利索能及
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专利号: 2023111077256
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于图编码和迁移学习的非侵入式负荷识别方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、采集不同家用设备的录波数据,构成原始数据集,并将其按照7:2:1的比例划分为训练数据集、验证数据集、测试数据集;

步骤2、采用分段聚合近似PAA‑S算法对步骤1中原始数据集中数据进行分段聚合近似,把长序列映射为短序列,使短序列数据与原始长序列数据趋势相似;

所述步骤2具体按照以下步骤实施:

假设所述步骤1中的录波数据是长度为 的短序列数据,将该短序列数据分为 段,每段的长度 为:(1)

接着对于每个段定义一个长度为 的向量 , 表示第 段的数据,对向量应用PAA‑S算法,得到一个新值 ,即通过简单的线性回归拟合一个直线模型,表示该线性段的趋势,得到斜率 和截距 ,其中斜率和截距计算公式如下:(2)

(3)

其中 和 分别是第 段的最后一个点和第一个点的值, 和 分别是第 段起始到结束对应的时间; 和 表示第 段短序列的起点,对于第 段,线性模型表示为:

(4)

其中, 表示该段内所有数据点的均值, 表示时间点,将每个段的所有数据点视作,则序列 ,其中 表示该段内所有数据点的均值,经过重采样后,得到输出序列 ,则序列 ,其中 为重采样后所有数据点的均值,其中 为输出序列的长度,重采样的计算公式如下:

(5)

其中 代表输出序列中的索引位置, 表示时间序列的总长度;

步骤3、将步骤2中的短序列数据加入位置编码,保留原始数据的时序特征,再转换为二维图像数据;

步骤4、构建基于迁移学习的ResNet18预训练模型,将步骤3中加入位置编码的二维数据导入基于迁移学习的ResNet18预训练模型,进行训练并测试模型性能,最终实现对用电器的分类识别。

2.根据权利要求1所述的基于图编码和迁移学习的非侵入式负荷识别方法,其特征在于,所述步骤3具体按照以下步骤实施:在步骤2中降维后的输出序列上添加位置编码,并转化为可供神经网络输入的表示形式,步骤2中的一维时序数据为 ,则序列 ,其中元素 表示数据序列在时刻 的取值,使用如下公式计算位置编码:

(6)

其中 表示时间步, 表示位置编码向量中的维数, 表示隐藏状态的维度,的维数就是时序数据的维度 ,最终得到的位置编码维度为 ,将位置编码插入步骤2中的一维数据上得到新的带有位置编码的数据序列 ,其中序列 ,元素表示带有位置编码的数据序列在时刻 的取值;

再将 转换为二维图像数据,如下矩阵所示:

(7)

为原始数据序列 中的数据元素,其中 ,表示将时间序列通过堆叠形成二维矩阵,从而转换为图像数据。

3.根据权利要求2所述的基于图编码和迁移学习的非侵入式负荷识别方法,其特征在于,所述步骤3中 的维数为1。

4.根据权利要求2所述的基于图编码和迁移学习的非侵入式负荷识别方法,其特征在于,所述步骤4具体按照以下步骤实施:将步骤3中经过编码的二维图像数据作为预训练的ResNet18网络的输入,设ResNet18网络的输入为 ,激活函数为 , 经过两个卷积层和一个激活函数后的输出为,则经过激活函数和残差连接后,网络输出由原来的 变为如下所示,也即一个残差块的计算公式:(8)

在两个卷积层之间使用ReLU非线性激活函数,ReLU函数的表达形式如下:(9)

所述ResNet18网络中残差块采用不同的通道数,由卷积层、批归一化层、池化层和恒等映射层组成,其中,每个卷积层后面配合一个批归一化层和ReLU激活函数,最后采用平均池化层和全连接分类器,整个ResNet18网络共包含四个阶段:第一个阶段只有一个卷积层,而其他三个阶段包括2个残差块,因此总共的基本块数目为18,根据用电器类别个数对预训练模型进行微调,训练中,每经过一轮的训练就使用验证数据集进行测试,并将当前识别准确率最高的模型进行保存,最终得到识别效果最好的模型;

模型训练结束后需要基于测试数据集评价预测效果,预测结果的评价指标有准确率、查准率即精准率、查全率即召回率、F1‑score,设 表示将正类预测为正类的数量, 表示将负类预测为负类的数量, 表示将负类预测为正类的数量 表示将正类预测为负类的数量,则上述指标的计算公式如下:(10)

(11)

(12)

(13)。