[发明专利]基于相似度分段的自适应波形数据压缩方法

权利要求书

1.基于相似度分段的自适应波形数据压缩方法，包括以下步骤：

(1)不丢失地采集家用电器的电压和电流波形数据；

(2)线性插值过零点检测，得到电压波形数据的正向过零点位置；

(3)分别计算电压、电流波形相邻周波自相关系数，再对整段电压、电流波形进行自动分段，得到稳态段和非稳态段波形数据；

(4)对非稳态段数据进行ZLIB无损压缩；对稳态段数据先进行3s周期分段,再进行重采样，最后采用快速傅里叶变换与ZLIB级联的方式压缩；

所述步骤(4)具体包括以下步骤：

(41)对非稳态段数据进行ZLIB无损压缩；压缩前数据格式为两字节有符号整形，压缩后数据格式为一字节无符号整形；

(42)对稳态段数据进行快速傅里叶变换与ZLIB级联的方式压缩；压缩时，若稳态段的波形维持时间长度大于3s，则按照每3s为一小段对该稳态段进行分割，对于该稳态段分割的最后一段小于3s的波形数据视其实际长度为一段；所述的3s是以连续150个周波为时间基准；

(43)计算分割后的每个3s段的平均单周波点数，找到小于每个3s段的平均单周波点数最接近的2的指数次幂点数，记为2^β；然后将每个3s段的所有周波点数重采样为2^β；

(44)对重采样后的3s段稳态数据的第一个周波开始对每个周波进行快速傅里叶变换，保存每段数据第一个周波FFT结果的实部和虚部，从第二个周波开始，保存每个周波的直流和基频的实部与虚部，并用0、1编码保存各次谐波的符号，0表示实部或虚部大于等于0，1表示实部或虚部小于0；将0、1符号编码值按8个数据一组转变成十进制无符号整形数据，再进行ZLIB无损压缩，进一步减少数据冗余度；

(5)对非稳态段数据进行ZLIB解压；对稳态段数据先进行ZLIB解压，再进行逆傅里叶变换，最后进行重采样得到解压数据。

2.根据权利要求1所述的基于相似度分段的自适应波形数据压缩方法，其特征在于，在步骤(1)中，依据国家标准GB/T17626.30-2012《电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法》，以不低于6.4KHz采样率不丢失地采集和存储家电完整工作模式的电压、电流数据。

3.根据权利要求1所述的基于相似度分段的自适应波形数据压缩方法，其特征在于，在步骤(2)中，若线性差值过零点检测出电压波形数据的正向过零的虚拟零点，然后四舍五入将虚拟零点转化为真实零点。

4.根据权利要求1所述的基于相似度分段的自适应波形数据压缩方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的自动分段具体包括以下步骤：

(31)若电压波形相邻两周波相关系数均大于0.98，视为稳态波形；反之，为非稳态波形；

(32)电流参照电压过零点进行周期划分，计算电流波形相邻周波相关系数，利用差分阈值法进行去噪处理，设定阈值α＝0.98，自相关系数Rα，标记为1，反之标记为0，得到相关系数的标记数据；然后找到标记数据中0、1的跳变点位置，若相邻跳变点之间的差值小于8，则判定为噪点且去除该噪点；

(33)根据去噪后的标记数据，找到0到1和1到0的跳变点位置；

(34)根据跳变点位置对电流数据和标记数据进行分段，若电流数据段对应的标记数据段中包含0和1则该段电流波形视为非稳态波形；若电流数据段对应的标记数据段中全为1则该段电流波形视为稳态波形；

(35)对分段后的数据进行段落标号，以便解压后还原数据。

5.根据权利要求1所述的基于相似度分段的自适应波形数据压缩方法，其特征在于，步骤(5)具体包括以下步骤：

(51)解压时，非稳态段数据直接用ZLIB解压，稳态段数据先用ZLIB解压，再根据公式(1)和公式(2)得公式(3)，由公式(3)可得稳态数据每段中其余周波的实部c_ik和虚部d_ik，结合0、1符号编码值，通过逆傅里叶变换还原出电流波形数据；

在公式(1)和公式(2)中，a_i1与b_i1表示第i段中第1个周波的基波的实部与虚部，a_ik与b_ik表示第i段中第1个周波的第k次谐波的实部与虚部，c_i1与d_i1表示第i段中剩余周波的基波的实部与虚部，c_ik与d_ik表示第i段中剩余周波的第k次谐波的实部与虚部；

在公式(3)中，θ_ik为第i段中第1个周波的各次谐波相位值；

(52)对还原出的稳态波形3s段数据进行单周波逆重采样成原始周波长度，最后与还原出的非稳态波形数据进行段落标号排序并拼接得到完整的电流数据。