本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§119(e)要求于2014年6月20日提交的題為“ENERGY INFRASTRUCTURE SENSOR DATA RECTIFICATION USING REGRESSION”的編號(hào)為62/015,233的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。

關(guān)于聯(lián)邦資助的研究和開(kāi)發(fā)的聲明

本發(fā)明是根據(jù)由美國(guó)陸軍提交的合同號(hào)W911NF-11-1-0511的政府支持進(jìn)行的。政府在本發(fā)明中享有一定的權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用回歸模型的能量基礎(chǔ)設(shè)施傳感器數(shù)據(jù)校正。

背景技術(shù)：

隨著更多的設(shè)備、建筑物和能源被添加到能量網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)能量基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的穩(wěn)定性的監(jiān)視和預(yù)測(cè)的需求變成越來(lái)越關(guān)鍵的需求。大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)中廣泛的斷電在世界各地重復(fù)出現(xiàn)。例子包括1965年?yáng)|北美洲停電、1996年北美洲西部停電和2003年北美和歐洲停電，以及2012年8月印度的大規(guī)模停電，其中電網(wǎng)接近崩潰，并且使7億人幾天沒(méi)有電力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)描述了一種用于使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法在數(shù)據(jù)丟失期間估計(jì)物理數(shù)據(jù)(例如，能量基礎(chǔ)設(shè)施傳感器數(shù)據(jù))的系統(tǒng)和方法。作為示例，可以使用隨時(shí)間推移列出能量消耗的儀表來(lái)監(jiān)視建筑物能量消耗。諸如設(shè)備故障或建筑物功率損失的故障的發(fā)生可以防止測(cè)量和記錄一些能量消耗數(shù)據(jù)。這種事件可能頻繁發(fā)生，并在測(cè)量數(shù)據(jù)中產(chǎn)生大的“間隙”。使用回歸模型，系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)建筑物能量使用量(usage)?；貧w模型包括但不限于線性回歸、多項(xiàng)式回歸、邏輯回歸、多變量線性回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)核回歸，諸如支持向量回歸(SVR)等。當(dāng)應(yīng)用于數(shù)據(jù)不可用的時(shí)間段時(shí)，該技術(shù)允許系統(tǒng)在數(shù)據(jù)丟失期間校正能量基礎(chǔ)設(shè)施傳感器數(shù)據(jù)。

本公開(kāi)的一個(gè)方面提供了一種用于物理數(shù)據(jù)校正的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被配置為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，該數(shù)據(jù)集包括由物理傳感器測(cè)量的實(shí)際物理數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括計(jì)算系統(tǒng)，該計(jì)算系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算設(shè)備，該計(jì)算系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)通信并且被編程以實(shí)現(xiàn)：歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器，其被配置為：從計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)檢索實(shí)際物理數(shù)據(jù)，其中實(shí)際物理數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔；確定與實(shí)際物理數(shù)據(jù)相關(guān)的參數(shù)；檢索與所確定的參數(shù)相關(guān)聯(lián)并且對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔的第一測(cè)量值；使用機(jī)器學(xué)習(xí)生成所檢索的第一測(cè)量值到所檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)的映射；檢索與所確定的參數(shù)相關(guān)聯(lián)并且對(duì)應(yīng)于不同于第一時(shí)間間隔的第二時(shí)間間隔的第二測(cè)量值；以及使用所檢索的第二測(cè)量值和所生成的映射來(lái)估計(jì)第二時(shí)間間隔的物理數(shù)據(jù)。

前述段落的系統(tǒng)可以具有以下特征的任何子組合：其中歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器進(jìn)一步被配置為：使用檢索到的第一測(cè)量值和所生成的映射來(lái)估計(jì)第一時(shí)間間隔的第二物理數(shù)據(jù)，將估計(jì)的第二物理數(shù)據(jù)與檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)相比較，并且基于比較確定與物理傳感器相關(guān)聯(lián)的性能基準(zhǔn)檢測(cè)(benchmark)；其中歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器進(jìn)一步被配置為：使用所檢索的第一測(cè)量值和所生成的映射來(lái)估計(jì)第一時(shí)間間隔的第二物理數(shù)據(jù)、將所估計(jì)的第二物理數(shù)據(jù)與所檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)比較、基于所述比較確定所估計(jì)的第二物理數(shù)據(jù)和檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)之間的差、并且響應(yīng)于差大于閾值的確定來(lái)確定故障已經(jīng)發(fā)生；其中歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器進(jìn)一步被配置為向用戶設(shè)備發(fā)送故障已經(jīng)發(fā)生的指示；其中物理傳感器位于建筑物、工業(yè)過(guò)程、車(chē)輛、電力網(wǎng)、可再生能源或常規(guī)能量源中的一個(gè)中；其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步被編程以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器，所述數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器被配置為：基于所估計(jì)的物理數(shù)據(jù)生成控制序列，并將控制序列發(fā)送到控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)物理傳感器的操作；其中控制系統(tǒng)是監(jiān)督和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其中參數(shù)是一天中的小時(shí)、星期幾、溫度、太陽(yáng)輻射或相對(duì)濕度中的至少一個(gè)；其中實(shí)際物理數(shù)據(jù)包括電壓、電流、溫度、濕度、空氣流量、電力使用量、水使用量、氣體使用量、占有率、光、煙霧或網(wǎng)絡(luò)分組中的至少一個(gè)；其中物理傳感器包括恒溫器、恒濕器或公用事業(yè)儀表中的至少一個(gè)；其中歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器進(jìn)一步被配置為使用回歸模型生成映射；并且其中回歸模型包括支持向量回歸。

本公開(kāi)的另一方面提供了一種用于校正物理數(shù)據(jù)的方法。該方法包括：如由包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算設(shè)備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置有特定的可執(zhí)行指令，從控制系統(tǒng)檢索由物理傳感器測(cè)量的實(shí)際物理數(shù)據(jù)，其中實(shí)際物理數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔；確定與實(shí)際物理數(shù)據(jù)相關(guān)的參數(shù)；檢索與所確定的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的并且對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔的第一測(cè)量值；使用機(jī)器學(xué)習(xí)生成所檢索的第一測(cè)量值到所檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)的映射；檢索與所確定的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的并且對(duì)應(yīng)于不同于第一時(shí)間間隔的第二時(shí)間間隔的第二測(cè)量值；以及使用所檢索的第二測(cè)量值和所生成的映射來(lái)估計(jì)第二時(shí)間間隔的物理數(shù)據(jù)。

前述段落的方法可以具有以下特征的任何子組合：其中該方法進(jìn)一步包括使用檢索的第一測(cè)量值和生成的映射來(lái)估計(jì)第一時(shí)間間隔的第二物理數(shù)據(jù)、將估計(jì)的第二物理數(shù)據(jù)和所檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)比較、以及基于比較確定與物理傳感器相關(guān)聯(lián)的性能基準(zhǔn)檢測(cè)；其中該方法進(jìn)一步包括使用所檢索的第一測(cè)量值和所生成的映射來(lái)估計(jì)第一時(shí)間間隔的第二物理數(shù)據(jù)、將所估計(jì)的第二物理數(shù)據(jù)和所檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)比較、基于比較確定所估計(jì)的第二物理數(shù)據(jù)與所檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)之間的差、以及響應(yīng)于差大于閾值的確定，確定故障已發(fā)生；其中該方法進(jìn)一步包括向用戶設(shè)備發(fā)送故障已經(jīng)發(fā)生的指示；其中物理傳感器位于建筑物、工業(yè)過(guò)程、車(chē)輛、電力網(wǎng)、可再生能源或常規(guī)能源中的一個(gè)中；其中該方法進(jìn)一步包括基于所估計(jì)的物理數(shù)據(jù)生成控制序列、以及將控制序列發(fā)送到控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)物理傳感器的操作；并且其中生成映射包括使用回歸模型生成所檢索的第一測(cè)量值到所檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)的映射。

本公開(kāi)的另一方面提供了一種具有存儲(chǔ)在其上的用于使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)校正物理數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器包括可執(zhí)行代碼，當(dāng)可執(zhí)行代碼被執(zhí)行在計(jì)算設(shè)備上時(shí)實(shí)現(xiàn)一種過(guò)程，該過(guò)程包括：從控制系統(tǒng)檢索由物理傳感器測(cè)量的實(shí)際物理數(shù)據(jù)，其中實(shí)際物理數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔；確定與實(shí)際物理數(shù)據(jù)相關(guān)的參數(shù)；檢索與所確定的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的并且對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔的第一測(cè)量值；使用機(jī)器學(xué)習(xí)生成所檢索的第一測(cè)量值到所檢索的實(shí)際物理數(shù)據(jù)的映射；檢索與所確定的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的并且對(duì)應(yīng)于不同于第一時(shí)間間隔的第二時(shí)間間隔的第二測(cè)量值；以及使用所檢索的第二測(cè)量值和所生成的映射來(lái)估計(jì)第二時(shí)間間隔的物理數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在參考附圖，其中始終用相同的附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的部件：

圖1示出了示出能量數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)中的各種部件的框圖。

圖2是使用支持向量回歸(SVR)模型估計(jì)的物理數(shù)據(jù)和三種不同儀表類(lèi)型的實(shí)際物理數(shù)據(jù)的Wasserstein距離比較。

圖3示出描繪呈現(xiàn)五個(gè)月數(shù)據(jù)丟失的建筑物儀表的年度組合的實(shí)際和估計(jì)消耗的用戶界面。

圖4A示出描繪在由于傳感器故障而丟失兩個(gè)星期的數(shù)據(jù)的一個(gè)月時(shí)段內(nèi)由350,000平方英尺辦公樓中的建筑物儀表收集的測(cè)量值的用戶界面。

圖4B示出了描繪由350,000平方英尺辦公樓中的建筑物儀表收集的測(cè)量值以及使用回歸模型估計(jì)的建筑物儀表數(shù)據(jù)的用戶界面，其中基于一天中的小時(shí)和星期幾來(lái)估計(jì)建筑物儀表數(shù)據(jù)。

圖4C示出了描繪由350,000平方英尺辦公樓中的建筑物儀表收集的測(cè)量值以及使用回歸模型估計(jì)的建筑物儀表數(shù)據(jù)的用戶界面，其中基于一天中的小時(shí)、星期幾以及室外空氣溫度來(lái)估計(jì)建筑物儀表數(shù)據(jù)。

圖5示出了可由圖1的能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器使用以校正丟失的物理數(shù)據(jù)的過(guò)程。

具體實(shí)施方式

介紹

自然現(xiàn)象可被用作設(shè)備或設(shè)備組的能源或者可以作為干擾。在這兩種情況下，與自然現(xiàn)象相關(guān)的過(guò)去狀態(tài)或未來(lái)狀態(tài)的知識(shí)可能有助于規(guī)劃和操作。例如，直接太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能(例如綠色原油)循環(huán)等是可再生能源生產(chǎn)系統(tǒng)的主要輸入。然而，可再生能源的更廣泛滲透已經(jīng)成為電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的潛在原因?？稍偕茉窗ㄌ?yáng)能和風(fēng)力發(fā)電，并且它們的輸出通常由于天氣的不確定性而波動(dòng)。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，采用大量分布式源，波動(dòng)電源可能需要更多監(jiān)視。標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)連續(xù)地收集電力系統(tǒng)狀態(tài)的信息并將這些信息分配給電力系統(tǒng)操作者。

實(shí)時(shí)相量測(cè)量單元(PMU)的最新進(jìn)展可以提供使用AC電壓的相位的高級(jí)數(shù)據(jù)收集方法，其在A.G.Phadke的“Synchronized phasor measurement in power systems”IEEE Comput.Appl.Power,vol.6,no.2,pp.10–15,Apr.1993”、J.De La Ree,V.Centeno,J.S.Thorp和A.G.Phadke的“Synchronized phasor measurement applications in power systems”，IEEE Trans.Smart Grid,vol.1,no.1,pp.20–27,Jun.2010，以及A.Armenia和J.H.Chou的“A flexible phasor data concentrator design leveraging existing software technologies”，IEEE Trans.Smart Grid,vol.1,no.1,pp.73–81,Jun.2010中更詳細(xì)描述，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。沿著這些方面的分析方法在D.R.的“Spectral monitoring of power system dynamic performances”，IEEE Trans.Power Syst.,vol.8,no.2,pp.445–451,May 1993、以及A.R.Messina和V.Vittal的“Nonlinear,non-stationary analysis of interarea oscillations via Hilbert spectral analysis”，IEEE Trans.Power Syst.,vol.21,no.3,pp.1234–1241,Aug.2006，以及A.R.Messina和V.Vittal的“Extraction of dynamic patterns from wide-area measurements using empirical orthogonal functions”，Power Systems,IEEE Transactions,vol.22,no.2,pp.682–692,May 2007中進(jìn)一步描述，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

在美國(guó)，建筑物消耗了全國(guó)產(chǎn)生的能量的40％。根據(jù)國(guó)家實(shí)現(xiàn)減少能源使用量和提高能源安全的目標(biāo)，行業(yè)已經(jīng)圍繞提高建筑物能效來(lái)發(fā)展。隨著建筑物能效優(yōu)先級(jí)的提高，建筑物能量使用的監(jiān)視、管理和驗(yàn)證是越來(lái)越多范圍的任務(wù)。該領(lǐng)域中的任務(wù)包括能量使用計(jì)費(fèi)、建筑物性能分類(lèi)、翻新機(jī)會(huì)的識(shí)別等。通常，建筑物公用設(shè)施儀表是用于完成這些任務(wù)的第一(且有時(shí)唯一)測(cè)量。

然而，對(duì)于不完全的數(shù)據(jù)，可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。盡管社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治影響廣泛，但能源基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的監(jiān)視和預(yù)測(cè)受到了極其重要的傳感器信息的延伸丟失的阻礙。彼此之間交換信息的設(shè)備或設(shè)備組在數(shù)據(jù)傳輸期間容易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，這可能妨礙對(duì)能量使用的有效理解和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因此，確定用于校正丟失數(shù)據(jù)的方法以防止或減少錯(cuò)誤出現(xiàn)的可能性可能是有利的。

對(duì)于用于數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的建筑物能量的回歸類(lèi)型分析存在許多最近的研究。例如，參數(shù)線性回歸模型先前已經(jīng)用于加熱能量預(yù)測(cè)，諸如在Catalina,Tiberiu,Vlad Iordache和Bogdan Caracaleanu 2013年“Multiple regression model for fast prediction of the heating energy demand”，Energy and Buildings 57(0):302–312、Soldo,Boidar,Primo Potonik,Goran imunovi,Tomislavari和Edvard Govekar 2014年“Improving the residential natural gas consumption forecasting models by using solar radiation”，Energy and Buildings 69(0):498–506、Ghiaus,Cristian 2006年“Experimental estimation of building energy performance by robust regression”，Energy and Buildings 38(6):582–587以及Martani,Claudio,David Lee,Prudence Robinson,Rex Britter和Carlo Ratti 2012年“ENERNET:Studying the dynamic relationship between building occupancy and energy consumption”，Energy and Buildings 47(0):584–591中描述的，其在此通過(guò)引用全部并入本文。在這種線性回歸模型中，設(shè)施使用量可以與被認(rèn)為影響其消耗的因素相關(guān)，諸如天氣變化、一天中的時(shí)間、占有率等。作為另一示例，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)之前已經(jīng)以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的形式應(yīng)用，諸如在Neto,Alberto Hernandez和Flvio Augusto Sanzovo Fiorelli的2008年“Comparison of detailed model simulation and artificial neural network for forecasting building energy consumption”，Energy and Buildings 40(12)：2169-2176中描述的，其通過(guò)引用整體并入本文，并且支持矢量機(jī)，諸如在Dong,Bing,Cheng Cao和Siew Eang Lee 2005年的“Applying support vector machines to predict building energy consumption in tropical region”，Energy and Buildings 37(5):545–553中描述的，其通過(guò)引用整體并入本文。通常，這些工作中描述的方法僅在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間段(例如，大于1小時(shí))之后才產(chǎn)生能量消耗的預(yù)測(cè)。

因此，本文公開(kāi)了用于解決在數(shù)據(jù)丟失期間丟失的能量數(shù)據(jù)從而例如完成與電網(wǎng)監(jiān)視、電網(wǎng)管理、電網(wǎng)不穩(wěn)定性預(yù)防、建筑物能量監(jiān)視、建筑物能量管理、建筑物能量驗(yàn)證等相關(guān)的任務(wù)的系統(tǒng)和方法。與上述參考的技術(shù)中公開(kāi)的系統(tǒng)和方法相比，本文描述的系統(tǒng)和方法可以能夠以任何相關(guān)的時(shí)間尺度(例如，每年、每半年、每季節(jié)、每月、每周、每天、每小時(shí)、每子小時(shí)等)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)丟失的能量數(shù)據(jù)。本文描述的系統(tǒng)和方法可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法(例如，回歸模型)來(lái)估計(jì)丟失的信息?；貧w模型的準(zhǔn)確性可以通過(guò)模型估計(jì)和實(shí)際數(shù)據(jù)之間的概率分布函數(shù)的比較來(lái)評(píng)估。本文描述的系統(tǒng)和方法的應(yīng)用可以包括但不限于建筑物能量使用、需求響應(yīng)、能量網(wǎng)格中的可再生能量資源的集成和平衡、電力網(wǎng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定性和/或基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

作為示例，可以使用諸如計(jì)量表的傳感器來(lái)監(jiān)視建筑物能量消耗，所述傳感器將能量消耗隨時(shí)間推移列出。諸如設(shè)備故障或建筑物功率損失的故障的發(fā)生可以防止能量消耗數(shù)據(jù)被測(cè)量和記錄。這種事件可能頻繁發(fā)生，并在測(cè)量數(shù)據(jù)中產(chǎn)生大的“間隙”。使用回歸模型，系統(tǒng)可以創(chuàng)建建筑物能量使用量的預(yù)測(cè)?；貧w模型包括但不限于線性回歸、多項(xiàng)式回歸、邏輯回歸、多變量線性回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)核回歸(諸如支持向量回歸(SVR))等。當(dāng)應(yīng)用于數(shù)據(jù)不可用的時(shí)間段時(shí)，該技術(shù)可允許系統(tǒng)在數(shù)據(jù)丟失期間有效地校正能量消耗數(shù)據(jù)。

在優(yōu)選實(shí)施例的以下描述中，參考形成其一部分的附圖，并且其中通過(guò)圖示的方式示出了可以實(shí)踐本公開(kāi)的具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本公開(kāi)的范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變。

系統(tǒng)總覽

圖1示出了示出能量數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)100中的各種部件的框圖。如圖1所示，能量數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)100包括能量系統(tǒng)110、控制系統(tǒng)130、能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140、校正能量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)145、SCADA系統(tǒng)150以及用戶設(shè)備160。

能量系統(tǒng)110可以是多種結(jié)構(gòu)或部件中的一種，諸如一個(gè)或多個(gè)建筑物，一個(gè)或多個(gè)工業(yè)過(guò)程(例如，工廠)，一個(gè)或多個(gè)車(chē)輛、電網(wǎng)、可再生能源(例如，水力發(fā)電、太陽(yáng)能、風(fēng)能等)、常規(guī)能源(例如，發(fā)電機(jī)、天然氣發(fā)電廠、核電站、煤電廠等)等。能量系統(tǒng)110可以包括測(cè)量物理數(shù)據(jù)的各種傳感器(例如，恒溫器、恒濕器、公用事業(yè)計(jì)量表等)。物理數(shù)據(jù)可以包括環(huán)境方面，諸如溫度或濕度，但是也可以包括系統(tǒng)方面，諸如功率消耗或電流。來(lái)自傳感器的讀數(shù)還可以被轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)男问揭员阌诜治?。例如，傳感器可以記錄溫度的變化或濕度的變化，或者可以替代地記錄這些值在一段時(shí)間內(nèi)的積分?？商娲?，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以對(duì)原始傳感器數(shù)據(jù)執(zhí)行這種后處理。物理數(shù)據(jù)可以例如包括電壓、電流、溫度、濕度、空氣流量、電力使用量、水使用量、氣體使用量、占有率、光、煙霧、網(wǎng)絡(luò)分組等。能量系統(tǒng)110中的每個(gè)傳感器可以本地存儲(chǔ)信息?？商娲鼗蛄硗獾?，一個(gè)或多個(gè)傳感器可以將測(cè)量的信息發(fā)送到能量系統(tǒng)110內(nèi)的中央系統(tǒng)。傳達(dá)其信息的那些傳感器可以是無(wú)線的或有線的。某些實(shí)施例考慮了包括對(duì)等(ad hoc)基礎(chǔ)設(shè)施的傳感器，從而有助于將讀數(shù)傳輸?shù)街醒胂到y(tǒng)。在包括無(wú)線傳感器的某些實(shí)施例中，能量系統(tǒng)110內(nèi)的路由器可以用于從本地傳感器收集數(shù)據(jù)并將它們傳遞到中央系統(tǒng)。

SCADA系統(tǒng)150可以包括在通信信道上操作以向用戶或操作者提供對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的控制的控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)150還可以包括獲取并存儲(chǔ)遠(yuǎn)程設(shè)備的狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。例如，SCADA系統(tǒng)150可以允許對(duì)能量系統(tǒng)110內(nèi)的結(jié)構(gòu)或部件的控制，并且可以獲取并存儲(chǔ)由能量系統(tǒng)110的傳感器測(cè)量的物理數(shù)據(jù)。

SCADA系統(tǒng)150可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)120與能量系統(tǒng)110通信。網(wǎng)絡(luò)120可以是可以由各種不同方操作的鏈接網(wǎng)絡(luò)的公共可訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，諸如互聯(lián)網(wǎng)。在其它實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)120可以包括專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、電纜網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)等或其組合，每個(gè)都具有對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的訪問(wèn)和/或來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的訪問(wèn)。

能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以經(jīng)由類(lèi)似于網(wǎng)絡(luò)120(未示出)的另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)與SCADA系統(tǒng)150通信。能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以包括一個(gè)或多個(gè)編程的計(jì)算設(shè)備(其可以是地理上分布的)，每個(gè)編程的計(jì)算設(shè)備可以包括處理器和存儲(chǔ)器。例如，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以包括各種部件，諸如歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器144。歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器144可以各自實(shí)現(xiàn)為可執(zhí)行代碼模塊，其存儲(chǔ)在能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140的存儲(chǔ)器中并由能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140的(多個(gè))處理器執(zhí)行。歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器144還可以部分地或全部地在專(zhuān)用硬件中實(shí)現(xiàn)。歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142可以被配置為對(duì)于其中不存在歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔，預(yù)測(cè)或估計(jì)對(duì)應(yīng)于能量系統(tǒng)110的一個(gè)或多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。例如，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以經(jīng)由SCADA系統(tǒng)150接收由能量系統(tǒng)110的傳感器測(cè)量的物理數(shù)據(jù)，并將這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在經(jīng)校正能量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)145中?？商娲?，未示出，SCADA系統(tǒng)150可以直接將物理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在校正能量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)145中，并且能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以從校正能量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)145檢索這種數(shù)據(jù)。使用所接收的物理數(shù)據(jù)和下面更詳細(xì)描述的技術(shù)，歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142可以確定在哪些時(shí)間間隔中物理數(shù)據(jù)丟失并且預(yù)測(cè)或估計(jì)丟失的物理數(shù)據(jù)。能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以將實(shí)際和估計(jì)的物理數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶設(shè)備160用于顯示和分析。

在一些實(shí)施例中，歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142被配置為對(duì)于其中存在歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔預(yù)測(cè)或估計(jì)對(duì)應(yīng)于能量系統(tǒng)110的一個(gè)或多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142可以使用實(shí)際物理數(shù)據(jù)和下面描述的技術(shù)來(lái)估計(jì)這種數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142可以將估計(jì)的數(shù)據(jù)處理為能量系統(tǒng)110性能的基線。歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142然后可以將估計(jì)的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以測(cè)量能量系統(tǒng)110的性能(例如，以對(duì)能量系統(tǒng)110的性能進(jìn)行基準(zhǔn)檢測(cè))。測(cè)量的性能可以被發(fā)送到SCADA系統(tǒng)150或單獨(dú)的控制系統(tǒng)130，使得SCADA系統(tǒng)150或單獨(dú)的控制系統(tǒng)130可以自動(dòng)采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作(例如，調(diào)節(jié)能量系統(tǒng)110中的部件或結(jié)構(gòu)的操作或參數(shù)，生成描述操作員觀看的過(guò)去和/或當(dāng)前操作的報(bào)告等)。歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142還可以將估計(jì)的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便進(jìn)行故障檢測(cè)。例如，如果實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)和估計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的差超過(guò)閾值某一置信度，則這可以指示發(fā)生故障。檢測(cè)到故障的指示可以被發(fā)送到SCADA系統(tǒng)150或單獨(dú)的控制系統(tǒng)130，使得可以采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作。可替代地，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以將估計(jì)的數(shù)據(jù)發(fā)送到SCADA系統(tǒng)150或單獨(dú)的控制系統(tǒng)130，并且SCADA系統(tǒng)150或單獨(dú)的控制系統(tǒng)130可以執(zhí)行性能基準(zhǔn)檢測(cè)和/或故障檢測(cè)。

能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140還可以被配置為預(yù)測(cè)或估計(jì)在未來(lái)的時(shí)間間隔中對(duì)應(yīng)于能量系統(tǒng)110的一個(gè)或多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器144可以使用實(shí)際物理數(shù)據(jù)和下面描述的技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)這種數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器144可以使用預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)例如確定并生成可被用于維持操作效率的未來(lái)能量系統(tǒng)110的控制序列。例如，如果能量系統(tǒng)110對(duì)應(yīng)于建筑物并且預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)指示下一天可以是熱天，則數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器144可以確定加熱器鍋爐應(yīng)該被關(guān)閉并且可以生成適當(dāng)?shù)目刂菩蛄?。所生成的控制序列可以被發(fā)送到SCADA系統(tǒng)150或單獨(dú)的控制系統(tǒng)130，使得可以實(shí)現(xiàn)控制序列。

如上所述，用戶設(shè)備160可以從能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140接收實(shí)際和估計(jì)的物理數(shù)據(jù)。用戶設(shè)備160可以在交互式用戶界面中顯示這種信息。經(jīng)由用戶界面，用戶可以分析數(shù)據(jù)以執(zhí)行各種任務(wù)。例如，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以估計(jì)物理數(shù)據(jù)，使得用戶界面顯示在一年的時(shí)間段內(nèi)的完整的一組物理數(shù)據(jù)。用戶界面可以允許用戶組織用于客戶端計(jì)費(fèi)、資源跟蹤(例如，跟蹤多少?lài)岰O₂被消耗)、自我報(bào)告的物理數(shù)據(jù)，生成可用于維持操作效率的控制序列(例如，可以被發(fā)送到SCADA系統(tǒng)150或單獨(dú)的控制系統(tǒng)130以用于控制能量系統(tǒng)110中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)或部件的操作的控制序列)等。

雖然圖1中示出了單個(gè)用戶設(shè)備160，但是這不意味著進(jìn)行限制。能量數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)110可以包括任意數(shù)量的用戶設(shè)備160。用戶設(shè)備160可以包括各種各樣的計(jì)算設(shè)備，包括個(gè)人計(jì)算設(shè)備、終端計(jì)算設(shè)備、膝上型計(jì)算設(shè)備、平板計(jì)算設(shè)備、電子閱讀器設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備(例如，移動(dòng)電話、媒體播放器、手持游戲設(shè)備等)、具有網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和程序執(zhí)行能力的可穿戴設(shè)備(例如，“智能手表”或“智能眼鏡”)、無(wú)線設(shè)備、機(jī)頂盒、控制臺(tái)、娛樂(lè)系統(tǒng)、具有網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和程序執(zhí)行能力的電視(例如，“智能TV”)以及各種其它電子設(shè)備和電器。各個(gè)用戶設(shè)備160可以執(zhí)行瀏覽器應(yīng)用或其它聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以與能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140通信。

校正能量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)145可以存儲(chǔ)實(shí)際的、估計(jì)的和/或預(yù)測(cè)的物理數(shù)據(jù)。校正能量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)145可以位于能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140的外部。例如，校正能量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)145可以由單獨(dú)的系統(tǒng)或服務(wù)器存儲(chǔ)和管理，并且可以經(jīng)由直接連接或間接連接(例如，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)，例如網(wǎng)絡(luò)120)與能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140通信。在未示出的其它實(shí)施例中，校正能量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)145位于能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140內(nèi)。

雖然圖1和本公開(kāi)的能量數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)相對(duì)于能量數(shù)據(jù)進(jìn)行了描述，但是這僅僅是出于說(shuō)明的目的，而不意味著是限制性的。由能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140執(zhí)行的本文所描述的技術(shù)可以應(yīng)用于許多其它應(yīng)用。例如，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用本文描述的技術(shù)進(jìn)行運(yùn)輸規(guī)劃。能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用歷史數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，以估計(jì)將來(lái)可能使用交通設(shè)施的車(chē)輛或人的數(shù)量。作為另一示例，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用這里描述的技術(shù)進(jìn)行電信預(yù)報(bào)。能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)以允許網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃者或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)確定要購(gòu)買(mǎi)多少設(shè)備以滿足需求，預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載并相應(yīng)地調(diào)節(jié)參數(shù)等。作為另一示例，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用本文描述的技術(shù)進(jìn)行遙感中的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)。衛(wèi)星可以用于測(cè)量地球表面的環(huán)境動(dòng)力學(xué)(例如，溫度、濕度等)。然而，云層可能會(huì)阻止某些位置的測(cè)量，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中的間隙。因此，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用本文所描述的技術(shù)來(lái)估計(jì)這種丟失的數(shù)據(jù)。作為另一示例，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用本文所描述的技術(shù)來(lái)監(jiān)視過(guò)程中的條件的參數(shù)(例如，振動(dòng)、溫度等)，以識(shí)別參數(shù)的(顯著)變化，其可以指示故障正在發(fā)展。作為另一示例，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用本文所描述的技術(shù)來(lái)進(jìn)行銷(xiāo)售預(yù)測(cè)。

由能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140實(shí)現(xiàn)的技術(shù)

A)估計(jì)數(shù)據(jù)丟失時(shí)段的物理數(shù)據(jù)

當(dāng)管理并監(jiān)視像能量系統(tǒng)110的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)丟失(例如，能量系統(tǒng)110中的傳感器或部件不能發(fā)送測(cè)量分組)可能是常見(jiàn)的問(wèn)題。數(shù)據(jù)丟失的一些示例可以包括停電、傳感器校準(zhǔn)的丟失和/或網(wǎng)絡(luò)擁塞。當(dāng)傳感器(諸如建筑物儀表)經(jīng)歷數(shù)據(jù)丟失時(shí)，子小時(shí)使用信息可能在幾個(gè)小時(shí)至幾個(gè)月的持續(xù)時(shí)間內(nèi)不可用，直到問(wèn)題解決。由于信息損失，能量系統(tǒng)110性能的評(píng)估和不同能量系統(tǒng)110之間的性能的交叉比較可能變得困難。為了管理這個(gè)問(wèn)題，從業(yè)者經(jīng)常借助于基于測(cè)量的物理數(shù)據(jù)的年度化來(lái)估計(jì)丟失的物理數(shù)據(jù)。然而，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用基于回歸模型的評(píng)估的預(yù)測(cè)模型來(lái)估計(jì)數(shù)據(jù)丟失期間的物理數(shù)據(jù)。

為了執(zhí)行估計(jì)，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140(例如，歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142和/或數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器144)可以首先通過(guò)生成回歸模型來(lái)對(duì)物理數(shù)據(jù)的行為建模。通常，回歸模型通過(guò)創(chuàng)建兩個(gè)數(shù)據(jù)集之間的輸入/輸出關(guān)系的映射來(lái)工作。因此，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以通過(guò)生成將一組輸入映射到一組輸出的回歸模型來(lái)對(duì)物理數(shù)據(jù)的行為建模。為了對(duì)物理數(shù)據(jù)建模，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用測(cè)量的或?qū)嶋H的物理數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)集并且使用輸出數(shù)據(jù)集相關(guān)的測(cè)量組作為輸入數(shù)據(jù)集。因?yàn)槲锢頂?shù)據(jù)(特別是如果物理數(shù)據(jù)是從建筑物導(dǎo)出的)可能受環(huán)境的強(qiáng)烈影響，所以輸入數(shù)據(jù)集可以包括對(duì)應(yīng)于天氣變量(例如溫度、太陽(yáng)輻射和/或相對(duì)濕度)的測(cè)量值。然而，不要求對(duì)應(yīng)于天氣變量的測(cè)量值是輸入數(shù)據(jù)集的一部分。來(lái)自其它變量的測(cè)量值可以是輸入數(shù)據(jù)集的一部分，諸如對(duì)應(yīng)于時(shí)間變量(例如一天中的小時(shí)或星期幾)的測(cè)量值。在輸入數(shù)據(jù)集中使用的測(cè)量值可以對(duì)應(yīng)于存在實(shí)際物理數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔。因此，由能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140使用的用于生成回歸模型的輸入數(shù)據(jù)集和輸出數(shù)據(jù)集可以包括與相同時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

一旦已經(jīng)選擇了輸入數(shù)據(jù)集和輸出數(shù)據(jù)集，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以為回歸模型選擇一個(gè)或多個(gè)回歸模型參數(shù)(例如，系數(shù))?？梢砸韵铝蟹绞竭x擇回歸模型參數(shù)，例如，導(dǎo)致緊密擬合通過(guò)輸入和輸出數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)圖的線(例如，使用最小二乘法、最大似然法等)，其中如果輸入數(shù)據(jù)值和輸出數(shù)據(jù)值與相同的時(shí)間或時(shí)間間隔相關(guān)聯(lián)，則可以將這兩個(gè)值繪制在一起。能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用一個(gè)或多個(gè)回歸參數(shù)來(lái)生成單個(gè)回歸模型。

在一些實(shí)施例中，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140選擇多組回歸模型參數(shù)，其中每組回歸模型參數(shù)對(duì)應(yīng)于單獨(dú)的回歸模型。例如，不同的參數(shù)組可以各自產(chǎn)生緊密擬合通過(guò)輸入和輸出數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)的圖的線。在這種情況下，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用每組回歸參數(shù)來(lái)生成單獨(dú)的回歸模型。因此，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以生成多個(gè)回歸模型。

一旦創(chuàng)建(多個(gè))回歸模型，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以通過(guò)測(cè)量輸入數(shù)據(jù)集估計(jì)輸出數(shù)據(jù)集的程度來(lái)驗(yàn)證每個(gè)回歸模型的質(zhì)量。如果能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140生成單個(gè)回歸模型，則如果回歸模型的經(jīng)驗(yàn)證的質(zhì)量或準(zhǔn)確性超過(guò)(或不超過(guò))閾值，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以選擇該回歸模型來(lái)估計(jì)數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間間隔的物理數(shù)據(jù)。如果能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140生成多個(gè)回歸模型，則能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以基于每個(gè)回歸模型的驗(yàn)證的質(zhì)量或準(zhǔn)確性來(lái)選擇回歸模型中的一個(gè)來(lái)估計(jì)其中數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間間隔的物理數(shù)據(jù)。

例如，可以通過(guò)在類(lèi)似的時(shí)間段內(nèi)將估計(jì)的物理數(shù)據(jù)與實(shí)際物理數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)確定所生成的(多個(gè))回歸模型的準(zhǔn)確性。如上所述，可以從SCADA系統(tǒng)150接收實(shí)際物理數(shù)據(jù)(并且實(shí)際物理數(shù)據(jù)可以是當(dāng)最初生成正被驗(yàn)證的回歸模型時(shí)在輸出數(shù)據(jù)集中使用的相同數(shù)據(jù))。實(shí)際物理數(shù)據(jù)可以對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔。估計(jì)的物理數(shù)據(jù)可以是正被驗(yàn)證的回歸模型的輸出，其中回歸模型的輸入可以是在最初生成回歸模型時(shí)在輸入數(shù)據(jù)集中使用的相同數(shù)據(jù)，并且其中輸入對(duì)應(yīng)于相同的第一時(shí)間間隔(并且因此估計(jì)的物理數(shù)據(jù)也可以對(duì)應(yīng)于相同的第一時(shí)間間隔)。

為了評(píng)估模型捕獲時(shí)間動(dòng)態(tài)行為的能力，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用與實(shí)際和/或估計(jì)的物理數(shù)據(jù)的屬性相關(guān)的概率分布函數(shù)(PDF)。兩個(gè)信號(hào)(例如，實(shí)際物理數(shù)據(jù)和由模型估計(jì)或預(yù)測(cè)的物理數(shù)據(jù))的PDF的比較可以通過(guò)以下來(lái)定義：

其中方程中的累積分布函數(shù)(CDF)可以被定義為：

其中PSD是功率譜密度。在等式(1)和(2)中，M可以是在指定時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量的實(shí)際物理數(shù)據(jù)(例如，在6月份期間測(cè)量的時(shí)間序列建筑物儀表數(shù)據(jù))，并S可以是在相同指定的時(shí)間間隔(例如，在6月份期間使用對(duì)應(yīng)于與6月份相關(guān)聯(lián)的輸入變量的測(cè)量值由回歸模型預(yù)測(cè)或預(yù)報(bào)的時(shí)間序列建筑物儀表數(shù)據(jù))由被驗(yàn)證的回歸模型估計(jì)的物理數(shù)據(jù)。

比較的分布可以是實(shí)際和估計(jì)的物理數(shù)據(jù)(例如，時(shí)間序列建筑物儀表數(shù)據(jù))的歸一化功率譜密度。因?yàn)榻ㄖ锬芰肯目梢栽诙鄠€(gè)時(shí)間尺度上顯示周期性行為，具有強(qiáng)的每日、每周和/或季節(jié)性振蕩，如在Georgescu,Michael,Bryan Eisenhower和Igor Mezic 2012年的“Creating Zoning Approximations to Building Energy Models using the Koopman Operator”，國(guó)際大廈性能模擬協(xié)會(huì)的第五屆會(huì)議(Fifth National Conference of International Building Performance Simulation Association-USA)的SimBuild 2012.會(huì)議記錄.40–47.http://www.ibpsa.us/simbuild2012/Papers/SB12_TS01b_3_Georgescu.pdf訪問(wèn)時(shí)間(Accessed):7/15/2013中更詳細(xì)描述的，其通過(guò)引用整體并入本文，像Wasserstein距離的度量可以幫助確定是否在回歸模型的預(yù)測(cè)輸出中正確地捕獲實(shí)際物理數(shù)據(jù)的頻譜內(nèi)容。Wasserstein距離在本文中用于簡(jiǎn)單的目的，而不意味著進(jìn)行限制。例如，諸如H2、H無(wú)窮大、均方根誤差等的其它度量可以幫助確定實(shí)際物理數(shù)據(jù)的頻譜內(nèi)容是否在回歸模型的預(yù)測(cè)輸出中被正確地捕獲。在驗(yàn)證測(cè)試中，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以通過(guò)確定并使用Wasserstein距離(或上述其它度量中的任何一個(gè))來(lái)計(jì)算模型準(zhǔn)確度。PDF上的該度量的值是Wasserstein距離可以測(cè)量模型重建由能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140最初使用以生成回歸模型的原始數(shù)據(jù)的能力。

在實(shí)施例中，如果能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140生成單個(gè)回歸模型，則如果所確定的Wasserstein距離小于閾值(例如，0.005)，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140選擇該回歸模型來(lái)估計(jì)其中數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間間隔的物理數(shù)據(jù)。如果能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140生成多個(gè)回歸模型，則能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以選擇與最低確定的Wasserstein距離相關(guān)聯(lián)的回歸模型作為回歸模型，以用于估計(jì)其中數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間間隔的物理數(shù)據(jù)。

圖2示出了驗(yàn)證測(cè)試的結(jié)果。在如圖2所示的示例中，由能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140使用建筑物儀表數(shù)據(jù)生成86個(gè)模型。將建模的物理數(shù)據(jù)的PDF與各種儀表的實(shí)際物理數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如圖表210、220和230所示(其中線212、222和232表示實(shí)際物理數(shù)據(jù)并且線214、224和234表示建模的物理數(shù)據(jù))，計(jì)算回歸模型的SVR方法可以準(zhǔn)確地捕獲許多儀表的行為。對(duì)于圖2中所示的圖形210、220和230，當(dāng)能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140生成回歸模型時(shí)，環(huán)境變量可以被包括在輸入數(shù)據(jù)集中。對(duì)于不準(zhǔn)確的模型，環(huán)境變量包含在輸入數(shù)據(jù)集中可能是不良的選擇(poor choice)。如上所述，可以通過(guò)分析建模的物理數(shù)據(jù)和實(shí)際物理數(shù)據(jù)各自的PDF之間的Wasserstein距離對(duì)建模的物理數(shù)據(jù)和實(shí)際物理數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。基于分析，PDF距離和模型性能之間的關(guān)系可以被總結(jié)如下：

·Wasserstein距離<0.005：大多數(shù)頻譜特征都很好地被捕獲。該模型準(zhǔn)確地反映數(shù)據(jù)。

·0.005<Wasserstein距離<0.01：捕獲大多數(shù)頻譜特征，但是振蕩的振幅或相位可能不匹配。

·0.01<Wasserstein距離：缺少主要頻譜特征。該模型不反映數(shù)據(jù)。通常由于在模型輸入(例如，在特定時(shí)間自動(dòng)設(shè)備關(guān)閉)內(nèi)沒(méi)有捕獲的傳感器數(shù)據(jù)的非平穩(wěn)屬性而不匹配。

利用可接受的回歸模型，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以從初始輸入數(shù)據(jù)集(例如，當(dāng)最初生成回歸模型時(shí)使用的輸入數(shù)據(jù)集)中使用的變量中選擇測(cè)量值作為回歸模型的輸入，其對(duì)應(yīng)于實(shí)際物理數(shù)據(jù)不存在的時(shí)間間隔。然后，回歸模型可以產(chǎn)生其中不存在歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔(例如，數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間段)的估計(jì)物理數(shù)據(jù)作為輸出。使用這些技術(shù)，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用有限量的物理數(shù)據(jù)來(lái)生成模型，并且能夠在數(shù)據(jù)丟失期間捕獲物理數(shù)據(jù)的預(yù)期特性。

作為示例，圖3示出了描繪呈現(xiàn)五個(gè)月數(shù)據(jù)丟失的建筑物儀表的年度組合的實(shí)際和估計(jì)消耗的用戶界面300。用戶界面300可以由用戶設(shè)備160顯示。建筑物儀表可以測(cè)量冷水使用量。具體地，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用7個(gè)月的可用數(shù)據(jù)(例如，在曲線圖310中描繪的數(shù)據(jù))生成建筑物儀表的回歸模型。然后，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用回歸模型來(lái)估計(jì)在其中不存在建筑物儀表數(shù)據(jù)的5個(gè)月范圍內(nèi)的冷水使用量(例如，在圖表320中的框325中描繪的數(shù)據(jù))。在數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間段期間，回歸模型可以正確地估計(jì)8月和9月(可能是當(dāng)?shù)貧夂蜃顭岬脑路?期間較高的平均冷水使用量。盡管具有根據(jù)其執(zhí)行外推的有限數(shù)據(jù)，但是能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以執(zhí)行預(yù)測(cè)。使用實(shí)際測(cè)量值和預(yù)測(cè)的測(cè)量值的組合的現(xiàn)在完整的建筑物儀表輸出可以以如上所述的方式幫助促進(jìn)建筑物操作中的附加建筑物分析或調(diào)節(jié)。

在另一個(gè)示例中，圖4A示出了描繪在由于傳感器故障而丟失兩個(gè)星期的數(shù)據(jù)的一個(gè)月時(shí)段中由350,000平方英尺辦公樓中的建筑物儀表收集的測(cè)量值的用戶界面400。用戶界面400可以由用戶設(shè)備160顯示。建筑物儀表可以測(cè)量耗電量(electrical consumption)。使用圖形410中由線415描繪的測(cè)量值作為輸出數(shù)據(jù)集，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用與圖形410中描繪的測(cè)量值相關(guān)的測(cè)量值作為輸入數(shù)據(jù)集(例如，一天中的小時(shí)和星期幾，如下所述)以生成回歸模型。然后，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用所生成的回歸模型來(lái)估計(jì)缺失的建筑物儀表數(shù)據(jù)，如圖4B中線420所示?？梢曰谝韵聝蓚€(gè)輸入來(lái)估計(jì)缺失的建筑物儀表數(shù)據(jù)：一天中的小時(shí)和星期幾。這兩個(gè)輸入可以在預(yù)處理步驟中生成。如圖4B所示，在一年的數(shù)據(jù)的過(guò)程中，回歸模型可以在5％內(nèi)匹配總的實(shí)際耗電量。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，使用由線415表示的測(cè)量值作為輸出數(shù)據(jù)集，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用與圖表410中描繪的測(cè)量值相關(guān)的測(cè)量值作為輸入數(shù)據(jù)集(例如，一天中的小時(shí)、星期幾、以及天氣變量，如下所述)，以生成回歸模型。然后，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用所生成的回歸模型來(lái)估計(jì)缺失的建筑物儀表數(shù)據(jù)，如圖4C中由線425所示。不像圖4B所描繪的估計(jì)，圖4C中示出的丟失的建筑物儀表數(shù)據(jù)可以基于一天中的時(shí)間、星期幾和室外空氣溫度。將室外空氣溫度作為附加輸入添加可以允許所生成的回歸模型更好地跟蹤每日峰值，并且可以去除在圖4B中示出的先前預(yù)測(cè)中創(chuàng)建的周期性。此外，通過(guò)回歸模型在6％內(nèi)匹配總的實(shí)際耗電量，在一年期間的準(zhǔn)確度可以被保持。

如本文所描述的，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用上述技術(shù)以任何相關(guān)時(shí)間尺度(例如，每小時(shí)、每分鐘、每子分鐘等)精確地預(yù)測(cè)丟失的物理數(shù)據(jù)。能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140估計(jì)物理數(shù)據(jù)的時(shí)間尺度可以僅被包括在能量系統(tǒng)110中的測(cè)量設(shè)備(例如，傳感器)限制。

另外，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用諸如建筑物能量模型(或者反映實(shí)際條件的任何其它輸入數(shù)據(jù)或輸入數(shù)據(jù)的組合)的模型作為輸入來(lái)代替或增加輸入數(shù)據(jù)集中的實(shí)際環(huán)境數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)期未來(lái)輸入的預(yù)測(cè)。由回歸模型產(chǎn)生的預(yù)測(cè)然后可以表示對(duì)未來(lái)事件的預(yù)測(cè)。作為示例，通過(guò)事先確定特定事件可能發(fā)生的時(shí)間間隔(例如，不能滿足的未來(lái)能量需求)，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以使用所得到的預(yù)測(cè)進(jìn)行需求響應(yīng)。

校正物理數(shù)據(jù)的示例過(guò)程

圖5示出了可以由能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140使用以校正丟失的物理數(shù)據(jù)的過(guò)程500。作為示例，圖1的歷史數(shù)據(jù)估計(jì)器142或數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)器144可以被配置為實(shí)現(xiàn)過(guò)程500。過(guò)程500在框502處開(kāi)始。

在框502處，檢索由物理傳感器測(cè)量的實(shí)際物理數(shù)據(jù)。實(shí)際物理數(shù)據(jù)可以從諸如SCADA系統(tǒng)150的SCADA系統(tǒng)或者從諸如校正能量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)145的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索。實(shí)際物理數(shù)據(jù)可以對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔。物理傳感器可以是包括在諸如能量系統(tǒng)110的能量系統(tǒng)中的部件。

在框504處，確定與實(shí)際物理數(shù)據(jù)相關(guān)的參數(shù)。例如，參數(shù)可以是天氣變量，諸如溫度、太陽(yáng)輻射或相對(duì)濕度。該參數(shù)可以與實(shí)際物理數(shù)據(jù)相關(guān)，因?yàn)樵搮?shù)影響實(shí)際物理數(shù)據(jù)的值。

在框506處，檢索與所確定的參數(shù)相關(guān)聯(lián)并且對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔的第一測(cè)量值?？梢詮娜魏蝺?nèi)部或外部數(shù)據(jù)庫(kù)(例如，經(jīng)由像網(wǎng)絡(luò)120的網(wǎng)絡(luò))檢索第一測(cè)量值。

在框508處，使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)生成所檢索的第一測(cè)量值至檢索到的實(shí)際物理數(shù)據(jù)的映射。例如，回歸模型(諸如SVR)可以被用于生成映射。在進(jìn)行到框510之前，框508處的過(guò)程500可以如本文中所描述地驗(yàn)證映射(例如，驗(yàn)證回歸模型)。例如，過(guò)程500可以使用映射和第一測(cè)量值來(lái)生成估計(jì)的物理數(shù)據(jù)。過(guò)程500然后可以將估計(jì)的物理數(shù)據(jù)與檢索到的實(shí)際物理數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定度量，諸如Wasserstein距離，其可以指示檢索到的實(shí)際物理數(shù)據(jù)的頻譜內(nèi)容是否在回歸模型的預(yù)測(cè)輸出中被正確地捕獲。

在框510處，檢索與所確定的參數(shù)相關(guān)聯(lián)并且對(duì)應(yīng)于第二時(shí)間間隔的第二測(cè)量值。

在框512處，使用檢索到的第二測(cè)量值和所生成的映射來(lái)估計(jì)第二時(shí)間間隔的物理數(shù)據(jù)。如本文所描述的，估計(jì)的物理數(shù)據(jù)可以被用于性能基準(zhǔn)檢測(cè)、故障檢測(cè)和/或生成用于未來(lái)能量系統(tǒng)110操作的控制序列。

關(guān)于本公開(kāi)的附加信息可以在公開(kāi)的Michael Georgescu，Emma Eccles，Varsha Manjunath，Emily Swindle和Igor Mezic，BSO14會(huì)議，2014年6月的“Machine Learning Methods for Site-Level Building Energy Forecasting and Data Rectification”中找到，其通過(guò)引用整體并入本文。

附加實(shí)施例

圖1的能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以是單個(gè)計(jì)算設(shè)備，或者它可以包括邏輯地或物理地分組在一起以共同地作為服務(wù)器系統(tǒng)操作的多個(gè)不同的計(jì)算設(shè)備，諸如計(jì)算機(jī)服務(wù)器。能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140的組件可以各自在專(zhuān)用硬件(例如，具有一個(gè)或多個(gè)ASIC的服務(wù)器計(jì)算設(shè)備)中實(shí)現(xiàn)，使得不需要軟件，或者作為硬件和軟件的組合。另外，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140的模塊和部件可以被組合在一個(gè)服務(wù)器計(jì)算設(shè)備上或者在幾個(gè)服務(wù)器計(jì)算設(shè)備上單獨(dú)分離或分組。在一些實(shí)施例中，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140可以包括比圖1A-B中所示的更多或更少的部件。

在一些實(shí)施例中，由能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140提供的特征和服務(wù)可以被實(shí)現(xiàn)為經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)120可消費(fèi)的web服務(wù)。在另外的實(shí)施例中，能量數(shù)據(jù)校正服務(wù)器140由在托管計(jì)算環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)虛擬機(jī)提供。托管計(jì)算環(huán)境可以包括一個(gè)或多個(gè)快速供應(yīng)和釋放的計(jì)算資源，該計(jì)算資源可以包括計(jì)算、聯(lián)網(wǎng)和/或存儲(chǔ)設(shè)備。托管計(jì)算環(huán)境也可以被稱(chēng)為云計(jì)算環(huán)境。

術(shù)語(yǔ)

本文描述的所有方法和任務(wù)可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行和完全自動(dòng)化。在一些情況下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和互操作以執(zhí)行所描述的功能的多個(gè)不同的計(jì)算機(jī)或計(jì)算設(shè)備(例如，物理服務(wù)器、工作站、存儲(chǔ)陣列、云計(jì)算資源等)。每個(gè)這種計(jì)算設(shè)備通常包括執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器或其它非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)或設(shè)備(例如，固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等)中的程序指令或模塊的處理器(或多個(gè)處理器)。本文公開(kāi)的各種功能可以體現(xiàn)在這樣的程序指令中，和/或可以被實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的專(zhuān)用電路(例如，ASIC或FPGA)中。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括多個(gè)計(jì)算設(shè)備的情況下，這些設(shè)備可以但不一定位于同一地點(diǎn)。所公開(kāi)的方法和任務(wù)的結(jié)果可以通過(guò)將諸如固態(tài)存儲(chǔ)器芯片和/或磁盤(pán)的物理存儲(chǔ)設(shè)備變換到不同狀態(tài)而持久地存儲(chǔ)。在一些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以是其處理資源由多個(gè)不同的商業(yè)實(shí)體或其他用戶共享的基于云的計(jì)算系統(tǒng)。

取決于實(shí)施例，本文描述的任何過(guò)程或算法的某些動(dòng)作、事件或功能可以以不同的順序執(zhí)行，可以被添加、合并或完全省略(例如，不是所有描述的操作或事件對(duì)于算法的實(shí)踐是必要的)。此外，在某些實(shí)施例中，可以例如通過(guò)多線程處理、中斷處理或多個(gè)處理器或處理器核心或在其它并行架構(gòu)上而不是順序地并發(fā)地執(zhí)行操作或事件。

結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例而描述的各種說(shuō)明性邏輯塊、模塊、例程和算法步驟可以實(shí)施為電子硬件(例如，ASIC或FPGA設(shè)備)、在通用計(jì)算機(jī)硬件上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)軟件，或兩者的組合。為了清楚地說(shuō)明硬件和軟件的這種可互換性，上面已經(jīng)在其功能方面一般性地描述了各種說(shuō)明性組件、塊、模塊和步驟。這種功能是否被實(shí)現(xiàn)為專(zhuān)用硬件而不是在通用硬件上運(yùn)行的軟件取決于特定應(yīng)用和施加在整個(gè)系統(tǒng)上的設(shè)計(jì)約束。所描述的功能可以針對(duì)每個(gè)特定應(yīng)用以不同的方式實(shí)現(xiàn)，但是這種實(shí)現(xiàn)決策不應(yīng)被解釋為導(dǎo)致脫離本公開(kāi)的范圍。

此外，結(jié)合本文所公開(kāi)的實(shí)施例描述的各種說(shuō)明性邏輯塊和模塊可以由機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行，所述機(jī)器諸如通用處理器設(shè)備、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或其它可編程邏輯器件、分立門(mén)或晶體管邏輯、分立硬件組件或其任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器設(shè)備可以是微處理器，但在替代方案中，處理器設(shè)備可以是控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)、其組合等。處理器設(shè)備可以包括被配置為處理計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的電路。在另一實(shí)施例中，處理器設(shè)備包括執(zhí)行邏輯操作而不處理計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的FPGA或其它可編程設(shè)備。處理器設(shè)備還可以被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算設(shè)備的組合，例如DSP和微處理器的組合、多個(gè)微處理器、結(jié)合DSP核心的一個(gè)或多個(gè)微處理器，或任何其它這種配置。雖然本文主要針對(duì)數(shù)字技術(shù)進(jìn)行描述，但是處理器設(shè)備還可以主要包括模擬部件。例如，本文所描述的信號(hào)處理算法中的一些或全部可以在模擬電路或混合的模擬和數(shù)字電路中實(shí)現(xiàn)。計(jì)算環(huán)境可以包括任何類(lèi)型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，僅舉幾例，包括但不限于基于微處理器、大型計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器、便攜式計(jì)算設(shè)備、設(shè)備控制器或電器內(nèi)的計(jì)算引擎的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

結(jié)合本文公開(kāi)的實(shí)施例描述的方法、過(guò)程、例程或算法的元素可直接體現(xiàn)在硬件中、在由處理器設(shè)備執(zhí)行的軟件模塊中或兩者的組合中。軟件模塊可以駐留在RAM存儲(chǔ)器、閃存、ROM存儲(chǔ)器、EPROM存儲(chǔ)器、EEPROM存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)磁盤(pán)、CD-ROM或任何其它形式的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。示例性存儲(chǔ)介質(zhì)可以耦合到處理器設(shè)備，使得處理器設(shè)備可以從存儲(chǔ)介質(zhì)讀取信息和向存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入信息。在替代方案中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以集成到處理器設(shè)備。處理器設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)可以駐留在ASIC中。ASIC可以駐留在用戶終端中。在替代方案中，處理器設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)可以作為分立部件駐留在用戶終端中。

除非另有特別說(shuō)明或在上下文中以其它方式理解，否則本文使用的條件語(yǔ)言，諸如尤其是“能夠”、“可以”、“可能”、“可”、“例如”等，通常旨在表達(dá)某些實(shí)施例包括某些特征、元件和/或步驟，而其它實(shí)施例不包括某些特征、元件和/或步驟。因此，這種條件語(yǔ)言通常不旨在暗示特征、元件和/或步驟以任何方式對(duì)于一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例是必需的，或者一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例必然包括用于在有或沒(méi)有其它輸入或提示的情況下決定是否這些特征、元件和/或步驟被包括在或?qū)⒃谌魏翁囟▽?shí)施例中執(zhí)行。術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”、“具有”等是同義的，并且以開(kāi)放式的方式包含使用，并且不排除額外的元件、特征、動(dòng)作、操作等。此外，術(shù)語(yǔ)“或”以其包括的含義使用(而不是以其排他的含義)，使得當(dāng)例如用于連接元件列表時(shí)，術(shù)語(yǔ)“或”表示一個(gè)、一些或所有的元件。

除非另有特別說(shuō)明，否則諸如短語(yǔ)“X、Y、Z中的至少一個(gè)”的分離語(yǔ)言另外被理解為與一般使用的上下文一起表示項(xiàng)目、術(shù)語(yǔ)等可以是X、Y或Z，或其任何組合(例如，X、Y和/或Z)。因此，這種分離語(yǔ)言通常不旨在并且不應(yīng)當(dāng)暗示某些實(shí)施例需要X中的至少一個(gè)、Y中的至少一個(gè)，或者Z中的至少一個(gè)各自存在。

雖然上面的詳細(xì)描述已經(jīng)示出、描述和指出了應(yīng)用于各種實(shí)施例的新穎特征，但是可以理解，可以對(duì)所示的設(shè)備或算法的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種省略、替換和改變而不偏離本公開(kāi)的精神。可以認(rèn)識(shí)到，本文描述的某些實(shí)施例可以在不提供本文所闡述的所有特征和益處的形式內(nèi)實(shí)施，因?yàn)橐恍┨卣骺梢耘c其它特征分開(kāi)使用或?qū)嵺`。本文公開(kāi)的某些實(shí)施例的范圍由隨附權(quán)利要求而不是前面的描述指示。在權(quán)利要求的等同物的含義和范圍內(nèi)的所有改變將被包括在其范圍內(nèi)。