[發明專利]一種基于約束優化的缺失能耗數據填補方法

有效

• 申請號: 201911062535.0
• 申請日: 2019-11-03
• 公開（公告）號: CN111046026B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 盧暾;曾彬;丁向華;張鵬;顧寧
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G06F16/215
• 分類號: G06F16/215;G06F16/2458;G06Q50/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.基于約束優化的缺失能耗數據填補方法，其特征在于，利用KNN的思想，使用DTW作為相似性度量，在不等長時間序列集中，提取前K條與存在缺失數據時間序列相似的曲線；然后，通過最小化缺失區間填補值與K條相似曲線的歐式距離，同時以填補值總和等于固定值為約束，將問題轉化為連續等式約束優化問題；最終通過拉個朗日乘數法求解，完成填補；

具體步驟如下：

第一步，提取K個相似時間序列：采用DTW時間序列相似性度量，計算出與缺失時間序列前一周和后一周，最相似的K個時間序列，時間粒度為小時，即每小時一個數據點；

第二步，計算數據點占區間總和比例：計算K個時間序列中，每個序列缺失區間所對應的各個數據點，占區間能耗總和的比例；用x_kn表示第k個時間序列，缺失區間第n個數據點占區間能耗總和的比例；

第三步，將問題轉化為等式約束優化問題：用x_mn表示缺失時間序列缺失區間中，第n個待求的缺失數據點占區間數據總和的比例；通過最小化缺失時間序列中，各個缺失數據點比例與K個時間序列對應的數據點比例的歐式距離，同時滿足缺失數據點比例總和為1，求得N個待求的缺失數據點占區間能耗總和的比例，具體表達式如下：

最小化問題：

滿足

x_mn∈(0,1)(3.3)

式中，N表示缺失區間數據點的個數，K表示相似時間序列個數；

第四步，利用拉格朗日乘數法，求解上述等式約束優化問題：定義拉格朗日函數，通過加權，將(3.2)式中的約束引入目標函數(3.1)中：

對上式關于x和λ求偏導，經整理得x_mn的表達式：

其中，

2.根據權利要求1所述的缺失能耗數據填補方法，其特征在于，對缺失能耗數據進行填補前，對缺失區間進行建模，缺失區間的定義如下：

GapID,AnalogNo,StartTime,EndTime,Lvalue,Rvalue,Status

ID為缺失區間的唯一標識，AnalogNo是模擬量編號，即測點編號，StartTime是缺失區間的起始時間，EndTime是缺失區間的結束時間，Lvalue是缺失區間的左邊界電表讀數，Rvalue是缺失區間的右邊界電表讀數，Status是缺失區間的填補狀態，記錄當前區間是否被填補過；將Rvalue和Lvalue進行相減就可以得到該缺失區間時間段內的能耗值。

3.根據權利要求1或2所述的缺失能耗數據填補方法，其特征在于，設計缺失能耗區間填補工具系統，系統分為三層：定時器、緩存和數據庫；其中：

(1)定時器，包括檢測定時器和填補定時器；檢測定時器創建兩個線程，一個用于預處理前三周能耗數據，另一個線程用于檢測近24小時的缺失區間，以及緩存近24小時的能耗數據；填補定時器定時每周對上一周缺失數據進行填補，填補的前提是前三周能耗數據已經預處理完成，且當前沒有在進行填補，若當前已經正在填補，一分鐘之后重新進行填補條件判斷；

(2)緩存，將填補時需要的部分數據，緩存到內存；根據算法需要，緩存所有測點近三周的小時能耗數據，以及測點間的拓撲結構；

(3)數據庫，主要用于存儲歷史能耗數據、缺失區間的填補狀態和填補數據；數據庫中有四張表：歷史小時表、小時數據表、填補狀態表、填補數據表；歷史小時表存儲每個測點的歷史每個時間點的電表讀數，小時數據表存儲每個測點當前小時的電表讀數，填補狀態表存儲每個測點各個缺失時間區間的填補狀態，填補數據表存儲填補之后每個測點各個時間點的電表讀數。