LEASTSQUARES 函數用戶手冊

函數定義

LEASTSQUARES(expr, start_val, step_val)

功能說明

LEASTSQUARES() 函數對指定列的數據進行最小二乘法線性擬合，返回擬合直線的斜率（slope）和截距（intercept）。該函數基于線性回歸算法，計算最佳擬合直線 y = ax + b 的參數。

版本要求

• 最低版本: v3.0.0.0

返回值

• 數據類型: VARCHAR
• 返回內容: JSON格式字符串，包含斜率和截距
• 格式: {"slop":斜率值, "intercept":截距值}

參數說明

參數	類型	說明	取值范圍
expr	表達式	要進行線性擬合的數值字段	數值類型
start_val	數值	X軸起始值	數值類型
step_val	數值	X軸步長值	數值類型，不能為0

適用數據類型

LEASTSQUARES 函數支持以下數據類型：

• 數值類型: TINYINT、SMALLINT、INT、BIGINT、FLOAT、DOUBLE、UTINYINT、USMALLINT、UINT、UBIGINT
• NULL 值處理: 自動跳過 NULL 值

適用范圍

• 表類型: 表和超級表
• 查詢支持: 支持聚合查詢
• 函數特性: 聚合函數、跳過 NULL 值
• 限制: 不支持 GROUP BY 查詢、不支持窗口查詢

智能電表場景應用示例

基于智能電表數據庫結構：

-- 數據庫和表結構
USE test;
-- meters 超級表包含 ts, current, voltage, phase 字段和 location, groupid 標簽

基礎用法示例

電流趨勢分析

-- 分析電流數據的線性趨勢（以時間序列為X軸）
SELECT LEASTSQUARES(current, 1, 1) as current_trend FROM meters;-- 分析電壓數據的線性趨勢
SELECT LEASTSQUARES(voltage, 0, 2) as voltage_trend FROM meters;-- 分析相位數據的線性趨勢
SELECT LEASTSQUARES(phase, 0, 0.5) as phase_trend FROM meters;

設備性能退化分析

單設備趨勢分析

-- 分析特定設備的電流退化趨勢
SELECT LEASTSQUARES(current, 1, 1) as degradation_trend 
FROM meters 
WHERE tbname = 'd1001';-- 分析特定設備的電壓穩定性趨勢
SELECT LEASTSQUARES(voltage, 0, 1) as voltage_stability 
FROM meters 
WHERE tbname = 'd1001';

時間段內趨勢分析

-- 分析最近一周的電流變化趨勢
SELECT LEASTSQUARES(current, 1, 1) as weekly_current_trend 
FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 7d;-- 分析最近24小時的電壓變化趨勢
SELECT LEASTSQUARES(voltage, 0, 0.1) as daily_voltage_trend 
FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 1d;

負載預測分析

功耗趨勢預測

-- 基于歷史數據預測功耗趨勢
SELECT LEASTSQUARES(current, 0, 1) as power_consumption_trend 
FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 30d;-- 分析不同時間粒度的功耗變化
SELECT LEASTSQUARES(current, 1, 0.5) as fine_grained_trend 
FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 7d;

設備效率分析

-- 分析設備效率變化趨勢（基于電流-電壓關系）
SELECT LEASTSQUARES(current, 100, 10) as efficiency_trend 
FROM meters 
WHERE voltage > 200 AND voltage < 250;

區域電網分析

特定區域趨勢

-- 分析北京地區的用電趨勢
SELECT LEASTSQUARES(current, 0, 1) as beijing_usage_trend 
FROM meters 
WHERE location = 'Beijing';-- 分析上海地區的電壓質量趨勢
SELECT LEASTSQUARES(voltage, 220, 1) as shanghai_voltage_trend 
FROM meters 
WHERE location = 'Shanghai';

工作日vs周末趨勢對比

-- 分析工作日用電趨勢-- 分析周末用電趨勢
SELECT LEASTSQUARES(current, 1, 1) as weekend_trend 
FROM meters 
WHERE WEEKDAY(ts) IN (6, 0);

異常檢測應用

設備老化檢測

-- 檢測設備電流輸出的線性衰減
SELECT LEASTSQUARES(current, 0, 1) as aging_trend 
FROM meters 
WHERE tbname = 'd1001' AND ts >= NOW() - 90d;-- 檢測電壓穩定性衰減
SELECT LEASTSQUARES(voltage, 220, 0.1) as voltage_degradation 
FROM meters 
WHERE tbname = 'd1001' AND ts >= NOW() - 30d;

負載異常趨勢

-- 檢測異常負載增長趨勢
SELECT LEASTSQUARES(current, 0, 1) as load_growth_trend 
FROM meters 
WHERE current > 20 AND ts >= NOW() - 14d;

能耗優化分析

季節性趨勢分析

-- 分析春季用電趨勢
SELECT LEASTSQUARES(current, 1, 1) as spring_trend 
FROM meters 
WHERE MONTH(ts) IN (3, 4, 5);-- 分析夏季用電趨勢
SELECT LEASTSQUARES(current, 1, 1) as summer_trend 
FROM meters 
WHERE MONTH(ts) IN (6, 7, 8);

時段用電模式

-- 分析白天用電趨勢（6:00-18:00）
SELECT LEASTSQUARES(current, 6, 1) as daytime_trend 
FROM meters 
WHERE HOUR(ts) BETWEEN 6 AND 18;-- 分析夜間用電趨勢（19:00-5:00）
SELECT LEASTSQUARES(current, 19, 1) as nighttime_trend 
FROM meters 
WHERE HOUR(ts) >= 19 OR HOUR(ts) <= 5;

實際應用場景

設備維護預測

-- 預測設備維護需求（基于性能衰減趨勢）
SELECT LEASTSQUARES(current, 0, 0.1) as maintenance_prediction 
FROM meters 
WHERE tbname = 'd1001' AND ts >= NOW() - 180d;

電網負載規劃

-- 為電網擴容提供趨勢數據
SELECT LEASTSQUARES(current, 0, 1) as grid_expansion_trend 
FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 365d;

能效評估

-- 評估節能措施效果
SELECT LEASTSQUARES(current, 0, 1) as energy_saving_effect 
FROM meters 
WHERE ts >= '2024-01-01' AND ts < '2024-04-01';

結果解釋示例

假設查詢結果為：{"slop":-0.001234, "intercept":12.500000}

• 斜率（slope）: -0.001234，表示每個時間步長，數值平均下降 0.001234 個單位
• 截距（intercept）: 12.5，表示在 X=0 時的預測 Y 值為 12.5

趨勢判斷

-- 基于斜率判斷趨勢類型
-- 正斜率：上升趨勢
-- 負斜率：下降趨勢  
-- 接近0：穩定趨勢-- 示例：判斷設備性能趨勢
SELECT CASE WHEN LEASTSQUARES(current, 0, 1) LIKE '%"slop":-%' THEN '性能下降趨勢'WHEN LEASTSQUARES(current, 0, 1) LIKE '%"slop":0.%' THEN '性能穩定'ELSE '性能上升趨勢'END as performance_trend
FROM meters 
WHERE tbname = 'd1001';

參數配置建議

start_val 選擇

• 時間序列分析: 通常設為 0 或 1
• 基于實際值: 設為數據范圍的起始值
• 歸一化分析: 設為 0 便于比較

step_val 選擇

• 精細分析: 使用較小步長（如 0.1, 0.5）
• 粗略趨勢: 使用較大步長（如 1, 10）
• 數據密度: 根據數據點密度調整

注意事項

1. NULL 值處理: 函數自動跳過 NULL 值
2. 參數限制: step_val 不能為 0
3. 數據要求: 至少需要 2 個有效數據點
4. 精度控制:
   • 斜率精度：默認保留 6 位小數
   • 截距精度：默認保留 6 位小數
5. 結果格式: 返回 JSON 格式字符串
6. 性能考慮: 大數據集建議配合時間范圍過濾
7. 不支持的查詢:
   • 不支持 GROUP BY 查詢
   • 不支持 INTERVAL 窗口查詢
   • 不支持函數嵌套

相關函數

• AVG(): 計算平均值
• STDDEV(): 計算標準差
• SPREAD(): 計算極差
• TWA(): 時間加權平均

通過合理使用 LEASTSQUARES 函數，可以有效地進行智能電表數據的趨勢分析和預測，為電力系統的預測性維護和負載規劃提供重要的數據支撐。

關于 TDengine

TDengine 專為物聯網IoT平臺、工業大數據平臺設計。其中，TDengine TSDB 是一款高性能、分布式的時序數據庫（Time Series Database），同時它還帶有內建的緩存、流式計算、數據訂閱等系統功能；TDengine IDMP 是一款AI原生工業數據管理平臺，它通過樹狀層次結構建立數據目錄，對數據進行標準化、情景化，并通過 AI 提供實時分析、可視化、事件管理與報警等功能。