[发明专利]建筑异常能耗支路在线诊断方法

说明书

技术领域

本发明提出的建筑异常能耗支路的在线诊断方法基于相空间重构理论与一类分类技术，实现对建筑能耗支路异常数据进行检测，属于绿色节能技术领域。

背景技术

随着国家节能减排政策的落实，各地区很多机关办公建筑和大型公共建筑各能耗支路的数据已经上传到数据中心，主要为实现能耗的分项计量和分项能耗数据的分项统计展示。建筑支路能耗数据通常是海量信息，数据中包含着大量的信息，挖掘其中隐藏的有用信息，为建筑业主或管理部门提供决策依据，意义重大。建筑能耗支路上的用电异常状况，可以通过分析一段时间该支路得能耗数据来进行辨识。支路能耗数据可以作为一种时间序列数据进行研究，近年来关于时间序列中的异常值检测问题受到统计学界的重视，传统的检测方法大多针对ARMA模型展开。传统的模型方法在检测线性时间序列中的异常值时效果是很好的，并且模型具有很好的解释性，但这些方法还很难应用于较复杂的非线性时间序列的异常值检测中。

建筑支路异常能耗分析传统上可借助一些数学方法，如统计法、偏差法、密度法等方法，所有这些数据的检测方法的一个共同缺点是：虽然能或多或少地检测出建筑支路异常能耗数据，但由于比较多地从数学的角度考虑算法，模型依赖性太强，缺乏广泛的应用价值，只是在少数研究人员中进行研究。除了在论文中为了说明算法的有效性所举的例子外，到目前为止有关应用这些方法的文献非常稀少。

建筑支路异常经常通过人工趋势分析或利用一些统计工具加上人为分析来实现，这样做效率很低，面对一个建筑有几十个能耗支路，人工分析很难进行全面分析，更不可能实现建筑异常能耗支路的在线诊断。

发明内容

建筑异常能耗支路的在线诊断方法基于相空间重构理论与一类分类技术，采用核函数实现样本点到高维特征空间的映射，本发明的方法在处理非线性建筑异常能耗支路数据的异常值检测问题时比传统方法有较大的优越性。

本发明方法的设计思路如下：

首先将从能耗信息管理数据库中读取一段时间的某个建筑支路能耗数据信息，根据相空间理论，将这些按时间排列的能耗数据转化成相空间中的点，然后对相空间实行一类分类。一类分类采用支持向量机中的核映射思想，先用一个非线性映射将相空间中的样本点映射到高维特征空间，然后在特征空间中求包含所有样本点的最小超球体，获得原空间中更紧致的优化区域。根据分类样本点中任意一个支持对象，求出最小半径R。由于含异常能耗值的相点通常远离正常轨道，所以只要选择较小的惩罚因子C值，该异常值对应的相点必位于超球体外面。当然，可能还有其它一些能耗数据相点也可能位于超球体外面，通过确定这些能耗相点到超球体中心的距离与最小半径R的比值，来判定响应的能耗数据是否为异常数据，

本方法的步骤具体如下：

(1)将建筑支路能耗时间序列数据根据相空间理论重构到相空间；相空间重构时，选择近期的相关支路能耗每小时数据，作为能耗时间序列数据，选择当前时间前某时刻段能耗数据作为一个检测矢量Z，同时选择当天之前某日期段的同一时段的能耗数据组成不同日的矢量样本数据，形成能耗数据相空间；

(2)对相空间进行一类分类，首先选择初始参数，包括核函数的类型和其中的参数，惩罚因子C。核函数的类型一般选择径向基核函数(RBF)R(X_i，X_j)＝exp(-||X_i-X_j||²/2σ²)，在径向基核函数中涉及两个最重要参数：一是惩罚因子C，一是参数σ。利用交叉比对过程(Cross Validation)来实现最优惩罚因子C和参数σ的自动搜索，交叉比对过程由网格搜索法(grid-search)来实现；

(3)采用一类分类方法求出各相点Lagrange系数α的值以及最小半径R的值；对于检测矢量Z，代入公式得到该点到超球体中心的距离f(Z)；

(4)计算f(Z)/R，如果某些值明显大于1，则可以判定对应于该值的相点含异常值。本步骤可根据具体情况事先选择一个标准值(如1.2)，大于该标准值的相点被判为含异常值。

(5)选择当前时间的一组能耗数据对应的相点矢量，计算与超球体中心的距离，如果距离与最小半径之比大于正常值，则判断为当前数据异常。