本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)挖掘、智能路燈以及能耗分析領(lǐng)域，尤其是指一種基于數(shù)據(jù)挖掘的智能路燈能耗分析(Smart Light Energy consumption Analysis，SLEA)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，我國加快了城市化的步伐，城市的發(fā)展促進(jìn)了路燈種類的增多和使用范圍的擴(kuò)大，目前主要有街道、公路、隧道、地鐵、景觀、公園等路燈照明。路燈照明離不開路燈監(jiān)控系統(tǒng)的控制和管理，隨著“智慧城市”和“智慧路燈”的不斷推廣和建設(shè)，路燈監(jiān)控系統(tǒng)越來越智能化、自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化，系統(tǒng)的功能也越來越完善。路燈每年都消耗大量的電能以及其它資源，建立和完善智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)的能耗分析平臺和實現(xiàn)路燈節(jié)能成為路燈建設(shè)和智慧路燈發(fā)展必須解決的一個課題。

目前智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)更加注重于實現(xiàn)路燈智能化的控制和管理，集成更多的功能，如將燈桿作為充電樁、環(huán)境監(jiān)測等的載體，以及通過照明策略實現(xiàn)路燈節(jié)能，如按需照明燈。路燈節(jié)能的方法主要有：1)選擇低能耗光源；2)降低線路損耗；3)使用新能源路燈；4)按需照明；5)能耗分析。能耗分析是智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要組成部分，不僅可以實時監(jiān)控路燈的能耗，而且也可以根據(jù)分析結(jié)果提供路燈節(jié)能支持。通過分析路燈能耗數(shù)據(jù)，能夠及時發(fā)現(xiàn)路燈異常，如耗電異常、路燈設(shè)備損壞，避免了電能的浪費(fèi)，為路燈設(shè)備的及時維護(hù)和維修提供保障。因此，改進(jìn)和完善智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)的能耗分析平臺十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提出了一種可用性和可靠性較強(qiáng)的基于數(shù)據(jù)挖掘的智能路燈能耗分析(Smart Light Energy consumption Analysis，SLEA)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于路燈能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測和管理，通過挖掘路燈能耗數(shù)據(jù)的規(guī)律發(fā)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的異常、預(yù)估路燈的能耗值等，從而有效監(jiān)測和管理路燈能耗，實現(xiàn)路燈節(jié)能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種基于數(shù)據(jù)挖掘的智能路燈能耗分析系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)表，包括原始能耗數(shù)據(jù)表和修正的能耗數(shù)據(jù)表，這兩個表分別用于存儲路燈的原始能耗數(shù)據(jù)以及經(jīng)過處理后的能耗數(shù)據(jù)；

能耗監(jiān)測模型，用于實時監(jiān)測路燈能耗數(shù)據(jù)，以圖表形式顯示監(jiān)測結(jié)果，對異常能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行提示和報警，并且為了以后的能耗監(jiān)測和能耗預(yù)測的準(zhǔn)確性，對異常能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；

能耗預(yù)測模型，用于預(yù)測路燈未來一段時間內(nèi)的能耗值，以圖表形式顯示預(yù)測結(jié)果，并且能夠?qū)㈩A(yù)測結(jié)果導(dǎo)出為CSV文件；

歷史數(shù)據(jù)查詢模型，用于查詢路燈歷史能耗數(shù)據(jù)，以圖表形式顯示查詢結(jié)果，能夠選擇是否將原始能耗數(shù)據(jù)與修正的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而對異常能耗有一個更加清晰的認(rèn)識，并且能夠?qū)⑻幉樵兘Y(jié)果導(dǎo)出為CSV文件；

能耗數(shù)據(jù)處理模型，用于導(dǎo)入和處理路燈歷史能耗數(shù)據(jù)，以圖表形式顯示處理結(jié)果，對歷史數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，并將導(dǎo)入的數(shù)據(jù)和修正的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中；

用戶界面，采用單窗口多視圖的結(jié)構(gòu)和左右窗格的形式，同時使用圖表形式顯示能耗分析的結(jié)果。

所述的原始能耗數(shù)據(jù)表是用于保存采集到的原始能耗數(shù)據(jù)，是沒有經(jīng)過任何修正或修改的數(shù)據(jù)，包括能耗記錄標(biāo)號、終端號、終端名稱、能耗采集時間、能耗值、數(shù)據(jù)庫更新時間這些字段，其中：

能耗記錄標(biāo)號：表示第幾條能耗記錄；

終端號：智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)為方便路燈終端的管理，為其設(shè)置的一個編號；

終端名稱：與終端號相對應(yīng)，為終端的名稱；

能耗采集時間：表示采集路燈能耗數(shù)據(jù)的時間；

能耗值：表示采集到的路燈的能耗值，即路燈的用電量；

數(shù)據(jù)庫更新時間：表示該記錄存儲到數(shù)據(jù)表中的時間；

所述的修正的能耗數(shù)據(jù)表是用于保存經(jīng)過修正之后的能耗數(shù)據(jù)，對原始能耗數(shù)據(jù)中的缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行填補(bǔ)以及異常數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，包括能耗記錄標(biāo)號、終端號、終端名稱、能耗采集時間、能耗值、修正的能耗值、能耗是否被修正、能耗是否異常、能耗是否缺失、數(shù)據(jù)庫更新時間這些字段，其中：

能耗記錄標(biāo)號、終端號、終端名稱、能耗采集時間、能耗值：對于同一條能耗記錄，修正的能耗數(shù)據(jù)表的這些字段的值與原始能耗數(shù)據(jù)表相同；

修正的能耗值：如果能耗正常，則修正的能耗值與原始能耗值相同，如果能耗缺失或異常，則修正的能耗值為經(jīng)過修正之后的值；

能耗是否被修正：如果能耗被修正，則該值為1，也就表示該能耗是缺失的或異常的，否則，該值為0，也就表示該能耗是正常的；

能耗是否異常：如果能耗異常，則該值為1，否則，該值為0；

能耗是否缺失：如果能耗缺失，則該值為1，否則，該值為0；

數(shù)據(jù)庫更新時間：表示該記錄存儲到數(shù)據(jù)表中的時間，該時間總會比原始能耗數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)庫更新時間晚，因為能耗數(shù)據(jù)總是先存儲到原始能耗數(shù)據(jù)表，然后經(jīng)過模型的分析和處理之后再存儲到修正的能耗數(shù)據(jù)表。

所述的能耗監(jiān)測模型是基于局部離群點(diǎn)因子算法和回歸樹，實現(xiàn)對異常能耗數(shù)據(jù)的檢測和修正，具體步驟如下：

1)接收到最新的路燈能耗值，觸發(fā)能耗監(jiān)測事件；

2)創(chuàng)建能耗監(jiān)測線程；

3)將接收到的能耗數(shù)據(jù)存儲到原始能耗數(shù)據(jù)表中；

4)調(diào)用能耗監(jiān)測模型對路燈能耗值進(jìn)行分析，識別其所屬類別，該類別分有正常、缺失、異常，并當(dāng)其為缺失或異常數(shù)據(jù)時進(jìn)行修正，其實現(xiàn)方式如下：

4.1)采集最新能耗數(shù)據(jù)；

4.2)從修正的能耗數(shù)據(jù)表中讀取最近一段時間內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)；

4.3)判斷能耗數(shù)據(jù)是否缺失，即判斷采集的能耗值是否為0，若為0則表明能耗缺失，跳到步驟4.5)，否則，繼續(xù)；

4.4)使用局部離群點(diǎn)因子算法計算采集到的能耗數(shù)據(jù)的lof值，判斷l(xiāng)of值是否大于閾值，若小于則表明能耗正常，結(jié)束，否則表明能耗異常，繼續(xù)；

4.5)使用回歸樹算法建立回歸樹，并使用建立的回歸樹修正能耗值；

5)將能耗監(jiān)測結(jié)果存儲到修正的能耗數(shù)據(jù)表中；

6)在能耗監(jiān)測界面的柱狀圖和表格中顯示能耗監(jiān)測結(jié)果；

7)銷毀能耗監(jiān)測線程。

所述的能耗預(yù)測模型是基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的預(yù)測，其具體步驟如下：

1)用戶設(shè)置預(yù)測時間段，觸發(fā)能耗預(yù)測事件；

2)創(chuàng)建能耗預(yù)測線程；

3)調(diào)用能耗預(yù)測模型，訓(xùn)練徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲得待預(yù)測時間段的路燈的能耗值，其實現(xiàn)方式如下：

3.1)設(shè)置預(yù)測時間段或預(yù)測天數(shù)；

3.2)從修正的能耗數(shù)據(jù)表中讀取最近一段時間內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)；

3.3)使用梯度下降法訓(xùn)練徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

3.4)使用訓(xùn)練得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測路燈能耗值；

4)在能耗預(yù)測界面的柱狀圖和表格中顯示能耗預(yù)測結(jié)果；

5)銷毀能耗預(yù)測線程；

6)用戶根據(jù)需求決定是否導(dǎo)出能耗預(yù)測結(jié)果，如果需要導(dǎo)出，則將能耗預(yù)測結(jié)果導(dǎo)出為CSV文件。

在所述歷史數(shù)據(jù)查詢模型當(dāng)中，用戶通過設(shè)置查詢時間段，查詢該時間段內(nèi)的歷史能耗數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果就會顯示在柱狀圖和表格中，其具體步驟如下：

1)用戶設(shè)置查詢時間段以及選擇是否對比，觸發(fā)數(shù)據(jù)查詢事件；

2)創(chuàng)建數(shù)據(jù)查詢線程；

3)根據(jù)用戶設(shè)置的條件查詢修正的能耗數(shù)據(jù)表；

4)在數(shù)據(jù)查詢界面的柱狀圖和表格中顯示數(shù)據(jù)查詢結(jié)果；

5)銷毀數(shù)據(jù)查詢線程；

6)用戶根據(jù)需求決定是否導(dǎo)出數(shù)據(jù)查詢結(jié)果，如果需要導(dǎo)出，則將數(shù)據(jù)查詢結(jié)果導(dǎo)出為CSV文件。

所述的能耗數(shù)據(jù)處理模型是基于局部離群點(diǎn)因子算法和回歸樹，實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和處理，其具體步驟如下：

1)用戶選擇歷史能耗數(shù)據(jù)源，觸發(fā)能耗數(shù)據(jù)處理事件；

2)創(chuàng)建能耗數(shù)據(jù)處理線程；

3)將用戶選擇的歷史能耗數(shù)據(jù)存儲到原始能耗數(shù)據(jù)表中；

4)調(diào)用能耗數(shù)據(jù)處理模型修正問題能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)方式如下：

4.1)從CSV文件或數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入歷史能耗數(shù)據(jù)；

4.2)檢測能耗數(shù)據(jù)中的缺失值，若無缺失值則跳轉(zhuǎn)到步驟4.4)，否則，繼續(xù)；

4.3)使用導(dǎo)入的能耗數(shù)據(jù)建立回歸樹，并使用建立的回歸樹填補(bǔ)缺失值；

4.4)使用局部離群點(diǎn)因子算法計算所有能耗數(shù)據(jù)的lof值，判斷每個能耗數(shù)據(jù)的lof值是否大于閾值，若不存在lof值大于閾值，則結(jié)束，若存在lof值大于閾值，則表明該數(shù)據(jù)異常，繼續(xù)；

4.5)使用經(jīng)過填補(bǔ)后的能耗數(shù)據(jù)重新建立回歸樹，并使用建立的回歸樹糾正異常值；

5)將能耗數(shù)據(jù)處理結(jié)果存儲到修正的能耗數(shù)據(jù)表中；

6)在能耗數(shù)據(jù)處理界面的柱狀圖和表格中顯示能耗數(shù)據(jù)處理結(jié)果；

7)銷毀能耗數(shù)據(jù)處理線程。

所述用戶界面的主界面是采用單窗口多視圖的結(jié)構(gòu)和左右窗格的形式，其中左側(cè)窗格顯示功能列表，右側(cè)窗格顯示每個功能的相應(yīng)內(nèi)容；主界面的功能列表包括：能耗監(jiān)測、能耗預(yù)測、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、幫助文檔這五大功能，具體如下：

能耗監(jiān)測：能耗監(jiān)測結(jié)果顯示在柱狀圖和表格中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)能耗出現(xiàn)異常時，在柱狀圖和表格中會通過改變顯示的顏色來標(biāo)識；

能耗預(yù)測：用戶能夠通過設(shè)置截止日期或者天數(shù)來確定預(yù)測的時間段，預(yù)測結(jié)果顯示在柱狀圖和表格中；

歷史數(shù)據(jù)：用戶能夠通過時間段從數(shù)據(jù)庫中讀取這一段時間的能耗數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果顯示在柱狀圖和表格中，當(dāng)能耗數(shù)據(jù)為缺失數(shù)據(jù)或異常數(shù)據(jù)時，通過改變顯示的顏色來標(biāo)記；

數(shù)據(jù)處理：用戶通過選擇歷史數(shù)據(jù)源處理相應(yīng)的歷史能耗數(shù)據(jù)，處理結(jié)果顯示在柱狀圖和表格中，當(dāng)處理的歷史能耗數(shù)據(jù)中有缺失數(shù)據(jù)或異常數(shù)據(jù)時，通過改變顯示的顏色來標(biāo)記；

幫助文檔：用于對上述四個功能通過文字?jǐn)⑹龅姆绞皆敿?xì)地介紹操作方式和顯示說明。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1、本發(fā)明是對智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充和完善，使智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加齊全，實現(xiàn)對路燈能耗的智能分析和管理。

2、本發(fā)明能夠分類識別和修正能耗數(shù)據(jù)中的問題數(shù)據(jù)，避免了問題數(shù)據(jù)對能耗監(jiān)測和能耗預(yù)測的干擾和誤導(dǎo)，提高了能耗分析的可靠性和準(zhǔn)確性。

3、本發(fā)明能夠及時發(fā)現(xiàn)路燈設(shè)備存在的問題和故障，使得路燈設(shè)備的維護(hù)和維修更加及時，保障了人們的安全出行。

4、本發(fā)明能夠及時發(fā)現(xiàn)路燈設(shè)備的異常耗電，避免電能的浪費(fèi)，實現(xiàn)節(jié)約電能，對節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)有著重大意義。

5、本發(fā)明的能耗分析結(jié)果可以為城市電力升級改造提供參照和依據(jù)，有助于推動“智慧電力”的建立，實現(xiàn)“智慧城市”的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展。

6、本發(fā)明用戶界面精簡美觀、操作簡單、可用性和可靠性強(qiáng)，能夠幫助路燈監(jiān)控部門實時監(jiān)測路燈的能耗，有助于“智慧路燈”的發(fā)展和建設(shè)。

附圖說明

圖1a是原始能耗數(shù)據(jù)表的設(shè)計圖。

圖1b是修正的能耗數(shù)據(jù)表的設(shè)計圖。

圖2是能耗監(jiān)測模型的能耗監(jiān)測功能流程圖。

圖3是能耗預(yù)測模型的能耗預(yù)測功能流程圖。

圖4是歷史數(shù)據(jù)查詢模型的歷史數(shù)據(jù)查詢功能流程圖。

圖5是能耗數(shù)據(jù)處理模型的數(shù)據(jù)處理功能流程圖。

圖6是能耗監(jiān)測模型的實現(xiàn)方式流程圖。

圖7是能耗預(yù)測模型的實現(xiàn)方式流程圖。

圖8是徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的設(shè)計圖。

圖9是能耗數(shù)據(jù)處理模型的實現(xiàn)方式流程圖。

圖10是能耗監(jiān)測功能的界面示意圖。

圖11是能耗預(yù)測功能的界面示意圖。

圖12是歷史數(shù)據(jù)功能的界面示意圖。

圖13是數(shù)據(jù)處理功能的界面示意圖。

圖14是幫助文檔功能的界面示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

本實施例所述的基于數(shù)據(jù)挖掘的智能路燈能耗分析(Smart Light Energy consumption Analysis，SLEA)系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析路燈能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)路燈能耗實時監(jiān)測、異常能耗報警、路燈能耗預(yù)測、路燈能耗數(shù)據(jù)處理、路燈能耗查詢和導(dǎo)出等。具體實現(xiàn)內(nèi)容如下：

一、根據(jù)路燈能耗數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、能耗分析結(jié)果以及功能需求，設(shè)計了用于存儲能耗數(shù)據(jù)的原始能耗數(shù)據(jù)表和修正的能耗數(shù)據(jù)表。

二、根據(jù)能耗分析功能的需要，實現(xiàn)了能耗監(jiān)測、能耗預(yù)測、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、幫助文檔五個功能。其中，針對能耗監(jiān)測、能耗預(yù)測和數(shù)據(jù)處理，分別設(shè)計了能耗監(jiān)測(Energy consumption Monitoring，EM)模型、能耗預(yù)測(Energy consumption Forecasting，EF)模型、能耗數(shù)據(jù)處理(Energy consumption Data Processing，EDP)模型。

三、設(shè)計和實現(xiàn)了上述五個功能的用戶界面，采用單窗口多視圖的結(jié)構(gòu)和左右窗格的形式，使用圖表等形式顯示能耗分析的結(jié)果。

參見圖1a和1b所示，本實施例所述的數(shù)據(jù)表設(shè)計，其包括兩個數(shù)據(jù)表：

1)原始能耗數(shù)據(jù)表：保存采集到的原始能耗數(shù)據(jù)，是沒有經(jīng)過任何修正或修改的數(shù)據(jù)。主要包括能耗記錄標(biāo)號、終端號、終端名稱、能耗采集時間、能耗值、數(shù)據(jù)庫更新時間等字段。

1.1)能耗記錄標(biāo)號：表示第幾條能耗記錄。如，存儲到數(shù)據(jù)表中的第一條記錄，其標(biāo)號為1；第二條記錄，其標(biāo)號為2；……

1.2)終端號：智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)為方便路燈終端的管理，為其設(shè)置的一個編號。

1.3)終端名稱：與終端號相對應(yīng)，為終端的名稱。

1.4)能耗采集時間：表示采集路燈能耗數(shù)據(jù)的時間。

1.5)能耗值：表示采集到的路燈的能耗值，即路燈的用電量。

1.6)數(shù)據(jù)庫更新時間：表示該記錄存儲到數(shù)據(jù)表中的時間。

2)修正的能耗數(shù)據(jù)表：保存經(jīng)過修正之后的能耗數(shù)據(jù)，對原始能耗數(shù)據(jù)中的缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行了填補(bǔ)以及異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了糾正。主要包括能耗記錄標(biāo)號、終端號、終端名稱、能耗采集時間、能耗值、修正的能耗值、能耗是否被修正、能耗是否異常、能耗是否缺失、數(shù)據(jù)庫更新時間等字段。

2.1)能耗記錄標(biāo)號、終端號、終端名稱、能耗采集時間、能耗值：對于同一條能耗記錄，修正的能耗數(shù)據(jù)表的這些字段的值與原始能耗數(shù)據(jù)表相同。

2.2)修正的能耗值：如果能耗正常，則修正的能耗值與原始能耗值相同；如果能耗缺失或異常，則修正的能耗值為經(jīng)過算法模型修正之后的值。

2.3)能耗是否被修正：如果能耗被修正，則該值為1，也就表示該能耗是缺失的或異常的；否則，該值為0，也就表示該能耗是正常的。

2.4)能耗是否異常：如果能耗異常，則該值為1；否則，該值為0。

2.5)能耗是否缺失：如果能耗缺失，則該值為1；否則，該值為0。

2.6)數(shù)據(jù)庫更新時間：表示該記錄存儲到數(shù)據(jù)表中的時間。該時間總會比原始能耗數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)庫更新時間晚一點(diǎn)，因為能耗數(shù)據(jù)總是先存儲到原始能耗數(shù)據(jù)表，然后經(jīng)過模型的分析和處理之后再存儲到修正的能耗數(shù)據(jù)表。

參見圖2所示，本實施例所述的能耗監(jiān)測(Energy consumption Monitoring，EM)模型是基于局部離群點(diǎn)因子算法和回歸樹，實現(xiàn)對異常能耗數(shù)據(jù)的檢測和修正，其具體步驟如下：

1)接收到最新的路燈能耗值(NewE)，觸發(fā)能耗監(jiān)測事件。

2)創(chuàng)建能耗監(jiān)測線程。

3)將接收到的能耗數(shù)據(jù)存儲到原始能耗數(shù)據(jù)表中。

4)調(diào)用EM模型對NewE進(jìn)行分析，識別其所屬類別(正常、缺失、異常)，并當(dāng)其為缺失或異常數(shù)據(jù)時進(jìn)行修正，參見圖6所示，其實現(xiàn)方式如下：

4.1)采集最新能耗數(shù)據(jù)。

4.2)從修正的能耗數(shù)據(jù)表中讀取最近一段時間內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)。

4.3)判斷能耗數(shù)據(jù)是否缺失，即判斷采集的能耗值是否為0。若為0則表明能耗缺失，跳到步驟4.5)；否則，繼續(xù)。

4.4)使用局部離群點(diǎn)因子算法計算采集到的能耗數(shù)據(jù)的lof值，判斷l(xiāng)of值是否大于閾值。若小于則表明能耗正常，結(jié)束；否則表明能耗異常，繼續(xù)。

其中，lof值的計算公式如下：

式中，k為一個數(shù)值，kNeighbor(A)表示A的k-鄰域，B為A的k-鄰域中的樣本點(diǎn)。在所有樣本點(diǎn)中，樣本點(diǎn)A的k-鄰域是指與樣本點(diǎn)A最近的k個樣本，即與A的距離排名前k小的那k個樣本點(diǎn)。

式中，reachDensity(A)表示A的可達(dá)密度，即樣本點(diǎn)A與它的k-鄰域中所有樣本點(diǎn)的可達(dá)距離的平均值的倒數(shù)：

式中：

reachDistance(A,B)表示樣本點(diǎn)A與它的k-鄰域中的樣本B的可達(dá)距離，即樣本點(diǎn)A與樣本點(diǎn)B的距離和樣本點(diǎn)B的k-距離中的最大值：

reachDistance(A,B)＝max{kDistance(B),d(A,B)}，式中：

kDistance(B)表示樣本點(diǎn)A的k-距離，即與樣本點(diǎn)A第k近的樣本點(diǎn)與A的距離，也就是所有樣本點(diǎn)與A的距離排名第k位的那個距離。

4.5)使用回歸樹算法建立回歸樹，并使用建立的回歸樹修正能耗值。

其中，采用平方總誤差(SSE)作為CART構(gòu)建回歸樹的最優(yōu)劃分標(biāo)準(zhǔn)。

5)將能耗監(jiān)測結(jié)果存儲到修正的能耗數(shù)據(jù)表中。

6)在能耗監(jiān)測界面的柱狀圖和表格中顯示能耗監(jiān)測結(jié)果。

7)銷毀能耗監(jiān)測線程。

參見圖3所示，本實施例所述的能耗預(yù)測(Energy consumption Forecasting，EF)模型是基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的預(yù)測，其具體步驟如下：

1)用戶設(shè)置預(yù)測時間段，觸發(fā)能耗預(yù)測事件。

2)創(chuàng)建能耗預(yù)測線程。

3)調(diào)用EF模型，訓(xùn)練徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲得待預(yù)測時間段的路燈的能耗值，參見圖7所示，其實現(xiàn)方式如下：

3.1)設(shè)置預(yù)測時間段或預(yù)測天數(shù)。

3.2)從修正的能耗數(shù)據(jù)表中讀取最近一段時間內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)。

3.3)使用梯度下降法訓(xùn)練徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

其中，徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用高斯函數(shù)作為徑向基函數(shù)：

該徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖8所示，圖中，Layer L1為輸入層，Layer L2為隱含層，Layer L3為輸出層。輸入向量為x，輸入層與輸出層的連接權(quán)重為ω_i，所以隱含層L2第i個節(jié)點(diǎn)的輸出為：

輸出層L3的輸出為：

3.4)使用訓(xùn)練得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測路燈能耗值。

4)在能耗預(yù)測界面的柱狀圖和表格中顯示能耗預(yù)測結(jié)果。

5)銷毀能耗預(yù)測線程。

6)用戶根據(jù)需求決定是否導(dǎo)出能耗預(yù)測結(jié)果。如果需要導(dǎo)出，則將能耗預(yù)測結(jié)果導(dǎo)出為CSV文件。

參見圖4所示，本實施例所述的歷史數(shù)據(jù)查詢模型，在該模型當(dāng)中，用戶通過設(shè)置查詢時間段，查詢該時間段內(nèi)的歷史能耗數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果就會顯示在柱狀圖和表格中，其具體步驟如下：

1)用戶設(shè)置查詢時間段以及選擇是否對比，觸發(fā)數(shù)據(jù)查詢事件。

2)創(chuàng)建數(shù)據(jù)查詢線程。

3)根據(jù)用戶設(shè)置的條件查詢修正的能耗數(shù)據(jù)表。

4)在數(shù)據(jù)查詢界面的柱狀圖和表格中顯示數(shù)據(jù)查詢結(jié)果。

5)銷毀數(shù)據(jù)查詢線程。

6)用戶根據(jù)需求決定是否導(dǎo)出數(shù)據(jù)查詢結(jié)果。如果需要導(dǎo)出，則將數(shù)據(jù)查詢結(jié)果導(dǎo)出為CSV文件。

參見圖5所示，本實施例所述的能耗數(shù)據(jù)處理(Energy consumption Data Processing，EDP)模型是基于局部離群點(diǎn)因子算法和回歸樹，實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和處理，其具體步驟如下：

1)用戶選擇歷史能耗數(shù)據(jù)源，觸發(fā)能耗數(shù)據(jù)處理事件。

2)創(chuàng)建能耗數(shù)據(jù)處理線程。

3)將用戶選擇的歷史能耗數(shù)據(jù)存儲到原始能耗數(shù)據(jù)表中。

4)調(diào)用EDP模型修正問題能耗數(shù)據(jù)，參見圖9所示，實現(xiàn)方式如下：

4.1)從CSV文件或數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入歷史能耗數(shù)據(jù)。

4.2)檢測能耗數(shù)據(jù)中的缺失值。若無缺失值則跳轉(zhuǎn)到步驟4.4)；否則，繼續(xù)。

4.3)使用導(dǎo)入的能耗數(shù)據(jù)建立回歸樹，并使用建立的回歸樹填補(bǔ)缺失值。

4.4)使用局部離群點(diǎn)因子算法計算所有能耗數(shù)據(jù)的lof值，判斷每個能耗數(shù)據(jù)的lof值是否大于閾值。若不存在lof值大于閾值，則結(jié)束；若存在lof值大于閾值，則表明該數(shù)據(jù)異常，繼續(xù)。

4.5)使用經(jīng)過填補(bǔ)后的能耗數(shù)據(jù)重新建立回歸樹，并使用建立的回歸樹糾正異常值。

5)將能耗數(shù)據(jù)處理結(jié)果存儲到修正的能耗數(shù)據(jù)表中。

6)在能耗數(shù)據(jù)處理界面的柱狀圖和表格中顯示能耗數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

7)銷毀能耗數(shù)據(jù)處理線程。

參見圖10-14所示，本實施例所述的智能路燈能耗分析(Smart Light Energy consumption Analysis，SLEA)系統(tǒng)的用戶界面的主界面是采用單窗口多視圖的結(jié)構(gòu)和左右窗格的形式，其中左側(cè)窗格顯示功能列表，右側(cè)窗格顯示每個功能的相應(yīng)內(nèi)容，在左側(cè)窗格中，當(dāng)某一個功能被選中時，顯示該功能的文字的顏色變?yōu)楹谏?，否則為白色；主界面的功能列表包括：能耗監(jiān)測、能耗預(yù)測、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、幫助文檔這五大功能，具體如下：

①能耗監(jiān)測

當(dāng)采集到路燈能耗數(shù)據(jù)時就會觸發(fā)能耗監(jiān)測功能，能耗監(jiān)測界面顯示能耗監(jiān)測的結(jié)果。能耗監(jiān)測界面顯示的內(nèi)容主要有：當(dāng)前選擇的終端、當(dāng)前最新能耗數(shù)據(jù)的日期以及能耗值、柱狀圖顯示最近一段時間內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)、表格顯示最近一段時間內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)。能耗監(jiān)測界面上的刷新按鈕用于手動刷新顯示當(dāng)前終端的最新能耗監(jiān)測結(jié)果。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)能耗出現(xiàn)異常時，在柱狀圖和表格中會通過改變顯示的底紋或灰度來標(biāo)識。例如，能耗正常時柱狀圖的柱子無底紋，能耗缺失時柱狀圖的柱子是豎線底紋且在柱子頂部標(biāo)注“能耗缺失”，能耗異常時柱狀圖的柱子是斜線底紋且在柱子頂部標(biāo)注“能耗異?！薄Ｈ鐖D10所示是能耗監(jiān)測功能的界面示意圖。

②能耗預(yù)測

用戶可以通過設(shè)置截止日期或者天數(shù)來確定預(yù)測的時間段。能耗預(yù)測界面顯示的內(nèi)容主要有：當(dāng)前選擇的終端、確定預(yù)測時段的方式、預(yù)測的天數(shù)和預(yù)測的時間段、柱狀圖顯示預(yù)測的結(jié)果、表格顯示預(yù)測的結(jié)果。能耗預(yù)測界面上的預(yù)測按鈕用于在設(shè)置預(yù)測時間段后開始預(yù)測操作，重置按鈕用于恢復(fù)預(yù)測方式的默認(rèn)設(shè)置，數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鈕用于導(dǎo)出預(yù)測的路燈能耗數(shù)據(jù)。如圖11所示是能耗預(yù)測功能的界面示意圖。

③歷史數(shù)據(jù)

用戶可以通過時間段從數(shù)據(jù)庫中讀取這一段時間的能耗數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)界面顯示的內(nèi)容主要有：當(dāng)前選擇的終端、能耗數(shù)據(jù)的開始時間和截止時間、是否與修正的能耗數(shù)據(jù)作對比、柱狀圖顯示查詢的結(jié)果、表格顯示查詢的結(jié)果。歷史數(shù)據(jù)界面上的查詢按鈕用于在設(shè)置查詢時間段后開始查詢操作，數(shù)據(jù)導(dǎo)出按鈕用于導(dǎo)出這一時間段內(nèi)的路燈歷史能耗數(shù)據(jù)。

當(dāng)能耗數(shù)據(jù)為缺失數(shù)據(jù)或異常數(shù)據(jù)時，類似于能耗監(jiān)測功能進(jìn)行標(biāo)注。如圖12所示是歷史數(shù)據(jù)功能的界面示意圖。

④數(shù)據(jù)處理

用戶通過選擇歷史數(shù)據(jù)源處理相應(yīng)的歷史能耗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理界面顯示的內(nèi)容主要有：當(dāng)前選擇的終端、能耗數(shù)據(jù)的來源、數(shù)據(jù)處理的數(shù)目、柱狀圖顯示處理得到的能耗數(shù)據(jù)、表格顯示處理得到的能耗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理界面上的數(shù)據(jù)處理按鈕用于在選擇數(shù)據(jù)來源后開始數(shù)據(jù)處理操作。

當(dāng)處理的歷史能耗數(shù)據(jù)中有缺失數(shù)據(jù)或異常數(shù)據(jù)時，類似于能耗監(jiān)測功能進(jìn)行標(biāo)注。如圖13所示是數(shù)據(jù)處理功能的界面示意圖。

⑤幫助文檔

對上述4個功能(能耗監(jiān)測、能耗預(yù)測、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理)通過文字?jǐn)⑹龅姆绞浇榻B詳細(xì)地介紹其操作方式和顯示說明等。幫助文檔界面顯示的內(nèi)容主要有：能耗監(jiān)測幫助內(nèi)容、能耗預(yù)測幫助內(nèi)容、歷史數(shù)據(jù)幫助內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理幫助內(nèi)容。如圖14所示是幫助文檔功能的界面示意圖。

綜上所述，本發(fā)明改進(jìn)和完善了路燈能耗分析平臺，將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于路燈能耗分析上，實現(xiàn)了路燈能耗的實時監(jiān)測、路燈能耗預(yù)測、路燈能耗數(shù)據(jù)處理、路燈能耗數(shù)據(jù)的查詢和導(dǎo)出等，有效監(jiān)測和管理路燈的能耗，對“智慧路燈”的發(fā)展具有推動作用，值得推廣。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。