[發(fā)明專利]一種基于Getis-Ord Gi*的用電量多元空間聚類方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810297591.1
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108764272A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳理;陳曉;葉方彬;陳玉峰;鈕亮;余允濤;陳芳;夏未君;李熊
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)浙江海鹽縣供電有限公司;國網(wǎng)浙江省電力有限公司;中國計量大學(xué);浙江華云信息科技有限公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務(wù)所(普通合伙) 33206
• 代理人: 王曉燕

1.一種基于Getis-Ord Gi*的用電量多元空間聚類方法，其特征在于包括以下步驟：

1)獲取數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)來源為電力行業(yè)數(shù)據(jù)，包括農(nóng)、林、牧、漁業(yè)，工業(yè)，建筑業(yè)，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)，信息傳輸、計算機(jī)服務(wù)和軟件業(yè)，商業(yè)、住宿和餐飲業(yè)，金融、房地產(chǎn)、商務(wù)及居民服務(wù)業(yè)，公共事業(yè)及管理組織的電力數(shù)據(jù)；

2)對所在區(qū)域構(gòu)建空間依賴關(guān)系，確定空間權(quán)重；

3)對每個變量進(jìn)行空間自相關(guān)分析確定其存在空間依賴關(guān)系；

4)將屬性變量轉(zhuǎn)換為帶有空間元素的Gi*統(tǒng)計變量；

Gi*公式為：

式中，x_j是要素j的屬性值，w_i,j是要素i和j之間的空間權(quán)重，它是空間權(quán)重矩陣W的n×n元素，n為要素總數(shù)；將相鄰規(guī)則形成的空間權(quán)重轉(zhuǎn)換為距離權(quán)重參與G_i*測度，G_i*測度計算的是以第i個位置為中心其鄰居的值與空間權(quán)重的乘積之和與所有數(shù)據(jù)值總和的比值；

對Gi*做最小優(yōu)估計的z轉(zhuǎn)換形式；公式如下：

其中，W_i^*＝∑_jw_ij

x_j是要素j的屬性值，x_i是要素i的屬性值，n為區(qū)域單元數(shù),x為用電量，w_ij為空間權(quán)重；

通過Z(Gi*)重新構(gòu)建多變量空間矩陣；

5)對多變量空間矩陣采用輪廓線系數(shù)方法來確定最優(yōu)聚類數(shù)，然后采用k-means聚類方法來進(jìn)行聚類；

6)可視化聚類地圖，以識別哪些多產(chǎn)業(yè)用電區(qū)域為熱點區(qū)域，哪些區(qū)域為冷點區(qū)域。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Getis-Ord Gi*的用電量多元空間聚類方法，其特征在于：在步驟5)中，包括以下步驟：

501)給定一個空間權(quán)重W，為每個變量計算標(biāo)準(zhǔn)的局部Getis-Ord統(tǒng)計指數(shù)計算第i個單元(i＝1，…，n)中第j個變量(j＝1，…，p)的值將這些值組合成(n×p)維度的矩陣Z，其中Z的每個列代表其中一個變量的局部空間自相關(guān)模式，Z的每一行描述了每一個局部單元的聚類屬性構(gòu)成；

502)將k均值聚類算法應(yīng)用于這組空間結(jié)構(gòu)化的變量矩陣Z，依據(jù)既包含空間屬性又包含位置屬性的多元空間屬性來聚類觀察單元；k均值聚類是將一組數(shù)據(jù)劃分為預(yù)先設(shè)定好的k個簇，簇的質(zhì)心是k均值聚類的關(guān)鍵；通過迭代的方法，逐次更新各聚類中心的值，直至得到最好的聚類結(jié)果；對于選擇好k個質(zhì)心后，接下來將數(shù)據(jù)中的每個點與距離它最近的質(zhì)心聯(lián)系起來，如果無數(shù)據(jù)點與質(zhì)心相連，則質(zhì)心計算結(jié)束，否則，將第一步生成的圍繞質(zhì)心的樣本點求均值，作為新的質(zhì)心，再計算與其最近的樣本點的聚集情況，以此類推迭代，直到質(zhì)心點不再發(fā)生變動為止，質(zhì)心計算結(jié)束；

503)最優(yōu)主題數(shù)的確定；k均值聚類的目標(biāo)是最小化每一個類內(nèi)部的差異，最大化類之間的差異；聚類最優(yōu)數(shù)目采用silhouette方法來完成最優(yōu)聚類數(shù)目的尋找。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于Getis-Ord Gi*的用電量多元空間聚類方法，其特征在于：步驟5)中還包括步驟：

504)方差擬合優(yōu)度比較兩種聚類效果；

選擇方差擬合優(yōu)度GVF來評測空間聚類方法的效度，遵循聚類內(nèi)部要素要越具相似性且聚類之間要越具差異性的原則，并將其與非空間的k-means聚類進(jìn)行比較；方差擬合優(yōu)度是評價聚類精度的有效方法，公式如下：

其中z_i，i＝1,...,N是觀察值，且N為區(qū)域總數(shù)目；k為聚類數(shù)目，是聚類j中的觀察值的均值，N_j是聚類j中的區(qū)域數(shù)目；反映了聚類之間的差異性，反映了聚類內(nèi)部的要素的相似性；GVF越接近于1說明聚類內(nèi)容越相近；判斷GVF計算值是否超過設(shè)定的閾值，若是，則采用上述聚類方法，否則，重新選擇聚類方式。