(shù)據(jù)庫中讀取當(dāng)前時(shí)間之前的固定時(shí)間的本支路能耗數(shù)據(jù)，將 這些按時(shí)間排列的能耗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相空間中的點(diǎn)，然后對(duì)相空間實(shí)行一類分類；所述一類分類采用支持向量機(jī)中的核映射思想，先用一個(gè)非線性映射將相空間中的樣 本點(diǎn)映射到高維特征空間，然后在該特征空間中求包含所有樣本點(diǎn)的最小超球體，獲得原 相空間中更緊致的優(yōu)化區(qū)域；根據(jù)分類樣本點(diǎn)中任意一個(gè)支持對(duì)象，求出超球體對(duì)應(yīng)的最 小半徑R ；通過對(duì)檢測(cè)到的某能耗數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的能耗相點(diǎn)到超球體中心的距離與最小半徑R的比 值，來判定相應(yīng)的能耗數(shù)據(jù)是否異常；3)當(dāng)檢測(cè)的能耗數(shù)據(jù)異常時(shí)，則給出能耗數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的支路異常報(bào)警信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑異常能耗支路的在線診斷方法，其特征是所述步驟2)中，(21)建筑能耗數(shù)據(jù)庫中，抽取檢測(cè)基準(zhǔn)時(shí)間之前固定時(shí)刻段的支路能耗數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù) 矢量，這個(gè)矢量為檢測(cè)矢量Z ；(22)抽取當(dāng)日之前某日期段內(nèi)同一時(shí)段的能耗數(shù)據(jù)矢量，并將這些數(shù)據(jù)矢量并行排列 起來形成訓(xùn)練矢量，訓(xùn)練矢量每個(gè)分量對(duì)應(yīng)相應(yīng)時(shí)刻的能耗值，這些數(shù)據(jù)組成能耗數(shù)據(jù)相 空間；(23)基于相空間樣本數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)格搜索法來實(shí)現(xiàn)對(duì)懲罰因子C和參數(shù)σ的自動(dòng)搜 索，這兩個(gè)參數(shù)作為徑向基核函數(shù)R(Xi; Xj) = exp(-| IXi-Xj |2/2σ2)的兩個(gè)參數(shù)，基于該 核函數(shù)對(duì)相空間進(jìn)行一類分類；(24)求出相空間各相點(diǎn)Lagrange系數(shù)α的值以及最小半徑R的值；(25)對(duì)于檢測(cè)矢量Ζ，代入公式/(Z)= i^^-fa^Z,式H^a1CXjii(H)，得到i=\ i=\ j=l該點(diǎn)到超球體中心的距離f (Z)；(26)計(jì)算f(Z)/R，如果得到的比值大于閥值，則可以判定對(duì)應(yīng)于該值的相點(diǎn)含異常 值，即當(dāng)前的能耗數(shù)據(jù)異常；如果某些值不大于閥值，則能耗數(shù)據(jù)正常。
全文摘要
一種建筑異常能耗支路的在線診斷方法，步驟包括(1)對(duì)整個(gè)建筑所有支路檢測(cè)，按照預(yù)定支路檢測(cè)順序循環(huán)進(jìn)行；(2)確定檢測(cè)基準(zhǔn)時(shí)間，若是支路第一次監(jiān)測(cè)，則從能耗信息管理數(shù)據(jù)庫中讀取支路能耗信息，根據(jù)相空間理論重構(gòu)到相空間；(3)當(dāng)檢測(cè)的能耗數(shù)據(jù)異常時(shí)，則給出能耗數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的支路異常報(bào)警信息。本方法提出了從建筑支路海量的能耗信息中進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)異常能耗數(shù)據(jù)的方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)建模，實(shí)時(shí)異常數(shù)據(jù)判斷，并可通過滾動(dòng)修正建立自適應(yīng)診斷模型。該方法基于相空間重構(gòu)理論和一類分類技術(shù)，采用核函數(shù)，解決了其它方法在處理非線性異常數(shù)據(jù)檢測(cè)問題。
文檔編號(hào)G06F17/30GK102004859SQ20101056781
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者俞輝, 唐桂忠, 張廣明, 路宏偉 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)