一种基于压缩传感的智能电表数据的实时重构方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109040002A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201810520192.7(22)申请日2018.05.28(71)申请人佛山市顺德区中山大学研究院地址528000广东省佛山市顺德区大良南国东路9号研究院申请人广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院中山大学(72)发明人唐穗谷许银亮但唐也(74)专利代理机构北京易光知识产权代理有限公司11596代理人李韵(51)Int.Cl.H04L29/06(2006.01)H03M7/30(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图4页(54)发明名称一种基于压缩传感的智能电表数据的实时重构方法(57)摘要本发明公开了一种基于压缩传感的智能电表数据的实时重构方法，包括以下几个步骤：S1：基于实时压缩传感的电表数据的传输模型主要由三部分组成：智能电表、接入点以及控制中心S2：本文提出的压缩传感_自动编码器主要压缩与重构由两部分组成：压缩编码和重构编码，S3：在信号的压缩编码部分，主要是对数据进行压缩，减少了电路通信链路。S4：信号重构编码时。其所消耗的时间非常短，很适用于对实时性要求高的智能电表数据的传输。CN109040002ACN109040002A权利要求书1/2页1.一种基于压缩传感的智能电表数据的实时重构方法，其特征在于，包括以下几个步骤：S1：基于实时压缩传感的电表数据的传输模型由三部分组成：智能电表、接入点以及控制中心，智能电表将数据收集后进行压缩，然后通过电力线通信链路将测量值传输到接入点，接入点将收集到的测量值使用无线通信网络传输到控制中心，最后在控制中心对测量值进行重构；S2：基于自动编码器原理的信号的压缩与重构由两部分组成：压缩编码和重构编码，压缩编码由输入层和压缩压缩层组成，重构编码由重构层和输出层组成；S3：在信号的压缩编码部分：压缩传感的压缩编码过程主要是利用测量矩阵Φ对信号进行压缩编码。首先其输入层为原始的数据x∈RN×1，压缩层为测量值y∈RM×1，其中压缩层的测量值可以通过下式由输入层得到：y＝Φx(1)其中Φ为测量矩阵且Φ∈RM×N(M<N)。当前常用的测量矩阵有：随机高斯矩阵，随机伯努利矩阵以及简单的二值矩阵等。2.根据权利要求1所述的基于实时压缩传感的智能电表数据的传输方法，其特征在于，步骤S3中，使用改进测量矩阵对电表数据进行压缩。测量矩阵具体的改进方法如下：对测量矩阵Φ进行奇异值分解可以得到：其中U和V为酉矩阵，将公式(1)两边的左边都乘以其中因此将公式(1)转换成：t＝Ψx(3)其中：S4：信号重构编码：得到测量值t之后，测量值通过通信网络传输到控制中心，控制中心将测量值恢复成原始智能电表数据，通过下式得到：其中v为稀疏向量，ACS＝ΨD为感知矩阵，D为电表数据x的稀疏变换基。3.根据权利要求2所述的基于压缩传感的智能电表数据的实时重构方法，其特征在于，步骤S3中，电表数据的重构具体包括以下步骤：(1).在进去重构层之前，对测量值t进行归一化，即其中tmin为测量值t的最小值，tmax为测量值t的最大值。2CN109040002A权利要求书2/2页(2).假设重构层为L，每层重构层的维度为其中给定每层重构层的权矩阵thWl和偏置向量bl。那么第l重构层的激活函数可以通过下式表达：zl＝f(Wlzl-1+bl)(5)其中z0＝t。f(α)为α的激活函数。通常情况下，f(α)常用的激活函数有sigmoid函数，tanh函数，ReLU函数等，本发明使用的激活函数为sigmoid，其定义如下：(3).输出层为重构的电表数据，其表达式为：其中xmin为电表数据x的最小值，xmax为电表数据x的最大值。(4).为了更好地捕捉电表数据地特征，从而更好的重构电表数据，需要对权矩阵Wl和偏置向量bl进行微调。本发明使用方向传播算法对参数进行微调。具体如下：Δbl＝ηδl(11)Wl＝Wl-ΔWl(13)bl＝bl-Δbl(14)其中η为学习率，⊙表示按元素相乘。当权矩阵Wl和偏置向量bl更新完毕后，就可以通过式(7)得到重构信号。4.根据权利要求1所述的基于实时压缩传感的智能电表数据的传输方法，其特征在于，从以下三个方面衡量压缩传感的性能指标：(1)压缩比：其中，M表示使用压缩后测量值的维数，N表示信号本身的维数。(2)信噪比：其中，x表示原始信号，表示重构信号。(3)相对误差：3CN109040002A说明书1/8页一种基于压缩传感的智能电表数据的实时重构方法技术领域[0001]本发明涉及智能电网领域，具体是一种基于压缩传感的智能电表数据的实时重构方法。背景技术[0002]随着智能电网的建设，越来越多的智能电表被安装。据报道2022年世界各地的智能电表