此本實(shí)驗(yàn)將在此取值區(qū)間內(nèi)，按λ =0.7/0.8/0.9共進(jìn)行3次截矩陣分析實(shí)驗(yàn)，根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定最佳分類截值。在以下的分析中，用Ul，U2，…U18，代表18個(gè)有效用戶用水?dāng)?shù) 據(jù)，另外2戶無(wú)用水的用戶數(shù)據(jù)為無(wú)效數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2)。
[0058] 表2時(shí)段合并后用水?dāng)?shù)據(jù)表
CN 105184479 A 說(shuō)明書 5/6 頁(yè)
[0061] 當(dāng) λ = 〇· 9 時(shí)，分為 10 類，（U1, u5, us，u9, u13, u14, u16) ; (U2) ; (U3) (U4) (u6, un，u12) (U7) (u1Q) (U15) (U17) (U18)如圖3-6所示。圖3為第一類用戶，其數(shù)量最多，且具有較明顯的 用水特征。該類7戶用戶的高峰用水時(shí)間集中于夜間時(shí)段，在早晨也有少量用水，與高峰 時(shí)間段相比，其他時(shí)段用水較少。圖4為第二類用戶，包括3戶家庭，其用水高峰集中在 17:00-20:00這個(gè)時(shí)段，在5:00-8:00以及20:00-23:00也有少量用水。圖5為其他8類用 水特征，各包含一戶家庭。通過(guò)分析，部分類別具有相同的用水特征，例如113與U7，見(jiàn)圖6。 因此，λ =0.9時(shí)的用水特征分類未將部分有相似特征的用戶歸納為一類。
[0062] λ =〇. 7時(shí)，分為兩類。（u3, U7)為一類，其他為另一類。圖6為第一類（u3, U7)，該類 別是λ =0.9時(shí)未劃分出來(lái)的類別，具有較明顯的用水特征，其用水高峰在11:00-14:00， 14:00-17:00時(shí)間段，在8:00-11:00時(shí)間段也有少量用水。但第二類用水特征包含16戶家 庭，其中U17與u 18的用水特征明顯與其他用水不同，因此未達(dá)到用水特征詳細(xì)分類的要求。
[0063] 當(dāng) λ = 0· 8 時(shí)，共分為以下五類：（U1, u2, u4, u5, u6, us，u9, un，u12, u13, u14, u5, U16) (u3, u7) (u1Q) (U17) (uls)，包括了上述分類中的（u3, u7)，同時(shí)將其余的用水特征進(jìn)行細(xì)分，為 最佳聚類效果。其各類用水特征如圖7-10所示。
[0064] 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，結(jié)果如下：圖7為第一類，包含13戶用戶，特征為用水高峰位于夜晚 時(shí)間段，次高峰位于早晨時(shí)間段。該類用戶數(shù)量最多，用戶基本為普通上班族家庭，所以高 峰用水集中在早晨與夜晚。在家庭結(jié)構(gòu)方面，兩口之家在白天工作時(shí)段幾乎無(wú)用水。兩代 或三代同堂的家庭在白天工作時(shí)段也有少量用水。經(jīng)抽樣調(diào)查驗(yàn)證，與所實(shí)驗(yàn)判定結(jié)果一 致。第二類包含2戶用戶，見(jiàn)圖6,其高峰用水時(shí)段集中在11:00-14:00,14:00-17:00時(shí)間 段，在8:00-11:00時(shí)間段也有少量用水，而在晚間用水較少。該類用戶為在小區(qū)辦公的商 業(yè)用戶，因此高峰用水集中在白天工作時(shí)段以及中午。圖8為第三類，包括1戶用戶，該用 戶的高峰用水時(shí)段為23:00-2:00,且在20:00-23:00以及5:00-8:00也有用水。該用戶工 作時(shí)段為下班時(shí)間較晚，因此高峰用水集中在凌晨。圖9為第四類，包括1戶用戶，高峰用 水集中在8:00-11:00,17:00-20:00以及23:00-2:00,該類特征與第一類特征相似，但其在 深夜用水量較大，用戶存在熬夜生活習(xí)慣。圖10為第五類，包括1戶用戶，高峰用水集中在 深夜與凌晨，白天用水較少，該用戶作息時(shí)間為夜間工作、白天休息。
[0065] 本發(fā)明基于居民生活用水細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，以日為時(shí)間尺度，采用模糊聚類分析方法對(duì) 居民日用水行為進(jìn)行聚類分析，采用經(jīng)驗(yàn)值截矩陣的方法，根據(jù)用水特征對(duì)20戶家庭（有 效數(shù)據(jù)為18戶）的家庭結(jié)構(gòu)、工作性質(zhì)等進(jìn)行分類，分類結(jié)果可應(yīng)用于供水企業(yè)輔助決策 與居民服務(wù)等方面。例如，對(duì)于房屋長(zhǎng)期空置用戶，由于自來(lái)水長(zhǎng)期滯留在管道內(nèi)將導(dǎo)致 水齡過(guò)長(zhǎng)和部分水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，因此可為該用戶提供用水提醒服務(wù)，在智能水表感知用戶 用水時(shí)，供水企業(yè)短信機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送短信提醒用戶將自來(lái)水龍頭開(kāi)啟放水5分鐘后再使 用，保障用戶用水安全；對(duì)于在小區(qū)住宅辦公的用戶，由于居民用水與商業(yè)用水的收費(fèi)單價(jià) 不同，因此可為供水企業(yè)的用水類型核查工作提供數(shù)據(jù)支持，挽回供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失；對(duì) 于夜班用戶與存在熬夜習(xí)慣的用戶，小區(qū)管理部門可為其提供保養(yǎng)保健相關(guān)信息，為用戶 提供貼心服務(wù)。
[0066] 綜上，本方法對(duì)城市居民生活用水細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘，通過(guò)對(duì)用水行為進(jìn) 行無(wú)先驗(yàn)樣本的模糊聚類，從而為居民小區(qū)的管理以及城市居民用水的規(guī)劃、供應(yīng)以及研 究應(yīng)用提供決策支持，并為分析不同時(shí)空尺度中城市居民用水行為、模擬用水量奠定基礎(chǔ)。 [0067] 上列詳細(xì)說(shuō)明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說(shuō)明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā) 明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于智能水表的城市居民日用水行為分類方法，其特征在于，包括步驟： 通過(guò)智能水表采集待分類區(qū)域內(nèi)的用戶兩天以上的用水?dāng)?shù)據(jù)； 對(duì)用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理的過(guò)程包括：剔除全零用戶的數(shù)據(jù)；將同一用戶每天 同一時(shí)段的用水?dāng)?shù)據(jù)相加求平均；計(jì)算同一用戶各個(gè)時(shí)段的平均用水量占日均用水量的比 例，以用戶為行，各個(gè)時(shí)段的用水比例為列，構(gòu)建用戶日用水特征矩陣； 根據(jù)預(yù)處理后得到的用戶日用水特征矩陣，對(duì)用戶的用水行為進(jìn)行基于模糊聚類的分 類，過(guò)程如下： 計(jì)算用戶日用水特征矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣； 將相關(guān)系數(shù)矩陣正值化，形成模糊矩陣； 將模糊矩陣改造成模糊等價(jià)矩陣； 計(jì)算模糊等價(jià)矩陣的截距陣，將最佳分類效果時(shí)的λ的經(jīng)驗(yàn)值作為截距陣的取值，得 到用戶用水行為的分類結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于智能水表的城市居民日用水行為分類方法，其特征在 于， 采集用水?dāng)?shù)據(jù)的采集頻率為每15分鐘一次，并在一個(gè)月內(nèi)的每個(gè)工作日進(jìn)行采集。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于智能水表的城市居民日用水行為分類方法，其特征 在于， 將一天24小時(shí)劃分為8個(gè)時(shí)段，依次為：23:00-2:00、2:00-5:00、5:00-8:00、 8:00-11:00、11:00-14:00、14:00-17:00、17:00-20:00、20:00-23:OO。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于智能水表的城市居民日用水行為分類方法，其特征 在于， 最佳分類效果時(shí)的λ的經(jīng)驗(yàn)值為0.8。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于智能水表的城市居民日用水行為分類方法，其特征 在于， 所述用戶日用水特征矩陣中的元素表示為X,，代表第i個(gè)用戶在j 時(shí)段的日用水比例，X' u代表第i個(gè)用戶在j時(shí)段的真實(shí)用水量； 相關(guān)系數(shù)矩陣中的相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式如下：其中，\、\分別表示所述用戶日用水特征矩陣第i行的元素和第j列的元素 ，Dx i為方 差，COV (Xl，X])為協(xié)方差，相關(guān)系數(shù)矩陣表示所述用戶日用水特征矩陣行 列數(shù)的最大值； 將相關(guān)系數(shù)矩陣r'中的元素壓縮到0與1之間，形成模糊矩陣R:將模糊矩陣R改造成模糊等價(jià)矩陣的過(guò)程：R - R2- R4-…一R2k- Rk，將R自乘R *R =R2,再自乘R2 · R2= R4，…直到R2k= Rk為止，Rk即為模糊等價(jià)矩陣； 當(dāng)RkljS λ時(shí)，Rxij= 1，當(dāng)RkJ λ時(shí)，Rxij=O,得到Rk相應(yīng)的截矩陣R W是一個(gè) 值為〇與1的矩陣，其中值完全相同的行歸為一類。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于智能水表的城市居民用水行為分類方法，以高精度智能水表采集的城市居民生活用水細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以日為時(shí)間尺度，采用模糊聚類分析方法對(duì)居民日用水行為進(jìn)行聚類分析，采用經(jīng)驗(yàn)值截矩陣的方法，根據(jù)用水特征對(duì)用戶的家庭結(jié)構(gòu)、工作性質(zhì)等進(jìn)行分類，取得較好效果。本方法可對(duì)城市居民生活用水細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘，對(duì)用水行為進(jìn)行無(wú)先驗(yàn)樣本的模糊聚類，從而對(duì)居民小區(qū)的管理以及城市居民用水的規(guī)劃、供應(yīng)以及研究應(yīng)用提供決策支持，并為分析不同時(shí)空尺度中城市居民用水行為、模擬用水量奠定基礎(chǔ)。
【IPC分類】G06Q50/06, G06K9/62, G06Q10/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105184479
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510553399
【發(fā)明人】楊驥, 李勇, 唐光良, 張南峰, 楊敬鋒
【申請(qǐng)人】廣州地理研究所
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月1日