基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的用電預(yù)測方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實(shí)施例設(shè)及采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種基 于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的用電預(yù)測方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對能源的需求不斷增大。在現(xiàn)今的國際能源形勢下，由 于全球能源的日益緊張，節(jié)能管理得到了各國的高度關(guān)注，其中尤W建筑節(jié)能為甚，而辦公 建筑節(jié)能在其中具有至關(guān)重要的意義。
[0003] -般而言，辦公建筑由若干個(gè)辦公室組成，對各辦公室用電進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測能夠?yàn)?優(yōu)化整個(gè)建筑的能源管理并提高用電效率提供參考。
[0004] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例的主要目的在于提供一種基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的用電預(yù)測方法，其至 少部分地解決了如何準(zhǔn)確地預(yù)測用電的技術(shù)問題。此外，還提供一種基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的 用電預(yù)測系統(tǒng)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 W下技術(shù)方案：
[0007] -種基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的用電預(yù)測方法，所述方法至少包括：
[000引獲取用電數(shù)據(jù)；
[0009] 利用訓(xùn)練后的所述回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸出權(quán)值矩陣，計(jì)算用電的預(yù)測結(jié)果，其中，所 述回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的儲備池為自反饋延遲線結(jié)構(gòu)或帶反饋的自反饋延遲線結(jié)構(gòu)。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的用電預(yù)測系統(tǒng)，所 述系統(tǒng)至少包括：
[0011] 第一獲取單元，被配置為獲取用電數(shù)據(jù)；
[0012] 第一計(jì)算單元，被配置為利用訓(xùn)練后的所述回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸出權(quán)值矩陣，計(jì)算 用電的預(yù)測結(jié)果，其中，所述回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的儲備池為自反饋延遲線結(jié)構(gòu)或帶反饋的自反 饋延遲線結(jié)構(gòu)。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案至少具有W下有益效果：
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例通過獲取用電數(shù)據(jù)。然后，利用訓(xùn)練后的回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸出權(quán)值 矩陣，計(jì)算用電的預(yù)測結(jié)果，其中，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的儲備池為自反饋延遲線結(jié)構(gòu)或帶反饋的 自反饋延遲線結(jié)構(gòu)。由此，解決了如何準(zhǔn)確地預(yù)測用電的技術(shù)問題。實(shí)現(xiàn)了較高的用電預(yù)測 準(zhǔn)確性的有益效果，并能進(jìn)一步為節(jié)能提供參考。
[0015] 當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品不一定需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)W上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
[0016] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明 書、權(quán)利要求書W及附圖中所特別指出的方法來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0017] 附圖作為本發(fā)明的一部分，用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，本發(fā)明的示意性 實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。顯然，下面描述中的附圖 僅僅是一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他附圖。在附圖中：
[0018] 圖1為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的用電預(yù)測方法的流程示意 圖；
[0019] 圖2為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的自反饋延遲線結(jié)構(gòu)的儲備池結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的帶反饋的自反饋延遲線結(jié)構(gòu)的儲備池結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0022] 圖5為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的辦公室在5個(gè)工作日內(nèi)的用電數(shù)據(jù)示意圖；
[0023] 圖6為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的根據(jù)圖5所示用電數(shù)據(jù)的基于自反饋延遲線結(jié) 構(gòu)和帶反饋的自反饋延遲線結(jié)構(gòu)兩種儲備池結(jié)構(gòu)的預(yù)測結(jié)果W及實(shí)際測量結(jié)果的示意圖；
[0024] 圖7為根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的用電預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0025] 運(yùn)些附圖和文字描述并不旨在W任何方式限制本發(fā)明的構(gòu)思范圍，而是通過參考 特定實(shí)施例為本領(lǐng)域技術(shù)人員說明本發(fā)明的概念。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖W及具體實(shí)施例對本發(fā)明實(shí)施例解決的技術(shù)問題、所采用的技術(shù)方 案W及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請的一部 分實(shí)施例，并不是全部實(shí)施例。基于本申請中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造 性勞動的前提下，所獲的所有其它等同或明顯變型的實(shí)施例均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 本發(fā)明實(shí)施例可W按照權(quán)利要求中限定和涵蓋的多種不同方式來具體化。
[0027] 需要說明的是，在下面的描述中，為了方便理解，給出了許多具體細(xì)節(jié)。但是很明 顯，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)可W沒有運(yùn)些具體細(xì)節(jié)。
[0028] 需要說明的是，在沒有明確限定或不沖突的情況下，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例及其 中的技術(shù)特征可W相互組合而形成技術(shù)方案。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例的主要技術(shù)構(gòu)思是利用回聲狀態(tài)網(wǎng)良好的時(shí)間序列預(yù)測性能對用 電進(jìn)行預(yù)測。尤其是對辦公室用電的預(yù)測。
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的用電預(yù)測方法。如圖1所示，該方法可 W包括步驟SlOO和步驟Sl 10。
[0031] 步驟Sioo:獲取用電數(shù)據(jù)。
[0032] 其中，用電數(shù)據(jù)可W通過電表采集獲得。用電數(shù)據(jù)反映了不同時(shí)間的用電量。
[0033] 優(yōu)選地，獲取用電數(shù)據(jù)之后還可W包括:對用電數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、剔除和補(bǔ)充，W獲 得完整的用電數(shù)據(jù)。
[0034] 具體地，在獲取原始用電數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)一定的時(shí)間段對原始用電數(shù)據(jù)進(jìn)行 篩選，獲取該時(shí)間段的用電數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，遍歷全部用電數(shù)據(jù)，剔除其中的多余用電數(shù) 據(jù)并補(bǔ)充缺失的用電數(shù)據(jù)，從而改善用電數(shù)據(jù)的質(zhì)量，進(jìn)而獲取完整的用電數(shù)據(jù)。
[0035] 步驟SllO:利用訓(xùn)練后的回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的輸出權(quán)值矩陣，計(jì)算用電的預(yù)測結(jié)果，其 中，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的儲備池為自反饋延遲線結(jié)構(gòu)或帶反饋的自反饋延遲線結(jié)構(gòu)。
[0036] 其中，回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)是一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其模仿大腦中遞歸連接的神經(jīng)元(單元）電 路結(jié)構(gòu)，獨(dú)特之處在于采用由隨機(jī)稀疏連接的神經(jīng)元組成的儲備池作為隱層，用W對輸入 進(jìn)行高維、非線性的表示。儲備池的生成過程獨(dú)立于回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程。儲備池是隨 機(jī)生成的、大規(guī)模稀疏連接的遞歸結(jié)構(gòu)。儲備池中神經(jīng)元之間的連接權(quán)值矩陣W及輸入信 號對于儲備池中神經(jīng)元的連接權(quán)值矩陣全部隨機(jī)產(chǎn)生，而且產(chǎn)生后保持不變，不需要訓(xùn)練。 因此，只需要采用線性方法訓(xùn)練儲備池至輸出層的權(quán)值，運(yùn)簡化了網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程，并保證 了權(quán)值確定的全局最優(yōu)性W及良好的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練能力和泛化能力，避免了傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中存 在的訓(xùn)練算法復(fù)雜、易陷入局部最小等問題。
[0037] 回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示，其由輸入層、儲備池和輸出層組成。當(dāng)回聲 狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)用于時(shí)間序列預(yù)測問題時(shí)，其輸出變量和輸入變量均為時(shí)間序列，運(yùn)時(shí)，可W將回 聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)看作為非線性濾波器，實(shí)現(xiàn)輸入至輸出的轉(zhuǎn)換。由此，本發(fā)明實(shí)施例利用回聲狀 態(tài)網(wǎng)絡(luò)良好的時(shí)間序列預(yù)測性能來對用電進(jìn)行預(yù)測。
[0038] 優(yōu)選地，儲備池的結(jié)構(gòu)可W為自反饋延遲線結(jié)構(gòu)（self-fee化ack delay line reservoir,SDLR)，該結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0039] 其中，儲備池中各單元與下一單元及自身連接。
[0040] 儲備池權(quán)值矩陣為 werNxn，其中，Wiパ,i二re[0，l]，i = l，…，N-l，Wj,j = de[0， 1 ]，j = 1，…，N，其中，輸入權(quán)值V e [ 0，1 ]; r為前饋權(quán)值，d為自反饋權(quán)值，其余元素均為零。 [0041 ] 優(yōu)選地，儲備池的結(jié)構(gòu)還可W為帶反饋的自反饋延遲線結(jié)構(gòu)（self-feedback delay line reservoir with feedback connections,SDLRB)，女日圖4戶/f示。
[0042]其中，儲備池中各單元與前一單元、下一單元及自身連接。
[00創(chuàng)儲備池權(quán)值矩陣為WeR圓，其中，Wi+l,i=re[0，l]，Wi,i+l = be[0，l]，i = l，…，N-l，Wj,j = de[0，l]，j = l，…，N，其中，輸入權(quán)值ve[0，l];r為前饋權(quán)值，b為反饋權(quán)值，d為自 反饋權(quán)值，其余元素均為零。
[0044] 在一些可選的實(shí)施例中，該方法還可W包括:獲取訓(xùn)練樣本;根據(jù)訓(xùn)練樣本，W及 基于自反饋延遲線結(jié)構(gòu)或帶反饋的自反饋延遲線結(jié)構(gòu)的儲備池權(quán)值矩陣，計(jì)算回聲狀態(tài)網(wǎng) 絡(luò)的