CN105005205B - 一种基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统，包括电气量采集子系统、电力负荷分解与监测子系统、家居安全分析与态势感知子系统和对外交互子系统。利用电力负荷分解与监测技术在线监测安装点下游每个或每类电气设备的运行状态。能够集成用户已经布置的其他传感设备的输出信息，从而全面判断家居安全态势及确定导致异常状态的原因，及时向用户发出告警信息。既能够增强和完善家居安全告警系统的传统功能，又能满足家居安全告警系统的新需求，从而提高其实用性和普及率。

Description

一种基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统及方法

技术领域

本发明涉及家居安全监视系统，特别是涉及一种基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统及方法。

背景技术

家居安全是社会大众每个人都关心的一个重要问题，它涉及物质财产安全、生命健康安全等多方面内容。随着居民生活水平和质量的不断提高和安全意识的逐渐增强，家居安全告警系统也需要适应居民对安全监视方面更新更全面的需求。除了天然气泄漏、火灾隐患(可能由家用电器使用不当引起)、水管爆裂、非法入侵等传统检测内容之外，住户生活状态和行为活动异常检测与判断，家居安全分析与态势感知(包括安全状态监视和发展趋势预测两方面)，越来越受到用户的关注与重视，而后者这类信息密集型功能是传统安全告警系统无法提供的，例如，对于那些独居老人或残疾病人，他们行为活动的异常极有可能与其身体健康状况不佳，或者面临意外情形有关；因此，如果家居安全告警系统能够感知用户活动内容，判断用户行为是否正常，告警安全状态或者预测可能的安全威胁，监护人就可以远程监视独居老弱病人等的生活状态，及时发现他们可能经历的意外情形，作出相应的反应。

目前，家居安全告警系统主要依据一些安装在布防区域内的特殊传感设备获取的信息对传统的家居安全监测内容作出判断和告警，如光强传感器、声强传感器、移动感应传感器或者烟雾检测器等，对于实现简单的传统告警功能，家居安全告警系统的组成相对简单。然而由于家居生活状态异常感知和安全态势预测涉及内容很多，按照传统的系统组建思路，例如基于无线传感器网络安全告警系统，根据实际需要，则需要通过单独安装更多的监测传感器来更加全面地获取住户行为信息，比如，为那些对家居安全和用户日常行为指示性较强的电气设备(如电灯、厨房电器)单独配备带有数字通信功能的传感器以收集和集成它们的运行状态信息作为补充。然而，这样的系统配置复杂，经济成本较高，安装操作不便，会为用户带来不必要的侵扰，用户友好性差，不易大范围应用，而且，为了保证安全告警系统的可靠性，这些单独配置的传感器需要小心安装和定期排查维护以确保它们处于正常工作状态。另外，系统所含传感器数量和所支持的通信数据量经常受到通信系统本身的限制，种种原因也致使家居安全告警系统的实际普及率并不高。

发明内容

本发明提出了一种基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统及方法，利用电力负荷分解与监测技术在线监测安装点下游每个或每类电气设备的运行状态。系统不需要在待监测区域内部署大量的传感器，而且在家居内已经布置了智能监测传感设备的情况下，能够集成其他用户侧智能监测传感设备的输出信息，经综合分析后，全面判断家居安全态势及确定导致异常状态的原因，及时向用户发出告警信息。既能够增强和完善家居安全告警系统的传统功能，又能够满足家居安全告警系统的新需求，能够全面提高安全告警系统的实用性和普及率。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统，包括电气量采集子系统、电力负荷分解与监测子系统、家居安全分析与态势感知子系统和对外交互子系统；所述家居安全分析与态势感知子系统包括电气设备用电行为辨识与归纳单元、安全规则定义与更新单元、家居安全异常状态检测与分析单元；所述对外交互子系统包括用户信息输入单元、告警信息显示输出与记录单元、用户侧终端设备集成接口单元和控制命令输出单元；所述电气量采集子系统将监测点的总电流及端电压模拟信号转换成数字量，并向电力负荷分解与监测子系统提供所需特征电气量信息；所述电力负荷分解与监测子系统根据电气量采集子系统提供的特征电气量信息和经由所述对外交互子系统中用户侧终端设备集成接口单元接收到的家居内已经布置的智能监测传感设备提供的其他传感信息，持续分析和监测安装位置所覆盖区域内电气设备的工作状态和分项用电信息；所述家居安全分析与态势感知子系统根据所述电力负荷分解与监测子系统的输出结果判断用户家居安全态势，包括当前安全状态异常感知和安全趋势预测；所述家居安全分析与态势感知子系统中的电气设备用电行为辨识与归纳单元根据所述电力负荷分解与监测子系统输出的电气设备工作状态监测结果辨识和归纳目标电气设备在考察时段内的用电行为，并记录和更新相关结果；所述家居安全分析与态势感知子系统中的安全规则定义与更新单元根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元输出的电气设备用电行为辨识与归纳结果在线总结和推导出电气设备的惯常行为，包括电气设备的正常工作模式与用户使用习惯，并结合用户经所述对外交互子系统中用户信息输入单元输入的自定义安全监控需求，建立新的安全规则或者更新已有安全规则；所述家居安全分析与态势感知子系统中的家居安全异常状态检测与分析单元根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元输出的电气设备用电行为辨识结果，利用所述安全规则定义与更新单元已经建立的安全规则判断是否存在安全异常状态或情形，涉及用户活动异常和安全隐患识别与原因定位，并研判家居安全趋势；所述对外交互子系统支持基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统中各功能子系统与用户或授权第三方进行信息交互；所述对外交互子系统中的告警信息显示输出与记录单元根据所述家居安全分析与态势感知子系统中的家居安全异常状态检测与分析单元的输出结果，若存在安全态势异常，则经由合适的本地或远程用户端设施向系统用户或授权的第三方发出安全异常告警信息，并记录告警事件以备用户日后查询；所述告警信息显示输出与记录单元支持系统用户由此查询安全异常告警信息记录，和根据用户需求经由合适的本地或远程用户端设施定期向系统用户推送安全异常告警信息记录；所述对外交互子系统中的用户信息输入单元支持用户根据自己的生活习惯、计划和个体需要按照预定义格式向系统输入安全监控需求；所述对外交互子系统中的用户侧终端设备集成接口单元在家居内已经布置了智能监测传感设备的情况下，支持所述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统集成用户侧已有的其他智能监测终端设备的输出信息；所述对外交互子系统中的控制命令输出单元基于当前家居安全态势按需向已有相关监控系统输出控制命令。

本发明实现基于电力负荷分解与监测的家居安全告警的方法，是利用上述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统，具体步骤如下：

步骤1：系统初始化，用户根据提示可选地通过所述对外交互子系统中的用户信息输入单元设定安全规则，之后系统进入正常运行状态；

步骤2：电气量数据采集，所述电气量采集子系统采集电力负荷分解与监测所需的特征电气量；

步骤3：电力负荷分解并记录结果，所述电力负荷分解与监测子系统完成电力负荷分解与监测并记录分解结果；

步骤4：辨识与归纳电气设备用电行为，并记录与更新相关结果；所述家居安全分析与态势感知子系统中的电气设备用电行为辨识与归纳单元根据所述电力负荷分解与监测子系统输出的电气设备工作状态监测结果辨识和归纳目标电气设备在考察时段内的用电行为，并记录和更新相关结果；

步骤5：所述家居安全分析与态势感知子系统中的安全规则定义与更新单元是否已经为家居安全告警系统建立了能够用于判别电气设备用电行为是否异常的相关安全规则，若有，则顺序执行步骤6，否则，跳转到步骤12；

步骤6：根据已有安全规则判断与分析电气设备行为及用户行为，所述家居安全分析与态势感知子系统中的家居安全异常状态检测与分析单元根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元输出的电气设备用电行为辨识结果，利用所述安全规则定义与更新单元已经建立的安全规则判断与分析电气设备行为及用户行为是否存在安全异常状态或情形，并研判家居安全趋势；

步骤7：是否存在安全异常，若是，则顺序执行步骤8，否则，跳转到步骤11；

步骤8：输出和记录告警信息；所述对外交互子系统中的告警信息显示输出与记录单元根据所述家居安全分析与态势感知子系统中的家居安全异常状态检测与分析单元的研判结果向用户输出告警信息和记录告警信息；

步骤9：根据告警信息和已有告警记录，用户决定是否通过所述对外交互子系统中的用户信息输入单元修改自定义规则，若是，则顺序执行步骤10，否则，跳转到步骤11；

步骤10：用户修改自定义规则；用户通过所述对外交互子系统中的用户信息输入单元根据需求修改自定义规则；

步骤11：所述家居安全分析与态势感知子系统中的安全规则定义与更新单元根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元输出的电气设备用电行为辨识与归纳结果判断是否更新现有安全判别规则，若是，则顺序执行步骤12，否则，返回执行步骤2；

步骤12：定义或更新相关安全规则；所述家居安全分析与态势感知子系统中的安全规则定义与更新单元根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元输出的电气设备用电行为辨识与归纳结果定义或更新相关安全规则，返回步骤2。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

为满足家居安全告警系统的新需求，同时全面提高其实用性和普及率，本发明从一个全新的角度提出一种基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统及方法。所述安全告警系统利用电力负荷分解与监测技术获取用户户内电气设备的实时运行状态信息，尤其是那些能够反映家居安全状态和用户日常行为的电气设备，在此基础上利用学习算法总结推导出用户的惯常用电行为，再结合用户定制需求可以建立异常行为判别准则，据此检测和判断其异常行为。由于用户异常用电行为能够在一定程度上指示和反映当前的家居安全状态或隐患，并可预测家居安全趋势，因此根据此类信息可以做出合理有效的安全告警。不但可以支持和完善传统的安全监视内容，例如电灯的异常开启可能表明异地度假屋被非法入侵，而且基于用户行为分析的安全告警方法在丰富告警信息(如，定位存在安全隐患的电器)的同时能够提供安全态势信息，例如，根据电炖锅工作时长异常超限判断用户行为异常和失火安全隐患，支持个性化家居安全监控服务。也能实现其他增值服务，例如根据电冰箱工作周期异常判断电冰箱压缩机可能处于故障状态或亚健康状态。另外，由于本发明采用的是电力负荷分解与监测技术，与传统的为每个用电设备分别安装独立的监测设备的方式相比，具有易操作、低成本、可靠性高、数据完整性好和易于推广应用等优势。

附图说明

图1是基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统的总体架构与数据流示意图。

图2是基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统的主要功能组件系统与数据流示意图。

图3是基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统的工作流程。

图4是基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统实施例系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明提出了一种基于电力负荷分解与监测的安全告警系统及方法，它利用新颖的非侵入式电力负荷分解与监测技术(参见：George Hart在G.W.Hart.Nonintrusiveappliance loadmonitoring[J].Proceedings of IEEE,1992,80(12):1870-1891，StevenB.Leeb，Steven R.Shaw，James L.Kirtley.Transient Event Detection In SpectralEnvelope Estimates for Nonintrusive Load Monitoring[J].IEEE Transactions onPower Delivery，1995，10(3)：1200-1210.，黎鹏,余贻鑫.非侵入式电力负荷在线分解[J]天津大学学报,2009,42(4):303-308.，余贻鑫，刘博，栾文鹏.非侵入式居民电力负荷监测与分解技术[J].南方电网技术，2013，7(4)：1－5.)监测与辨识集中监测点(如用户家居供电总入口处或每条室内配电支路始端)所辖下游系统中各种电气设备的工作状态，不需要在待监测区域内部署大量的传感器。如图1所示，本发明一种基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统，包括电气量采集子系统12、电力负荷分解与监测子系统13、家居安全分析与态势感知子系统14和对外交互子系统15。如图2所示，其中，所述家居安全分析与态势感知子系统14包括电气设备用电行为辨识与归纳单元141、安全规则定义与更新单元142、家居安全异常状态检测与分析单元143；所述对外交互子系统15包括用户信息输入单元151、告警信息显示输出与记录单元152、用户侧终端设备集成接口单元153和控制命令输出单元154；

所述电气量采集子系统12将监测点的总电流及端电压模拟信号转换成数字量，并向电力负荷分解与监测子系统13提供所需特征电气量信息。

所述电力负荷分解与监测子系统13根据电气量采集子系统12提供的特征电气量信息和经由所述对外交互子系统15中用户侧终端设备集成接口单元153接收到的家居内已经布置的智能监测传感设备提供的其他传感信息，持续分析和监测安装位置所覆盖区域内电气设备的工作状态和分项用电信息。

所述家居安全分析与态势感知子系统14根据所述电力负荷分解与监测子系统13的输出结果判断用户家居安全态势，包括当前安全状态异常感知和安全趋势预测；所述家居安全分析与态势感知子系统14中的电气设备用电行为辨识与归纳单元141根据所述电力负荷分解与监测子系统13输出的电气设备工作状态监测结果辨识和归纳目标电气设备在考察时段内的用电行为，并记录和更新相关结果；所述家居安全分析与态势感知子系统14中的安全规则定义与更新单元142根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元141输出的电气设备用电行为辨识与归纳结果在线总结和推导出电气设备的惯常行为，包括电气设备的正常工作模式与用户使用习惯，并结合用户经所述对外交互子系统15中用户信息输入单元151输入的自定义安全监控需求，建立新的安全规则或者更新已有安全规则；所述家居安全分析与态势感知子系统14中的家居安全异常状态检测与分析单元143根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元141输出的电气设备用电行为辨识结果，利用所述安全规则定义与更新单元142已经建立的安全规则判断是否存在安全异常状态或情形，涉及用户活动异常和安全隐患识别与原因定位，并研判家居安全趋势。

所述对外交互子系统15支持基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统中各功能子系统与用户或授权第三方进行信息交互；所述对外交互子系统15中的告警信息显示输出与记录单元152根据所述家居安全分析与态势感知子系统14中的家居安全异常状态检测与分析单元143的输出结果，若存在安全态势异常，则经由合适的本地或远程用户端设施向系统用户或授权的第三方(如远程监控中心)发出安全异常告警信息，并记录告警事件以备用户日后查询；所述告警信息显示输出与记录单元152支持系统用户由此查询安全异常告警信息记录，和根据用户需求经由合适的本地或远程用户端设施定期向系统用户推送安全异常告警信息记录；所述对外交互子系统15中的用户信息输入单元151支持用户根据自己的生活习惯、计划和个体需要按照预定义格式向系统输入安全监控需求；

所述对外交互子系统15中的用户侧终端设备集成接口单元153在家居内已经布置了智能监测传感设备的情况下，支持所述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统集成用户侧已有的其他智能监测终端设备(如智能插座，其他安防传感设备等)的输出信息；所述对外交互子系统15中的控制命令输出单元154可以基于当前家居安全态势按需向已有相关监控系统输出控制命令。

本发明基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统中各个子系统及各自所含功能单元可以根据实际条件分别部署在本地监测分析系统上，本地其他已有终端系统上或者远程服务器端，相应地，需要有与之配合的通讯系统，这是本技术领域技术人员所熟知的常识，具体内容在此不再赘述。

所述家居安全分析与态势感知子系统14中的安全规则定义与更新单元142定义的规则包括家居使用的场景、电气设备的正常使用时段、电气设备持续停机时长的上限和电气设备持续运行时长的上限。

所述对外交互子系统15中的用户信息输入单元151支持用户设定的安全告警参量包括家居总能耗限值、电气设备能耗限值、电气设备工作时长限值、电气设备异常使用时段和违约电气设备负荷类型等。

上述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统的工作流程如图3所示，包括：

步骤1：系统初始化，用户根据提示可选地通过所述对外交互子系统15中的用户信息输入单元151设定安全规则，之后系统进入正常运行状态；

步骤2：电气量数据采集，所述电气量采集子系统12采集电力负荷分解与监测所需的特征电气量；

步骤3：电力负荷分解并记录结果，所述电力负荷分解与监测子系统13完成电力负荷分解与监测并记录分解结果；

步骤4：辨识与归纳电气设备用电行为，并记录与更新相关结果；所述家居安全分析与态势感知子系统14中的电气设备用电行为辨识与归纳单元141根据所述电力负荷分解与监测子系统13输出的电气设备工作状态监测结果辨识和归纳目标电气设备在考察时段内的用电行为，并记录和更新相关结果；

步骤5：所述家居安全分析与态势感知子系统14中的安全规则定义与更新单元142是否已经为家居安全告警系统建立了能够用于判别电气设备用电行为是否异常的相关安全规则，若有，则顺序执行步骤6，否则，跳转到步骤12；

步骤6：根据已有安全规则判断与分析电气设备行为及用户行为，所述家居安全分析与态势感知子系统14中的家居安全异常状态检测与分析单元143根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元141输出的电气设备用电行为辨识结果，利用所述安全规则定义与更新单元142已经建立的安全规则判断与分析电气设备行为及用户行为是否存在安全异常状态或情形，并研判家居安全趋势；

步骤7：是否存在安全异常，若是，则顺序执行步骤8，否则，跳转到步骤11；

步骤8：输出和记录告警信息；所述对外交互子系统15中的告警信息显示输出与记录单元152根据所述家居安全分析与态势感知子系统14中的家居安全异常状态检测与分析单元143的研判结果向用户输出告警信息和记录告警信息；

步骤9：根据告警信息和已有告警记录，用户决定是否通过所述对外交互子系统15中的用户信息输入单元151修改自定义规则，若是，则顺序执行步骤10，否则，跳转到步骤11；

步骤10：用户修改自定义规则；用户通过所述对外交互子系统15中的用户信息输入单元151根据需求修改自定义规则；

步骤11：所述家居安全分析与态势感知子系统14中的安全规则定义与更新单元142根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元141输出的电气设备用电行为辨识与归纳结果判断是否更新现有安全判别规则，若是，则顺序执行步骤12，否则，返回执行步骤2；

步骤12：定义或更新相关安全规则；所述家居安全分析与态势感知子系统14中的安全规则定义与更新单元142根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元141输出的电气设备用电行为辨识与归纳结果定义或更新相关安全规则，返回步骤2。

为了清楚明白地简述本发明的目的和技术方案及优势，以下结合附图以典型实施例对本发明做进一步说明。

图4是基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统实施例系统示意图。所述系统包括电气量采集子系统12，电力负荷分解与监测子系统13，家居安全分析与态势感知子系统14和对外交互子系统15这四个核心功能子系统。

所述电气量采集子系统12将监测点的总电流及电压模拟信号转换成数字量，并向电力负荷分解与监测子系统13提供所需特征电气量信息。本示例中，电气量采集子系统12中包括电流互感器121和电压互感器122，电流信号调理单元123和电压信号调理单元124，模拟量/数字量转换单元125和特征电气量计算单元126。其中，电流互感器121和电压互感器122安装在家居供电总入口10处，电流互感器121与配电母线串联，电压互感器122与配电母线并联，配电母线上挂接着若干不同种类的负荷11，具体包括诸如冰箱，洗衣机，电视，空调，微波炉，热水器，电饭煲，吹风机等常用家用电气设备及可能存在的分布式光伏电源和电动汽车。电流互感器121和电压互感器122分别感知家居供电总入口处的电流和电压变化，并将大电流强电压信号转换为后续弱电模块能够处理的低电压信号。为保证量测数据的准确性，从而保证监测性能，电流互感器121和电压互感器122需要满足一定的精度要求。电流信号调理单元123和电压信号调理单元124分别对互感器输出的信号进行前置滤波和抗混叠滤波等预处理，并送至模拟量/数字量转换单元125，后者按照需要的精度将模拟电流、电压信号转化成数字信号。特征电气量计算单元126接收模拟量/数字量转换单元125的输出结果，按照电力负荷分解与监测子系统13的分析需要，采用合适的方法计算特征电气量，例如，若电力负荷分解与监测子系统需要利用高次谐波特征完成电气设备检测与辨识，则特征电气量计算单元125可以采用快速傅里叶变换(FFT)算法对模拟量/数字量转换单元125输出的电流、电压数字信号进行分析处理。

所述电力负荷分解与监测子系统13根据所述电气量采集子系统12的输出结果和经由所述对外交互子系统15中用户侧终端设备集成接口单元153接收到的家居内已经布置的智能监测传感设备提供的其他传感信息，利用合适的辨识和学习算法监测电气设备的工作状态，具体原理可以参考已有报道。根据(余贻鑫，刘博，栾文鹏.非侵入式居民电力负荷监测与分解技术[J].南方电网技术，2013，7(4)：1－5.)，本示例中，电力负荷分解与监测子系统13中包括数据预处理单元131，负荷事件检测与负荷特征提取单元132，电气设备工作状态辨识单元133，辨识结果记录与存储单元134，负荷特征库单元135。正常情况下，住户遵循日常使用习惯随机独立操作负荷设备11(包括开机、关停和切换工作状态)，电气量采集子系统12将量测到的总负荷电气量信息送至电力负荷分解与监测子系统13。电力负荷分解与监测子系统13的数据预处理单元131接收电气量采集子系统12的特征电气量计算单元126输出的特征电气量计算结果，首先进行原始数据去噪和异常值处理以保证后续负荷事件检测与负荷特征提取单元132能够准确可靠地检测到由电气设备开机、关停和工作状态转换所引起负荷事件，负荷事件检测与负荷特征提取单元132在负荷事件检测的基础上，从电气总量信息中提取电气设备工作状态辨识所需的负荷特征，例如，若住户在做饭时开启微波炉，负荷事件检测与负荷特征提取单元132会检测到一个启动事件，并获得有功功率变化量1200W和无功功率变化量300Var的负荷特征。之后，电气设备工作状态辨识单元133根据负荷特征库单元135中预存的负荷特征模板采用有效的方法(如k-NN分类器，SVM分类器等，(参见：范明，孟小峰.数据挖掘概念与技术[M].北京：机械工程出版社，2012.))辨识该负荷事件确实是由微波炉产生的，从而判断出微波炉当前处于运行状态，辨识结果记录与存储单元134会记录和存储微波炉开启的时间和运行功率等反映其用电状态和用电行为的信息。再有，若用户户内已经安装了智能插座及其他传感设施20，则电力负荷分解与监测子系统13中的电气设备工作状态辨识单元133可以通过所述对外交互子系统15中的用户侧终端设备集成接口单元153集成这些传感设备的输出信息，如室内温度信息，用以完成电气设备工作状态辨识。

所述家居安全分析与态势感知子系统14根据所述电力负荷分解与监测子系统13的输出结果判断用户家居安全态势，包括当前安全状态异常感知和安全趋势预测。本示例中，所述家居安全分析与态势感知子系统14中包括电气设备用电行为辨识与归纳单元141，安全规则定义与更新单元142，家居安全异常状态检测与分析单元143。电气设备用电行为辨识与归纳单元141根据所述电力负荷分解与监测子系统13输出的电气设备工作状态监测结果辨识目标电气设备在考察时段内的用电行为，学习归纳住户在那些天或每天不同时段的用电行为模式，能够学习和归纳出的用电行为涉及但不限于：烤箱、微波炉和电磁炉等厨房电器使用情况所反映的常规烹饪行为，电灯、排风扇和吹风机等电器关联使用所反映的常规卫浴行为，电灯的开关规律能够反映住户在不同房间之间转移的规律，以及电气设备的典型工作时段和持续时长等。安全规则定义与更新单元142根据电气设备用电行为辨识与归纳单元141的结果归纳和推导出电气设备的惯常行为(电气设备的正常工作模式)和用户行为习惯，并定义或更新用于安全态势判断的安全规则，如微波炉的典型使用时段是11:00～13:00和17:00～19:00，电饭锅的典型使用时长是30min～90min，等等，由这些规则组成的专家知识库被用于检测与辨识电气设备的用电行为异常和住户活动异常，如开机或停机状态超时，这些异常状态可能指示一些安全隐患，如电饭锅开机超时是失火隐患，安全规则定义与更新单元142支持用户根据个性化需求定义安全约束，因此在定义或更新安全规则时会集成用户自定义安全监管需求。家居安全异常状态检测与分析单元143根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元141输出的电气设备用电行为辨识结果，利用所述安全规则定义单元与更新142已经建立的安全规则判断是否存在安全异常状态和家居安全状态变化趋势，除了电压电流越限等传统异常状态，更重要的是涉及用户活动异常和安全隐患识别与原因定位，例如，根据电炖锅工作时长异常超限判断用户行为异常和失火安全隐患、热水器加热时长超限、空调在无人情况下一直运行、电磁炉在非设定时间段内处于工作状态(饮食行为异常)，它支持个性化家居安全监控服务，并可以为用户提供更多的增值服务，例如根据电冰箱工作周期异常判断电冰箱压缩机可能处于故障状态或亚健康状态，用户也可以在线获得解家庭的负荷能耗报表，费用清单，电气设备使用记录，故障预警信息，负荷维护提醒等服务。

所述对外交互子系统15支持基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统中个功能子系统与用户或授权第三方进行信息交互。本示例中，对外交互子系统15包括用户信息输入单元151，告警信息显示输出与记录单元152，以及用户侧终端设备集成接口单元153和控制命令输出单元154。告警信息显示输出与记录单元152根据所述家居安全分析与态势感知子系统14中家居安全异常状态检测与分析单元143的输出结果，若存在安全异常，则可直接向系统用户实时发出告警信息，或者经由合适的本地或远程用户端信息接收设施16，如手机、电脑或个人数字助理PAD等，间接地向系统用户实时发出告警信息，也可以按需向授权第三方(如远程监控中心)17输送安全异常告警信息，而且登记告警记录以备查询，从而也可以将告警记录定期经由合适的本地或远程用户端设施传送给用户。同时，用户可以根据自身需要按照预定义的格式直接，或者利用本地或远程用户端信息发送设施19，如手机、电脑或个人数字助理PAD等，经用户信息输入单元151向告警系统输入安全监视约束，例如，用户根据各自家电气设备的实际使用情况进行诸如使用习惯(涉及习惯性工作时段，工作模式等)，安全容量，能耗限额，异常告警阈值等相关参数的设定，也可以设置安全告警方式，如短信提示或邮件提醒等。所述对外交互子系统15中的用户侧终端设备集成接口单元153在家居内已经布置了智能监测传感设备的情况下，支持所述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统集成用户侧已有的其他智能监测终端设备(如智能插座，其他安防传感设备等)的输出信息。而且，若用户配备了智能安防控制组件或设备，则本发明系统可以通过所述控制命令输出单元154将依据当前家居安全态势生成的控制命令发送到相应的用户侧控制组件或系统18。

本发明所含的多个子系统可以全部封装在本地监测系统平台内，这样电气设备惯常用电行为检测与学习，安全状态异常辨识与安全趋势预测都在同一物理系统内实施，告警信息通过通信网络经由合适的本地或远程用户端设施送达至向用户处，也可以按需传送至授权的第三方，如远程监控中心。任意合适的通讯网络都可以作为备选，包括但不限于以太网，远程无线通信。本发明系统另一种可能的部署方式是电气量采集子系统12，电力负荷分解与监测子系统13和用户信息输入单元151与用户侧终端设备集成接口单元153部署在本地，电气设备用电行为辨识与归纳单元141，安全规则定义与更新单元142，家居安全异常状态检测与分析单元143，用户信息输入单元151，告警信息输出与显示单元152和控制命令输出单元154部署在云端(远程服务器端)，这时电力负荷分解与监测子系统13的检测结果需要通过通信网络传送到远程服务器端，在那里完成进一步地分析和处理。以上两种方式中，电气量采集子系统12皆可与其他单元组件分体部署，它与电力负荷分解与监测子系统13之间通过任意合适的本地通信实现连接，例如WIFI无线通信，ZigBee通信和485通信。

此外，在系统初始化阶段，用户可以根据系统提示输入必要的用户信息和系统正常运行必需的相关参数，包括用户设定安全规则，之后系统便进入正常运行状态；初始化阶段若用户设定电饭锅的典型工作时长为30min～90min，而系统实际检测到电饭锅的用电行为是它已经连续工作了91min，这时系统会发出电饭锅工作超时的告警信息，并提示失火隐患。

本发明系统利用电力负荷分解与监测技术在线监测安装点下游每个或每类电气设备的运行状态。在家居内已经布置了智能监测传感设备的情况下，能够集成其他用户侧智能监测传感设备的输出信息，经综合分析后，全面判断家居安全态势及确定导致异常状态的原因，并能及时将告警信息送给用户，既能够增强和完善家居安全告警系统的传统功能，又能够满足家居安全告警系统的新需求，而且能够全面提高安全告警系统的实用性和普及率。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统，包括电气量采集子系统(12)和对外交互子系统(15)；其特征在于，还包括电力负荷分解与监测子系统(13)和家居安全分析与态势感知子系统(14)；

所述家居安全分析与态势感知子系统(14)包括电气设备用电行为辨识与归纳单元(141)、安全规则定义与更新单元(142)、家居安全异常状态检测与分析单元(143)；

所述对外交互子系统(15)包括用户信息输入单元(151)、告警信息显示输出与记录单元(152)、用户侧终端设备集成接口单元(153)和控制命令输出单元(154)；

所述电气量采集子系统(12)将监测点的总电流及端电压模拟信号转换成数字量，并向电力负荷分解与监测子系统(13)提供所需特征电气量信息；

所述电力负荷分解与监测子系统(13)根据电气量采集子系统(12)提供的特征电气量信息和经由所述对外交互子系统(15)中用户侧终端设备集成接口单元(153)接收到的家居内已经布置的智能监测传感设备提供的其他传感信息，持续分析和监测安装位置所覆盖区域内电气设备的工作状态和分项用电信息；

所述家居安全分析与态势感知子系统(14)根据所述电力负荷分解与监测子系统(13)的输出结果判断用户家居安全态势，包括当前安全状态异常感知和安全趋势预测；

所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的电气设备用电行为辨识与归纳单元(141)根据所述电力负荷分解与监测子系统(13)输出的电气设备工作状态监测结果辨识和归纳目标电气设备在考察时段内的用电行为，并记录和更新相关结果；

所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的安全规则定义与更新单元(142)根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元(141)输出的电气设备用电行为辨识与归纳结果在线总结和推导出电气设备的惯常行为，包括电气设备的正常工作模式与用户使用习惯，并结合用户经所述对外交互子系统(15)中用户信息输入单元(151)输入的自定义安全监控需求，建立新的安全规则或者更新已有安全规则；

所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的家居安全异常状态检测与分析单元(143)根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元(141)输出的电气设备用电行为辨识结果，利用所述安全规则定义与更新单元(142)已经建立的安全规则判断是否存在安全异常状态或情形，涉及用户活动异常和安全隐患识别与原因定位，并研判家居安全趋势；

所述对外交互子系统(15)支持基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统中各功能子系统与用户或授权第三方进行信息交互；

所述对外交互子系统(15)中的告警信息显示输出与记录单元(152)根据所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的家居安全异常状态检测与分析单元(143)的输出结果，若存在安全态势异常，则经由合适的本地或远程用户端设施向系统用户或授权的第三方发出安全异常告警信息，并记录告警事件以备用户日后查询；所述告警信息显示输出与记录单元(152)支持系统用户由此查询安全异常告警信息记录，和根据用户需求经由合适的本地或远程用户端设施定期向系统用户推送安全异常告警信息记录；

所述对外交互子系统(15)中的用户信息输入单元(151)支持用户根据自己的生活习惯、计划和个体需要按照预定义格式向系统输入安全监控需求；

所述对外交互子系统(15)中的用户侧终端设备集成接口单元(153)在家居内已经布置了智能监测传感设备的情况下，支持所述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统集成用户侧已有的其他智能监测终端设备的输出信息；

所述对外交互子系统(15)中的控制命令输出单元(154)基于当前家居安全态势按需向已有相关监控系统输出控制命令。

2.根据权利要求1所述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统，其特征在于，其中所包含的子系统及各子系统所包含的各单元根据实际条件分别部署在本地监测分析系统上，本地其他已有终端系统上或者远程服务器端，本地监测分析系统、本地其他已有终端系统及远程服务器端之间配备有通讯系统。

3.根据权利要求1所述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统，其特征在于，所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的安全规则定义与更新单元(142)定义的规则包括家居使用的场景、电气设备的正常使用时段、电气设备持续停机时长的上限和电气设备持续运行时长的上限。

4.根据权利要求1所述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统，其特征在于，所述对外交互子系统(15)中的用户信息输入单元(151)支持用户设定的安全告警参量至少包括家居总能耗限值、电气设备能耗限值、电气设备工作时长限值、电气设备异常使用时段和违约电气设备负荷类型。

5.一种实现基于电力负荷分解与监测的家居安全告警的方法，其特征在于，利用如权利要求1至4中任一所述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统，步骤如下：

步骤1：系统初始化，用户根据提示可选地通过所述对外交互子系统(15)中的用户信息输入单元(151)设定安全规则，之后系统进入正常运行状态；

步骤2：电气量数据采集，所述电气量采集子系统(12)采集电力负荷分解与监测所需的特征电气量；

步骤3：电力负荷分解并记录结果，所述电力负荷分解与监测子系统(13)完成电力负荷分解与监测并记录分解结果；

步骤4：辨识与归纳电气设备用电行为，并记录与更新相关结果；所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的电气设备用电行为辨识与归纳单元(141)根据所述电力负荷分解与监测子系统(13)输出的电气设备工作状态监测结果辨识和归纳目标电气设备在考察时段内的用电行为，并记录和更新相关结果；

步骤5：所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的安全规则定义与更新单元(142)是否已经为所述基于电力负荷分解与监测的家居安全告警系统建立了能够用于判别电气设备用电行为是否异常的相关安全规则，若有，则顺序执行步骤6，否则，跳转到步骤12；

步骤6：根据已有安全规则判断与分析电气设备行为及用户行为，所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的家居安全异常状态检测与分析单元(143)根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元(141)输出的电气设备用电行为辨识结果，利用所述安全规则定义与更新单元(142)已经建立的安全规则判断与分析电气设备行为及用户行为是否存在安全异常状态或情形，并研判家居安全趋势；

步骤7：是否存在安全异常，若是，则顺序执行步骤8，否则，跳转到步骤11；

步骤8：输出和记录告警信息；所述对外交互子系统(15)中的告警信息显示输出与记录单元(152)根据所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的家居安全异常状态检测与分析单元(143)的研判结果向用户输出告警信息和记录告警信息；

步骤9：根据告警信息和已有告警记录，用户决定是否通过所述对外交互子系统(15)中的用户信息输入单元(151)修改自定义规则，若是，则顺序执行步骤10，否则，跳转到步骤11；

步骤10：用户修改自定义规则；用户通过所述对外交互子系统(15)中的用户信息输入单元(151)根据需求修改自定义规则；

步骤11：所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的安全规则定义与更新单元(142)根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元(141)输出的电气设备用电行为辨识与归纳结果判断是否更新现有安全判别规则，若是，则顺序执行步骤12，否则，返回执行步骤2；步骤12：定义或更新相关安全规则；所述家居安全分析与态势感知子系统(14)中的安全规则定义与更新单元(142)根据所述电气设备用电行为辨识与归纳单元(141)输出的电气设备用电行为辨识与归纳结果定义或更新相关安全规则，返回步骤2。