34、云-边缘-端架构中的数据训练

云-边缘-端架构中的数据训练

1 数据训练在云-边缘-端架构中的角色和重要性

随着物联网设备数量的增加,数据的体量和速度也在显著增长。传统的集中式数据处理模型,以云为核心,已无法满足大规模数据对低延迟、实时数据合作、智能决策、安全和隐私保护的需求。因此,必须利用分布式边缘计算架构,如用户计算机、物联网设备和边缘节点等,将计算尽可能靠近数据源以减少延迟和带宽。结合云计算和边缘计算的云-边缘-端分层计算架构已成为满足大规模数据处理、低延迟应用和边缘计算需求的理想选择。

数据训练在云-边缘-端架构中扮演着至关重要的角色。通过在边缘设备上进行数据训练,可以减少数据传输到云端的需求,从而降低延迟和带宽消耗。此外,边缘设备上部署轻量级机器学习模型可以实现实时数据分析、模式识别和异常检测,提供即时决策和响应,以实现低延迟的数据处理。

2 数据训练在边缘设备上的实现

2.1 数据预处理

在边缘设备上进行数据训练的第一步是数据预处理。数据预处理包括数据清洗、特征提取和标准化等操作。这些操作可以确保输入数据的质量,从而提高模型的训练效果。以下是数据预处理的具体步骤:

  1. 数据清洗 :去除无效或重复的数据,填补缺失值。
  2. 特征提取 :从原始数据中提取有用的信息,减少冗余特征。
  3. 标准化 :将特征值缩放到同一范围内,以提高模型收敛速度。

2.2 模型选择与部署

选择适合边缘设备的轻量级机器学习模型是数据训练的关键。

【负荷预测】基于VMD-CNN-LSTM的负荷预测研究(Python代码实现)内容概要:本文介绍了基于变分模态分解(VMD)、卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)相结合的VMD-CNN-LSTM模型在负荷预测中的研究与应用,采用Python代码实现。该方法首先利用VMD对原始负荷数据进行分解,降低序列复杂性并提取不同频率的模态分量;随后通过CNN提取各模态的局部特征;最后由LSTM捕捉时间序列的长期依赖关系,实现高精度的负荷预测。该模型有效提升了预测精度,尤其适用于非平稳、非线性的电力负荷数据,具有较强的鲁棒性和泛化能力。; 适合人群:具备一定Python编程基础和深度学习背景,从事电力系统、能源管理或时间序列预测相关研究的科研人员及工程技术人员,尤其适合研究生、高校教师及电力行业从业者。; 使用场景及目标:①应用于日前、日内及实时负荷预测场景,支持智慧电网调度与能源优化管理;②为研究复合型深度学习模型在非线性时间序列预测中的设计与实现提供参考;③可用于学术复现、课题研究或实际项目开发中提升预测性能。; 阅读建议:建议读者结合提供的Python代码,深入理解VMD信号分解机制、CNN特征提取原理及LSTM时序建模过程,通过实验调试参数(如VMD的分解层数K、惩罚因子α等)优化模型性能,并可进一步拓展至风电、光伏等其他能源预测领域。
【轴承故障诊断】基于融合鱼鹰和柯西变异的麻雀优化算法OCSSA-VMD-CNN-BILSTM轴承诊断研究【西储大学数据】(Matlab代码实现)内容概要:本文研究了一种基于融合鱼鹰和柯西变异的麻雀优化算法(OCSSA)优化变分模态分解(VMD)参数,并结合卷积神经网络(CNN)与双向长短期记忆网络(BiLSTM)的轴承故障诊断模型。该方法利用西储大学轴承数据集进行验证,通过OCSSA算法优化VMD的分解层数K和惩罚因子α,有效提升信号去噪与特征提取能力;随后利用CNN提取故障特征的空间信息,BiLSTM捕捉时间序列的长期依赖关系,最终实现高精度的轴承故障识别。整个流程充分结合了智能优化、信号处理与深度学习技术,显著提升了复杂工况下故障诊断的准确性与鲁棒性。; 适合人群:具备一定信号处理、机器学习及MATLAB编程基础的研究生、科研人员及从事工业设备故障诊断的工程技术人员。; 使用场景及目标:①解决传统VMD参数依赖人工经验选择的问题,实现自适应优化;②构建高效准确的轴承故障诊断模型,适用于旋转机械设备的智能运维与状态监测;③为类似机电系统故障诊断提供可借鉴的技术路线与代码实现参考。; 阅读建议:建议结合提供的Matlab代码进行实践操作,重点关注OCSSA算法的设计机制、VMD参数优化过程以及CNN-BiLSTM网络结构的搭建与训练细节,同时可尝试在其他故障数据集上迁移应用以加深理解。
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