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)。