[發(fā)明專利]一種基于膠囊網(wǎng)絡(luò)的非侵入式負(fù)荷監(jiān)測方法與系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111881793A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王芮;楊東升;周博文;張化光;金碩巍;閆士杰;羅艷紅;劉鑫蕊;楊波;孫振奧;梁雪;劉振偉;王智良
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08;G01R31/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發(fā)明公開一種基于膠囊網(wǎng)絡(luò)的非侵入式負(fù)荷監(jiān)測方法與系統(tǒng)，屬于負(fù)荷監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)和方法在房屋的總線處采集電壓和電流數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理；然后進(jìn)行事件檢測，構(gòu)成電壓電流圖像，并對圖像進(jìn)行二值化處理；其次使用膠囊網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練負(fù)荷分解模型，最后利用得到的最優(yōu)負(fù)荷分解模型辨識新的總線數(shù)據(jù)，計算各個設(shè)備的用電情況。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法采用非侵入式方法進(jìn)行負(fù)荷監(jiān)測，免于安裝大量用電數(shù)據(jù)采集裝置，提供了對家庭負(fù)荷投切情況進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)方法，便于了解家庭用電詳情，促進(jìn)科學(xué)合理用電。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及負(fù)荷監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于膠囊網(wǎng)絡(luò)的非侵入式負(fù)荷監(jiān)測方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著越來越多家用電器的普及，電能在居民日常開銷中所占比重逐漸增加，無論從全社會還是居民用電節(jié)約的角度考慮，智能用電都是必然的趨勢。智能用電的前提是了解用電設(shè)備的運(yùn)行特性及個人用電習(xí)慣，合理計劃用電，減少不必要的浪費，對損壞和故障的用電設(shè)備及早進(jìn)行修理或更換，避免既浪費電能又無法發(fā)揮其最大能力的情況。

了解家庭用電設(shè)備的運(yùn)行，最簡單的方法是在各個用電設(shè)備前加裝數(shù)據(jù)采集裝置，收集用電信息。這種方法可以直觀地了解到用電設(shè)備的使用情況，但現(xiàn)代家庭用電設(shè)備繁多，此方法需要大量數(shù)據(jù)采集裝置，有一定經(jīng)濟(jì)上的要求。隨著科技的發(fā)展，非侵入式負(fù)荷監(jiān)測方法應(yīng)運(yùn)而生。該方法僅在房屋總線處安裝用電數(shù)據(jù)采集裝置，使用總線數(shù)據(jù)或總線數(shù)據(jù)所提取的特征，通過適宜的負(fù)荷分解方法，得到各個用電設(shè)備的運(yùn)行信息。當(dāng)前非侵入式負(fù)荷辨識的方法主要分為兩大類：無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法和監(jiān)督學(xué)習(xí)方法。監(jiān)督學(xué)習(xí)方法占據(jù)了研究的主流，又可細(xì)分為數(shù)據(jù)信號處理和人工智能方法兩類。人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的使用越來越廣泛，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、長短期記憶網(wǎng)絡(luò)、去噪自動編碼器、生成對抗網(wǎng)絡(luò)等都是常用的人工智能方法。當(dāng)前卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷辨識效果最好，但卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的池化層會丟失大量的信息，降低空間分辨率。新提出的膠囊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在特征學(xué)習(xí)過程中保留細(xì)節(jié)的姿態(tài)信息，如對象的準(zhǔn)確位置、旋轉(zhuǎn)、厚度、傾斜度、尺寸等，可以學(xué)習(xí)更細(xì)節(jié)的特征，因此本發(fā)明使用膠囊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決非侵入式負(fù)荷辨識問題，以期訓(xùn)練出準(zhǔn)確度高的負(fù)荷分解模型。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于膠囊網(wǎng)絡(luò)的非侵入式負(fù)荷監(jiān)測方法與系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種基于膠囊網(wǎng)絡(luò)的非侵入式負(fù)荷監(jiān)測方法，包括如下步驟：

步驟1：采集房屋總線的電壓和電流數(shù)據(jù)，并構(gòu)造成電壓序列V_seq＝{v₁,v₂,v₃,…,v_L}和電流序列I_seq＝{i₁,i₂,i₃,…,i_L}，其中L是序列的長度；

步驟2：對電壓、電流序列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括：去除明顯的異常值、缺失數(shù)據(jù)的填補(bǔ)及降噪；

所述缺失數(shù)據(jù)的填補(bǔ)采用Hermite插值法，所述降噪采用中值濾波法。

步驟3：進(jìn)行事件檢測，提取單個設(shè)備在負(fù)荷投切時的電壓、電流數(shù)據(jù)；

步驟3.1：對電流序列進(jìn)行事件檢測，用快速傅里葉變換計算電流相位角，計算相鄰兩個周期同相位角時刻電流差值的絕對值，如果這個絕對值連續(xù)幾個周期大于設(shè)定好的閾值，則判定發(fā)生了負(fù)荷投切事件；

步驟3.2：將發(fā)生負(fù)荷投切事件的時間段截取出來，形成電流事件片段序列I_event；

步驟3.3：在電壓序列中，搜索相同負(fù)荷投切事件時間段，截取得到電壓事件片段序列V_event。

步驟4：將步驟3提取的數(shù)據(jù)構(gòu)成電壓、電流軌跡圖像，并對圖像進(jìn)行二值化處理；