I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 ,   p p .   3054 ~ 3 0 6 3   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 3 . pp 3 0 5 4 - 3 0 6 3           3054       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Energ y  cons umpt io n predic tion me thods  in  a  cybe r - phy sica l  sy stem       K enzheg a li Nurg a liy ev ,   Aky lbek   T o k hm et o v   D e p a r t me n t   o f   I n f o r m a t i o n   S y st e ms,   L. N .   G u mi l y o v   E u r a s i a n   N a t i o n a l   U n i v e r si t y ,   A s t a n a ,   R e p u b l i c   o f   K a z a k h st a n       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   2 6 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J an   8 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma r   3 ,   2 0 2 5       In   re c e n t  d e c a d e s,  c y b e r - p h y sic a l  sy ste m s  (CP S )   h a v e   b e c o m e   a n   e ss e n ti a l   p a rt  o f   m o d e r n   i n d u stry   a n d   d a il y   l ife.  T h e se   sy ste m s  in teg ra te   p h y sic a l  p ro c e ss e s  with   c o m p u ter  a n d   n e t wo rk   c o m p o n e n ts ,   a ll o win g   th e m   to   in tera c t  with   t h e ir  e n v ir o n m e n t   a n d   m a n a g e   th e ir   c o m p o n e n ts   a u t o n o m o u sl y .   O n e   o f   th e   m o st  si g n ifi c a n t  a sp e c ts  o f  CP S   e fficie n c y   is  m a n a g i n g   e n e rg y   c o n su m p ti o n ,   wh ich   si g n if ica n tl y   a ffe c ts  th e ir  re li a b il it y ,   e fficie n c y ,   a n d   e c o n o m ic  p e rfo rm a n c e .   CP S   d e v ice s  g e n e ra te  v a st  a m o u n ts  o f  d i v e rse   d a ta,  wh ich   is   c ru c ial  to   a c c u ra tely   m o d e l.   Re se a rc h e rs  u se   p re d icti v e   a n a ly sis  t o   d e v e lo p   m o d e ls  t h a t  f o re c a st  tr e n d s  a n d   sim u late   re a l - wo rl d   c o n d it io n s,   e n a b li n g   t h e m   t o   m a k e   b e tt e r - i n fo rm e d   d e c isio n s.  T h is  a rti c le   p re se n ts  a   c o m p a ra ti v e   a n a ly sis  o f  d iffere n t   p re d ictiv e   m o d e ls  f o r  CP S   d a ta  a n a ly ti c s,  fo c u sin g   o n   e n e rg y   c o n su m p t io n   in   sm a rt  b u il d i n g s.  S h o rt - ter m   m o d e ls  in c lu d e   g ra d ie n t - b o o ste d   re g re ss o r  (XG Bo o st),   ra n d o m   fo re st   (RF )   a n d   lo n g   sh o rt - term   m e m o ry   (LS TM ) .   Th e   c o m p a ra ti v e   re su lt s  h a v e   b e e n   stu d ied   i n   term s o f  p re d icti o n   e rro rs t o   d e ter m in e   a c c u ra c y .   K ey w o r d s :   C o m p u tatio n al  p r o ce s s es   C y b er - p h y s ical  s y s tem s   E n er g y   co n s u m p tio n   p r ed ictio n   Ma ch in e  lear n in g     Op tim izatio n   alg o r ith m s   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ak y lb ek   T o k h m et o v     Dep ar tm en t o f   I n f o r m atio n   Sy s tem s ,   L . N.   Gu m ily o v   E u r asian   Natio n al  Un iv er s ity   Ast an a,   R ep u b lic  o f   Kaz ak h s t an   E m ail: to h m eto v a k y lb ek @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   C y b e r - p h y s i c a l   s y s t e m s   ( C PS )   r e p r e s e n t   t h e   i n t e g r a ti o n   o f   p h y s i c a l   a n d   c o m p u t a t i o n a l   p r o c e d u r e s ,   w h e r e i n   c o m p u t a t i o n a l   s y s t em s   m o n i t o r   a n d   r e g u l a t e   p h y s i c a l   p r o c es s es   v i a   f e e d b a ck   l o o p s .   I n   m o d e r n   c o n d i t i o n s ,   t h e   d e v el o p m e n t   o f   C PS   is   i m p o r t a n t   f o r   i n d u s t r y   f i e l d s   s u c h   a s   s m a r t   ci t ie s ,   i n d u s t r i a l   a u t o m a t i o n ,   m e d i c i n e ,   a n d   t r a n s p o r ta t i o n .   C PS   e n a b l es   m o r e   e f f i ci e n t   a n d   i n t e l l i g e n t   m a n a g e m e n t   o f   v a r i o u s   p r o c e s s es   a n d   r e s o u r c e s ,   w h i c h   i n   t u r n   r e q u i r e s   a c c u r a te   m e t h o d s   f o r   p r e d i c ti n g   a n d   o p t i m i z i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n .   E n er g y   c o n s u m p tio n   in   C PS   is   a  cr itically   im p o r tan t  asp ec t  as  it  d ir ec tly   af f ec ts   th e  p er f o r m an ce ,   r eliab ilit y ,   an d   o p er atio n al  co s ts   o f   s y s tem s   [ 1 ] .   Pre d ictin g   e n er g y   c o n s u m p tio n   allo ws  f o r   ad v an ce d   p lan n i n g   an d   r eso u r ce   m a n ag em en t,  o p t im izin g   th eir   u s e  an d   m in im iz in g   co s ts .   T h is   is   p ar ticu lar ly   im p o r tan t g iv e n   th e  co n tin u o u s ly   g r o win g   v o lu m es  o f   d ata   an d   th e   in cr ea s in g   co m p lex ity   o f   e n er g y   r eso u r ce   m a n ag em en t.   Pre d ictin g   elec tr icity   u s ag e  e f f ec tiv ely   co n s er v es  en er g y ,   as  n u m er o u s   s cien tific   s tu d ies  [ 2 ]   d e m o n s tr ate .   R esear ch er s   u s e  m an y   m eth o d s   at  th e  s am e  t im e  to   g u ess   h o w  m u ch   elec tr icity   p eo p le  will u s e.   T h ese  in clu d e  f u zz y   lo g ic  m at h em atica l  m o d els  [ 3 ] ,   d ee p   a n d   class ical  m ac h in e  lear n in g   tech n iq u es  [ 4 ] ,   [ 5 ] ,   an d   m o d els  th at  tak e  i n to   ac c o u n t   h o w   elec tr icity   u s e  c h an g es   with   th e  s ea s o n s   a n d   th e  i n f lu en ce   o f   v ar io u s   ch ar ac ter is tics   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   C o n s id er in g   th e  g r ea t  r an g e  o f   p o wer   co n s u m p tio n   f o r ec asti n g   m eth o d o lo g ies,  th er e  is   n o   co m m o n   ap p r o ac h   th at  allo ws  th e  p r esen tatio n   o f   a  r eliab le  elec tr icity   co n s u m p tio n   f o r ec ast  f o r   ea c h   s u b ject  ar ea .   T h e   m ain   r ea s o n s   f o r   th is   in clu d e   ev o lv in g   f o r ec asti n g   ac cu r ac y   s tan d ar d s ,   th e  n ec ess ity   to   co n s id er   n u m e r o u s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n erg y  co n s u mp tio n   p r ed icti o n   meth o d s   in   a   cy b er - p h ysica l sys tem   …   ( K en z h eg a li N u r g a liyev )   3055   f ac to r s   th at  d ef in e   th e  s u b ject  ar ea ' s   s p ec if ics,  an d   a d v an ce m en ts   in   d ata  m in in g   tec h n o l o g ies,  wh ich   en ab l e   m o r e  ef f icien t  h an d lin g   o f   v ast  d ata  s et s   co m p ar ed   to   co n v en tio n al  m ath e m atica l  s tati s tics   m eth o d s .   T h er ef o r e,   we  d ec id ed   to   c o n d u ct  an   ap p lied   s tu d y   t h at  in v o l v es e lectr icity   co n s u m p tio n   p r ed ictio n   u s in g   d ata   r eg r ess io n   to o ls .   Acc o r d in g ly ,   th e  g o al  o f   th is   r esear ch   is   to   cr ea te  an   o p tim al  tech n iq u e  f o r   p r e d ictin g   elec tr icity   d em an d   a n d   e v alu a te  h o w  ac cu r ate  t h ese  tech n iq u es  ar e.   Fo llo win g   th e   in tr o d u ctio n ,   we  d escr ib e   th e  v ar io u s   ty p es  o f   d ata   an a ly tics   tech n iq u es  an d   ass ess m en t  m etr ics.  T h e   f o llo win g   s ec tio n   p r esen ts   th e   r esu lts   o f   an   ex p l o r ato r y   d ata  an aly s is   ex p er im en t f o r   en e r g y   co n s u m p tio n   m o d el  s elec tio n .       2.   L I T E R AT U RE   R E VI E W   W e  s h all  ca teg o r ize  th e  f o r ec asts   em p lo y ed   in   th is   s tu d y   a cc o r d in g   to   th e  d u r atio n   o f   a n ticip atio n   b ef o r e  m o v in g   o n   to   s p ec if ic  m eth o d s .   Fo r ec asts   ar e  c ateg o r ized   d i f f er en tly   d ep en d in g   o n   h o w  lo n g   p r ed ictio n   n ee d ed   [ 8 ] .   W e  s h all  f o llo w  th e  f o llo win g   g u id elin es  in   th e  co n tex t  o f   th is   in v esti g atio n .   T h e   p r o jectio n s   th at  we  will  tak e  in to   co n s id er atio n   ar e  class if ied   as  lo n g - ter m ,   wh ich   s p an s   s ev er al  m o n th s   to   y ea r s ,   an d   as  s h o r t - ter m ,   wh ich   s p an s   d ay s   to   s ev er al  w ee k s   as  s h o wn   in   Fig u r e  1 .   B y   s ep ar atin g   th e  m eth o d o l o g ies  b ased   o n   th e  e x p ec ted   lead   tim e,   we  wer e  ab le  to   lo o k   m o r e  clo s ely   at  th e  ap p r o ac h es  th at  wo r k   well  f o r   co r r esp o n d i n g   lead   tim e  f o r ec asti n g .   W e  b eliev e  th at  th is   d iv is io n   o f   a p p r o ac h es  m ak es  it  ea s ier   f o r   u s   to   ex p lo r e  th e   r elate d   liter atu r e  an d   h elp s   u s   to   tag   th e  ch ar ac ter is tics   o f   th e  ap p licatio n   co n d itio n s   f o r   ev e r y   f o r ec asti n g   p er io d .           Fig u r e  1 .   Po wer   c o n s u m p tio n   p r ed ictio n   ca teg o r ies       2 . 1 .     Sh o rt - t er m   f o re ca s t ing   Op er atio n al  f o r ec asts   ar e  ess en tial  f o r   m an a g in g   elec tr icity   co n s u m p tio n   with   its   p ea k   lo ad s   wh ich   ca n   b e   d ec r ea s ed   b y   h av in g   a  f o r ec ast   th at  is   ac c u r ate  o n e  d ay   o r   s ev er al   wee k s   in   ad v an ce .   T h is   ty p e   o f   f o r ec asti n g   is   r elev an t  f o r   p la n n in g   p o wer   d em an d   s u p p o r ted   b y   an   an aly s is   o f   s m all  p o wer   g r id s   [ 9 ] .  I k e d a   an d   Nag ai   [ 1 0 ]   p r esen t  a n   a p p r o ac h   t h at  allo ws  o p tim al  m an ag em en t o f   t h e  en e r g y   co n s u m p tio n   o f   a  b u ild in g   ( h o tel) .   T h e  m eth o d   m ad e  it p o s s ib le  to   r ed u ce   o p er atin g   c o s ts   f o r   elec tr icity   co n s u m p tio n   b y   m o r e  th an   1 0 %.  T h e  r esear ch e r s   ex p lain   th at  c r ea tin g   s u ch   m eth o d   allo ws  f o r   th e  n o n lin ea r ity   o f   p o wer   c o n s u m p tio n   d ata  f o r   s o m e  ty p es  o f   e q u ip m e n t  to   b e  co n s id er e d .   T h e   f in d i n g s   o f   ap p l y in g   m ac h in e  lear n in g   to   f o r ec ast  o f f ice   b u ild in g   co o lin g   e n er g y   co n s u m p tio n   wh ile  tak in g   h u m an   b eh av io r   in to   ac co u n t  ar e   p r es en ted   b y   th e   au th o r   in   [ 1 1 ] .   W h en   d ev elo p in g   th e   m o d el,   s ev er al  m ac h i n e  lear n in g   alg o r ith m s   wer e  test ed   an d   co m p ar ed .   T h e   s im u latio n   r esu lts   d em o n s tr ated   th e  g r ea t  in f l u en ce   o f   th e   v ar iab les  co n s id er ed   in   t h e  s tu d y   o n   th e  tar g et  r esu lt - elec tr icity   co n s u m p tio n .   T h e  ac tiv ities   o f   o f f ice  b u i ld in g   wo r k er s   af f ec ted   en er g y   co n s u m p tio n   b y   m o r e  th an   7   tim es.  R esear ch e r s   ar g u e  in   [ 1 2 ]   th at  a  p r ec is e  co m p r eh en s io n   o f   en er g y   lo a d   s lo p e  is   e s s en tial   f o r   m a n ag in g   p lan t  p o wer   s y s tem s   ef f ec tiv ely   an d   s er v e s   as  th e  f o u n d atio n   f o r   an o m aly   id en tific atio n .   Scien tis ts   al s o   n o te  th at  lo ad   cu r v e  an al y s is   is   an   im p o r tan t   ad d itio n   in   th e  ab s en ce   o f   m eth o d s   f o r   ass ess in g   v ar io u s   tim e  tr an s itio n s   b etwe en   en er g y   s tates.  T h e  ar ticle  p r esen ts   th e  r esu lts   o f   u tili z in g   a  d ee p   s p atio - tem p o r al  r esid u al  n e u r al  n etwo r k   ( ST - R esNet )   to   f o r ec ast  p o wer   g e n er atio n   ( s ales)   [ 1 3 ] .   Fo r   b o t h   s h o r t - ter m   ( a  d ay )   an d   m e d iu m - ter m   ( a   wee k )   f o r ec asti n g ,   th e  av e r ag e  ab s o lu te  p er ce n ta g e  f o r e ca s t  er r o r   m a y   b e  d ec r ea s ed   b y   m o r e  th an   2 . 5   p er ce n t  b y   u s in g   ST - R esNet.   On   th e  o n e  h a n d ,   th e  d e v elo p m en t  an d   ap p licatio n   o f   d ata  m in in g   m eth o d s ,   in   p ar ticu lar   f o r   t h e  task   o f   p r ed ictin g   elec tr ical  lo ad s ,   h elp s   to   r ed u ce   an d   r atio n alize   th e  u s e  o f   r eso u r ce s .   Ho wev er ,   p er f o r m in g   m ac h in e  lear n in g   p r o ce d u r es  r eq u ir es  s ig n if ican t   co m p u tin g   r eso u r ce s   wh ic h   r a is es th e  am o u n t o f   elec tr ical  e n er g y   u s ed .     2 . 2 .     L o ng - t er m   f o re ca s t ing     On g o in g   f o r ec asts   ar e  u s ed   t o   p lan   th e   co n s tr u ctio n   o r   r e n o v atio n   o f   im p o r tan t   in f r astr u ctu r e  a n d   m an u f ac tu r in g   f ac ilit ies,  as  well  as  to   d e v elo p   p lan s   f o r   th e   ex p a n s io n   o f   s m ar t   en er g y   s y s tem s   b o th   in d ep en d en tly   with in   a  p ar tic u lar   in d u s tr ial  s ec to r   an d   at  th e  s tate  lev el.   A   v ar iety   o f   lo n g - ter m   s ce n ar io s   ar e  ty p ically   em p lo y ed   t o   g et  t h e  p r o jectio n   n u m b er s   f o r   to tal  e n er g y   co n s u m p tio n .   Fo r ec asti n g   m ak es  it p o s s ib le  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   3 0 5 4 - 3 0 6 3   3056   to   r eg u late  en er g y   s to r ag e  d e v ices '   o p er atin g   m o d es  o p tim al ly ,   wh ich   p r o m o tes  m o r e  s en s ib le  u s ag e  o f   th em .   T h e  o u tco m es  o f   a p p ly in g   a  d ec is io n   tr ee   m o d el  to   an ticip ate  p o wer   u s ag e  ar e  s h o wn   i n   th e  r esear ch   [ 1 4 ] .  T h e  p r o ce d u r e   o f   f ig u r i n g   o u t  an   elec tr ical  s to r ag e  d e v ice' s   i d ea l c ap ac ity   m ak es  u s e  o f   th e   r esu lts   g ath er ed .   Ma ch in e  lear n in g   an d   co n v en t io n al  ap p r o ac h es  to   p r e d ictin g   p o wer   u s e  wer e  co m p ar e d   in   th e  p ap er   [ 1 5 ] .   T h e  f in d in g s   d em o n s tr a te  th at,   in   ter m s   o f   f o r ec ast  ac cu r ac y ,   m ac h in e  lear n i n g   t ec h n iq u es  ex ec u te  n o ticea b ly   b etter   t h an   co n v en tio n al  tech n iq u es,  in d icatin g   t h e  s ig n if ican ce   o f   d ev elo p in g   p r ed ictio n   m o d els   u s in g   co n v en tio n al  m ac h in e   l ea r n in g   m eth o d s   an d   n eu r al  n etwo r k s .   T h e   p r i m ar y   d r aw b ac k   o f   em p lo y in g   th ese  tech n iq u es,  as  m en tio n ed   in   [ 1 6 ] ,   is   th eir   co m p u tat io n al  co m p lex ity ,   wh ich   m a k es  im p r o v in g   d ata   m in in g   alg o r ith m s '   ef f icien cy   a  p ar ticu lar ly   p er tin e n t  jo b .   A  m o d el  was  cr ea ted   in   [ 1 7 ]   th at  co m b in es  an   en tire ly   co n n ec ted   n e u r al  n et wo r k   u s in g   s in g le  s p ec tr u m   ev alu atio n   to   s ep ar ate  th e  ti m e  s er ies  o f   p o wer   co n s u m p tio n .   Su ch   an   ap p licatio n   is   a  p r o m is in g   d ir ec tio n ,   s in ce   it  u s es  a  co m b in atio n   o f   s ev er al  m eth o d s   o f   in tellectu al  an aly s is .   Scien tis t s   o b s er v e,   n o n eth eless ,   th e  r estrictio n s   in   th e  u s e  o f   s o m e  te ch n iq u es  ev en   with   th e  m o s t  co n tem p o r ar y   to o ls   to   esti m ate  p o wer   u s ag e  [ 1 8 ] .   T h is   ju s t  r ea f f ir m s   th e  n ec ess ity   o f   r esear ch   to   u p d ate  an d   b r o ad e n   th e  to o l k it  o f   m eth o d s   u s ed   to   s o lv e  th e  p o wer   co n s u m p tio n   f o r ec asti n g   p r o b lem .   T h er ef o r e,   co m p r eh e n s iv e  an a ly s es  s u ch   as  in   [ 1 9 ] ,   wh ich   r ef lect  th e  cu r r en t  lev el  o f   r ese ar ch   in   p o wer   lo ad   p r ed ictio n ,   ar e   ad v is ed   to   b e  c o n d u cte d .   Hy b r id   f o r ec asti n g   i s   n ec ess ar y   to   c r ea te  r ec o m m e n d atio n s   r e g ar d in g   th e  p o s s ib le  u s e  o f   ess en tial  b u ild in g   f ac ilit ies  d u e   to   th e  s cien tific   co m m u n ity ' s   in ter est  in   e n er g y - s av in g   is s u es,  th e  ad v an ce m en t  o f   s m ar t  d ata  p r o ce s s in g   m et h o d s   an d   th e  n ec ess ity   o f   e n er g y - s av in g   s o lu tio n s   in   r ea l - wo r ld   ap p licatio n s .     2 . 3 .     H y brid f o re ca s t ing     No wad ay s ,   ac h iev in g   m a x im u m   en er g y   ef f icien cy   is   an ticip ated   to   b e  th e  m ain   em p h asis   o f   in ter n et   o f   th in g s   ( I o T )   in n o v atio n   in   th e  f u tu r e.   T h is   is s u e  m ay   b e  m et  b y   in co r p o r atin g   ar tific ial  in tellig en ce   ( AI ) - p o wer ed   tech n o lo g ies s u ch   as m ac h in e  lear n in g   ( ML )   an d   d e ep   lear n in g   [ 2 0 ] .   AI   r esear ch   f ield s   ar e  ad v an ce d   as  a  r esu lt  o f   ML   s y s tem s '   co n s tan t  s elf - im p r o v em en t.  ML   em p lo y s   alg o r ith m s   th at  e n ab le  th em   to   r ea ct  to   en v ir o n m en tal  in p u ts   an d   r ec o g n ize  n o n lin ea r   r elatio n s h ip s   in   co m p lex   o r   u n ce r tain   s y s te m s .   Pre d ictin g   h o w  m u ch   e n er g y   a  C PS   will  u s e  in   v ar io u s   tim e  in ter v als  is   a  u s ef u l  ap p r o ac h   to   o p tim ize  e n er g y   u s e,   f o r ec ast  f u tu r e  e n er g y   r eq u i r em en ts ,   a n d   s p o t  p o s s ib le  in ef f icien cie s   in   en er g y   u s e,   am o n g   o t h er   ag en ts   in   a  s m ar t  g r id .   T h e  q u ality   a n d   r elev an c y   o f   th e   d ata  th at  ML   al g o r ith m s   u s e  h as  a  s ig n if ican t  im p a ct  o n   h o w  well  th ey   o p er ate.   E lectr icity   u s ag e  wa s   d iv id ed   i n to   s ev er al   ca teg o r ies  in   [ 2 1 ] :  r aw  m ea s u r em e n ts   an d   r ec o r d s   o f   p r iv ate  lo a d s   ( air   c o n d itio n er s ,   r ef r ig e r ato r s )   at   ce r tain   p er io d s   as  it  en ab les  p r ec is e  en er g y   m an ag em e n t,  lo a d   d is ag g r eg atio n ,   an d   ap p lian ce   id en tific atio n .     Ma ch in e  lear n in g   al g o r ith m s   h av e  o v e r co m e  th e  p r im ar y   s h o r tco m in g s   o f   h y b r id   p r ed ictio n   s y s tem s .   Fo r   in s tan ce ,   s cien tis t s   in   [ 2 2 ]   d ev elo p ed   a  f o r ec asti n g   m o d el  f o r   b u ild in g   en e r g y   u s ag e  b y   in teg r atin g   ex p an d e d   s h o r t - ter m   m em o r y   n etwo r k s   with   a   s in e - co s in e   o p tim izatio n   al g o r ith m   to   p r o v id e  p r ed ictio n s   i n   r ea l  tim e.   Su b s eq u en tly ,   Su r a n ata   et  a l.   [ 2 3 ]   co n ce n tr ated   o n   f o r ec asti n g   d in in g   r o o m   en e r g y   u s ag e.   Au th o r s   u s ed   L STM   m o d el;  its   f ea tu r es  wer e  ex tr ac ted   u s in g   p r i n cip al  co m p o n en t  a n aly s is   ( PC A) .   Fu r th er m o r e,   Sh ap i  et  a l.   [ 2 4 ]   u s ed   clo u d - b ased   m ac h in e  lea r n in g   f r am ewo r k   ( Mic r o s o f t  Azu r e)   to   o f f er   f o llo win g   m eth o d o l o g y .   Usi n g   th r ee   s tr ateg ies  ( k - n ea r est  n eig h b o r s ,   ar tific ial  n eu r al  n etwo r k s ,   an d   s u p p o r t  v ec to r   m ac h in es),   th e  s tu d y   em p lo y s   two   ten an ts   f r o m   an   in d u s tr ial   b u ild in g   in   Ma lay s ia.   T h e  ex p er im en tal  f in d in g s   s h o w  th at  ea ch   r e n ter ' s   en er g y   co n s u m p tio n   h as  a  ce r tain   d is tr ib u tio n   p atter n ,   an d   th e  p r o p o s ed   m o d el  is   ca p ab le  o f   p r ec is ely   ca lcu latin g   ea ch   r e n ter ' s   en er g y   co n s u m p tio n .   Hy b r id   n etwo r k   is   a  ter m   u s e d   to   d escr ib e  s o m e  in ter c o n n ec ted   s y s tem s   with   d if f er en t  f o r ec asti n g   is s u es.  Mo h am m ed   et  a l.   [ 2 5 ]   f o cu s   o n   e n h an ci n g   t h er m al  co m f o r t   an d   en er g y   l o ad s   in   h ea tin g ,   v en tilatio n ,   an d   air   co n d itio n i n g   ( HVAC )   s y s tem s   b y   th e  ap p licatio n   o f   an   in tellig en t  co n tr o l  alg o r ith m .   T h e  au th o r s   s u g g est  o p tim izin g   h ea t  tr an s f er   co ef f icien ts   an d   air   tem p e r atu r e  v alu es  b y   c o m b in in g   s u p er v is o r y   co n tr o l  an d   d ata  ac q u is itio n   ( SC ADA )   s y s tem s   with   a  s m ar t  b u ild in g   m an ag e m en t  to o l.   T h en ,   g en etic  alg o r ith m s   ar e   u tili ze d   to   m in im ize  en er g y   u s ag e  an d   p r eser v e   u s er   co m f o r t.  R eg ar d in g   p o wer   u s ag e,   He  an d   T s an g   [ 2 6 ]   d esig n ed   a   h y b r id   s o lu tio n   th at  co m b i n es  lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM )   with   I m p r o v e d   c o m p lete  en s em b le  em p ir ical  m o d e  d ec o m p o s itio n   with   ad ap tiv e  n o is e  ( iC E E MD AN ) .   R e s ea r ch er s   u s ed   it  to   id en tify   tr en d s   in   th e  f ir s t  p o wer   u s ag e  d ata,   an d   t h en   th ey   f o r ec asted   ea ch   m o d e  s ep ar ately   u s in g   a  B ay esian - o p tim ized   L STM .       3.   M E T H O D   T h i s   s e ct i o n   d e s c r i b es   t h e   r e s ea r c h   m e t h o d s   u s e d   t o   p r e d i c t   e n e r g y   d e m a n d   i n   C P S .   F o r e ca s t i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   is   a   c o m p l e x   t a s k   t h a t   r e q u i r es   t h e   u s e   o f   v a r i o u s   t e c h n i q u e s   a n d   a p p r o a c h e s   t o   e n s u r e   t h e   ac c u r a c y   a n d   r e l i a b i l i t y   o f   p r e d i c t i o n s .   A   m u l t i t u d e   o f   s o u r c e s ,   i n c l u d i n g   s e n s o r   d a t a   s t r e a m s ,   e n v i r o n m e n t a l   d a t a ,   a n d   o t h e r   e n t i t ie s ,   a r e   u s e d   as   i n p u t   f o r   h y b r i d   p r e d i c t i o n   m e t h o d .   C u t ti n g   e d g e   p r o c e s s i n g   t o o ls   a n d   a l g o r i t h m s   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n erg y  co n s u mp tio n   p r ed icti o n   meth o d s   in   a   cy b er - p h ysica l sys tem   …   ( K en z h eg a li N u r g a liyev )   3057   n e e d e d   t o   p r o c e s s   t h i s   d a t a   a cc u r a t e l y   a n d   q u i c k l y .   S e v e r al   c a t e g o r i e s   o f   d a t a  a n a l y ti c s   e x i s t  a c c o r d i n g   t o   t h e   n e e d s   o f   s p e c i f i c   a p p li c a ti o n s .   T i m e   s e r i es   o f   d a t a   is   u s e d   f o r   f o r e c a s t i n g   p u r p o s e s   a n d   t as k s   h a v e   a   n u m b e r   o f   f e a t u r e s .   Si n c e   a   t i m e ,   s e r i es   is   a   s e q u e n c e   o f   v a l u e s   i n   w h ic h   e a c h   s u b s e q u e n t   v a l u e   c o n ta i n s   t h e   p a s t   f o r   t h e   s u b s e q u e n t   o n es ,   a n y   a t te m p t   t o   f o r e c a s t   t h e  f u t u r e   w i t h o u t   s t u d y i n g   t h e  t i m e  s e r i es   o f   t h e  p a s t  is   u n s c i e n t i f ic  a n d   e r r o n e o u s .   T h e r e f o r e ,   t o   o b t a i n   s u f f ic i e n tl y   a c c u r at e   a n d   r e l i a b l e  f o r e c a s t s ,   i n - d e p t h   r ese a r c h   o n   t h e   p r es e n t  s t a t u s   o f   t h is   p r o c e d u r e   is   r e q u ir e d .   F o r   e x a m p l e ,   t o   s e p a r a te   th e   s e r i es   i n t o   i ts   c o n s ti t u e n t   p ar t s   a n d   e li m i n a t e  t h e  i n f l u e n c e   o f   s y s t e m at i c   c o m p o n e n t s   o n   t h e   c h a n g e   o f   r a n d o m   o n e s ,   c h e c k   t h e  s e r i e s   f o r   t h e   p r e s e n c e   o f   a   m ai n   t r e n d   a n d ,   i f   t h e r e   i s   o n e ,   t o   i s o l a t e   it ,   i d e n t i f y   t h e   t r e n d   a n d   i t s   d i r e c t i o n .   R e g a r d i n g   s h o r t - t e r m   f o r e c a s t i n g   m e t h o d s   m i g h t   b e   u s e d   as   s h o w n   i n   T a b l e   1 .       T ab le  1 .   Sh o r t - ter m   f o r ec asti n g   m eth o d s   an aly s is   M e t h o d   D e scri p t i o n   a n d   Li m i t a t i o n s   M a t h   Le a s t   s q u a r e s  met h o d   ( LS)   B y   mi n i mi z i n g   t h e   su m   o f   sq u a r e s  o f   t h e   d i f f e r e n c e s  b e t w e e n   a c t u a l   a n d   a n t i c i p a t e d   v a l u e s,  i t   i s  u se d   t o   e st i ma t e   t h e   p a r a met e r s   o f   mat h e m a t i c a l   mo d e l s   [ 2 7 ] .   I t   d e scr i b e s  t i m e   seri e s  c h a n g e s  u si n g   S l o p e   a n d   S h i f t .   T h i s   a f f e c t s   s u m   o f   sq u a r e s  m i n i m i z a t i o n   i n   r e a d i n g s  d e v i a t i o n s .   T ren d   m o d e l   i s   r i g i d l y   f i x e d .   F i n a l   f o re c a s t   c o n si d e rs   a n   i n f l u e n c e   o f   t h e   l a t e s t   v a l u e s.   H i g h   s e n s i t i v i t y   t o   d e t e c t i n g   u n u s u a l   d a t a   p o i n t s .     S lo p e   =   (   ×   )   −     (   ×   ) 2 −   2    ( 1 )   sh i f t   =  −   s l o p e     ×        ( 2 )   (E a   –   a c t u a l   c o n s u m p t i o n   v a l u e ,   n   –   n u m b e r  o f   t i m e   se ri e s ,   t  –   t i m e   o f   o b s e rv a t i o n   p e r i o d )      .      (  ) =  × + ℎ     ( 3 )   M o v i n g   a v e r a g e s  met h o d   I t   c a l c u l a t e s  s e r i e s  a v e r a g e   b y   t a k i n g   t h e   a v e r a g e   o f   a   c e r t a i n   i n i t i a l   v a l u e s .   Th i s  c r e a t e s   a n   i m p r e ssi o n   t h a t   t h e   a v e r a g e   i s   “ sl i d i n g ”   a l o n g   t h e   s e r i e s ,   d i sc a r d i n g   o n e   l e v e l   a n d   a d d i n g   t h e   n e x t   e a c h   t i me  [ 2 8 ] .   F l u c t u a t i o n s   a r e   r e p l a c e d   b y   t h e   a r i t h m e t i c   m e a n   i n   se l e c t e d   t i m e   ser i e s.   C o n s u m p t i o n   v a l u e s   ( t i m e   ser i e s)   a r e   h e t e r o g e n e o u s .   I d e n t i f i c a t i o n   o f   l a r g e   n u m b e r   o f   m o d e l   p a r a m e t e rs  i s r e s o u r c e   i n t e n si v e .       PC   =      − 1   ×   1   × ( − − 1 )    ( 4 )     (E av   –   a v e ra g e   c o n s u m p t i o n   e x c e p t   t h e   l a st   v a l u e ,   E n   –   l a st   v a l u e ,   n   –   n u m b e r  o f   t i m e   ser i e s)     Ex p o n e n t i a l   smo o t h i n g   ( ES)   I t   i s  u se d   t o   f o r e c a s t   f u t u r e   v a l u e s  b a s e d   o n   p a s t   o b serv a t i o n s ,   u sef u l   f o r   d a t a   w i t h o u t   si g n i f i c a n t   se a s o n a l   f l u c t u a t i o n s.  T h e   l a r g e r   t i m e   ser i e s   i n t e r v a l   w i d t h ,   t h e   s mo o t h e r   a   t r e n d   w i l l   b e   [ 2 9 ] .   T ren d   m o d e l   w a s  f o rm e d   e n d   o f   t h e   c h o se n   p e r i o d   a n d   d o e s  n o t   e x t r a p o l a t e   c u rre n t   d e p e n d e n c i e s  i n t o   l o n g   f u t u r e .   Pr o v i d e s  a   m u c h   t i g h t e r  v a l u e   f o r   c l o s e   o u t p u t s   t h a n   f o r   l o n g - t e rm   e x t reme .     + 1 =  +   ( −  )    ( 5 )     (E av e r   –   a v e r a g e   c o n su m p t i o n ,   E n   –   l a s t   v a l u e   b e f o re   f o r e c a st i n g ,   α  -   sm o o t h i n g   p a r a m e t e r)   I f   α →  1 ,   t h e n   t h e   i n f l u e n c e   o f   p a st   v a l u e s  i s   r e d u c e d ,   o n l y   t h e   l a st   v a l u e   i s  c o n s i d e r e d   f o r   t h e   f o r e c a s t .         C o n s i d e r i n g   l i m i t a ti o n s   i n   T a b l e   1 ,   i t   i s   c l ea r   t h at   t h es e  r e s ea r c h   o b j e c t i v es   s h o u l d   n o t  b e   co v e r e d   b y   s h o r t - t i m e   f o r e ca s ti n g   o n l y   b u t   a   c o m p l e x   o f   s u i t a b l e   m e t h o d s   t o   o v e r c o m e   al l   p o s s i b le   r es t r i ct i o n s   a n d   t u n e  f o r e c a s t i n g   r e s u lt s   a c c o r d i n g   t o   n e e d e d   t i m e   p e r i o d   w h e t h e r   its   l o n g -   o r   s h o r t - t i m e .   I t   m e a n s   t h a t   f o r   t h i s   s t u d y   a  h y b r i d   p r e d i c t i o n   s h o u l d   b e   c o n s i d e r e d ,   s o   t h at   f o l l o w i n g   m a c h i n e   l e a r n i n g   ( M L )   m e th o d s   a r e   p r o p o s e d :  g r a d i e n t   b o o s t i n g   r e g r e s s o r   ( XG B o o s t i n g ) ,   r a n d o m   f o r e s t   ( R F) ,   a n d   l o n g   s h o r t - t e r m   m e m o r y   ( L S T M ) .     XGBo o s t   is   a  p o wer f u l  an d   ef f ec tiv e  m ac h in e  lea r n in g   m eth o d   f o r   r eg r ess io n   an d   clas s if icatio n   task s   [ 3 0 ] .   T h e   b asis   f o r   it  is   i n   th e   id ea   o f   g r a d ien t  b o o s tin g ,   wh ich   ag g r eg ates  s ev er al   w ea k   m o d els  ( u s u ally   d ec is io n   tr ee s )   in to   o n e  p o wer f u l  p r ed ictio n   m o d el.   I n   th e  co n tex t  o f   e n er g y   co n s u m p tio n   f o r ec asti n g ,   XGBo o s t  allo ws  to   ex p lo r e  i n tr icate   n o n lin ea r   d ep en d en cies  an d   in ter ac tio n s   am o n g   n u m e r o u s   elem en ts   th at   ef f ec t  en er g y   c o n s u m p tio n ,   th er eb y   e n h an ci n g   th e  ac cu r ac y   o f   p r ed ictio n s .   M u ltip le  d ec is io n   tr ee s   ar e   u s ed   in   RF ,   a  m ac h in e  lear n in g   tech n iq u e,   to   im p r o v e  p r ed ictio n   ac cu r ac y   an d   d e p en d a b ilit y   [ 3 1 ] .   T h is   tech n iq u e   allo ws  f o r   th e  ass ess m en t  o f   t h e  s ig n if ican ce   o f   ea c h   f ea tu r e,   h elp in g   to   in te r p r et  th e   m o d el  an d   i d en tify   k ey   f ac to r s   in f lu e n cin g   en er g y   c o n s u m p tio n .   R F  is   well - s u ited   f o r   h a n d lin g   lar g e   am o u n t s   o f   d ata   an d   ca n   ef f ec tiv ely   p r o ce s s   h i g h - d im e n s io n al  d atasets .   T h e   ty p e   o f   r ec u r r en t   n e u r al  n etwo r k   ( R NN)   to   p r o ce s s   tim e   s er ies  an d   to   ac co u n t  f o r   lo n g - ter m   d ep en d en cies  is   ca lled   an   L STM   [ 3 2 ] .   T h is   m eth o d   ca n   ad ap t  to   ch an g es   in   d ata  an d   d y n am ically   u p d at e  its   p r ed ictio n s   b ased   o n   n ew   d ata.   B ef o r e  th e  d ata  is   u tili ze d   to   tr ain   an d   test   th e  m o d els,  it  will  b e  p r ep ar ed   an d   e x am in e d .   C ase  s tu d y   wa s   co n d u cted   u s in g   J u p iter   p r o g r am m in g   to o l   an d   co m m o n   lib r ar ies to   an aly ze   s elec ted   ML   alg o r ith m s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   3 0 5 4 - 3 0 6 3   3058   4.   CASE   S T UD Y   4 . 1 .     Da t a   prepro ce s s ing   T h e  d ataset  co n s is ts   o f   in f o r m atio n   co llected   o v er   a  p e r io d   o f   3   y ea r s   f r o m   I o T   s e n s o r s   th at   wer e   in s talled   in   th e   b u ild i n g   o f   C o r n ell  Un iv er s ity   [ 3 3 ] .   E v er y   s en s o r   n o d e  is   s et  u p   to   r ec o r d   a n d   o p er ate   ev er y   2 4   h o u r s   o n   a v er ag e  a s   well  a s   en er g y   d ata  was  r ec o r d ed   to o .   T h e  ap p lian ce s   en er g y   co n s u m p tio n   ( MW)  is   to   b e  m ea s u r e d ,   th e n   it  was  ch o s en   as  th e  tar g et  v ar iab le.   Data   p r ep r o ce s s in g   is   n ec ess ar y   to   id en tify   tr en d s   an d   f ea tu r es  in   elec tr ical  p o wer   co n s u m p tio n   s tatis ti cs.  Du e  to   th e  in co n s is ten t   v alu e  s ca les  b etwe en   f ea tu r es  an d   m is s in g   d ata,   p r ep r o ce s s in g   is   tim e - co n s u m in g   is s u e  f o r   s tan d ar d izatio n   an d   im p u tatio n .   I t  is   ev id en t  th at   th e   d ata   m u s t  b e   s p lit  in to   two   s ets:   tr ain in g   a n d   test   s am p les.  Ob ject   s elec tio n   f o r   ea ch   s am p le  was  p er f o r m ed   u s in g   th e  Gri d S ea r ch C V   m eth o d .   Sev er al  k ey   d ata  p r e p ar atio n   s tr ateg ie s   wer e  em p lo y ed   to   en h an ce   f o r ec asti n g   ef f icien c y .   On e  s u ch   s tr ateg y   is   f ea tu r in g   en g in ee r in g ,   aim in g   to   e x p lo r e  n o t  o n ly   th e   r elatio n s h ip s   b etwe en   f ea t u r e s   b u t  also   h o w   th ese  f ea tu r es   r elate   to   th e   tar g et  v ar iab le.   Featu r e  en g in ee r in g   in v o lv ed   ex tr ac tin g   n ew  f ea tu r es  f r o m   ex is tin g   d ata.   C o r r elatio n   a n aly s is   was  co n d u cted   to   estab lis h   r elatio n s h ip s   b etwe en   v ar i o u s   v ar iab les.   A d d i t i o n a l l y ,   v al u e s   r el a t e d   t o   t i m e   p a r a m e te r s   ( h o u r ,   d a y ,   m o n t h ,   y e a r )   w e r e   c o n s o li d a t e d   i n t o   a   s i n g le  f o r m a t ,   a s   u n i q u e   t i m e  s e r i e s   o v e r   s e v e r a l  y e a r s   a r e   r e q u i r ed   f o r   f o r e c a s ti n g .   T o   e n s u r e  th e   d a t a   is   r ea d y   f o r   m o d e l i n g ,   w e   c h e c k e d   f o r   m i s s i n g   o r   e m p t y   v a l u e s ,   d u p l i c a t e s ,   a n d   a d d r e s s e d   o u t l i e r s   u s i n g   o t h e r   s t a ti s ti c a l  m e t h o d s .   T h i s   p r o c e s s   a i d s   in   p r o v i d i n g   m o r e   r e l e v a n t   a n d   v a l u a b l e   i n f o r m a t i o n .   I d e n t i f y i n g   c o r r e l a t i o n   b e t w e e n   v a r i a b l es   i s   b e n e f i c ia l  f o r   v a r i o u s   p u r p o s e s ,   i n c l u d i n g   d e t e c t i n g   a n d   s u b s e q u e n t l y   r e m o v i n g   i r r e l e v a n t   v a r i a b l e s ,   as   w el l   as   u n c o v e r i n g   u n i q u e   c o r r e l a t i o n s   t h a t   m i g h t   n o t   b e   e v i d e n t   d u r i n g   d i r e c t   f o r e c a s t i n g .   I n   s o m e  c a s es ,   c e r t a i n   at t r i b u t es   c a n   b e   m o d i f i e d   a n d   n o r m a li z e d   wi t h i n   a  s p e ci f i c   r a n g e  t o   r e d u c e   d a t a  i m b a l a n c e .   F i g u r e   2   i l l u s t r at e s   t h e   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   d y n a m i c s   o f   a   b u il d i n g   o v e r   a   p e r i o d   o f   o n e   y e a r .             Fig u r e  2 .   E n er g y   co n s u m p tio n   f o r   1 - y ea r   p er io d       4 . 2 .     P re dict iv e   m o del dev elo pm ent     As  was  m en tio n ed   b ef o r e,   th e   p r o p o s ed   m o d el  co n s is ts   o f   t h r ee   ML   alg o r ith m s   to   an al y z e  p atter n s   o f   h y b r id   f o r ec asti n g .   C o n s id er in g   tim e  s er ies  d ata  with   d if f er en t  len g t h s ,   L STM   wo r k s   ap p r o p r iately .   I t  is   h elp f u l  f o r   p r ed ictin g   en er g y   u s e  b ec au s e  it  ca n   h an d le  v ar iab le - len g th   s eq u en ce s ,   r ec all  p r io r   d ata,   an d   ca p tu r e  lo n g - ter m   ass o ciatio n s .   T h r ee   lay er s   m ak e  u p   th e  L STM   m o d el  s tr u ctu r e:  in p u t ,   u n it,  an d   o u tp u t.   L o n g   s eq u en ce s   o f   d ata  m ay   b e  ef f ec tiv el y   co llected   an d   s en t  u s in g   L STM .   A  m ac h in e  lear n in g   tec h n iq u e   ca lled   r an d o m   f o r est  r eg r ess o r   co m b in es  m a n y   d ec is io n   tr e es  to   p r o v i d e  a  p r ed ictio n   m o d el  f o r   r eg r ess io n   p r o b lem s .   A  p o r tio n   o f   th e   tr a in in g   d ata  an d   f ea tu r es  is   ch o s en   at  r an d o m   t o   b u ild   ea c h   tr e e.   T h e   f in al   o u tp u t   is   p r o d u ce d   d u r in g   p r ed ictio n   b y   th e  r eg r ess o r   co m b in i n g   p r ed ictio n s   f r o m   ea c h   tr ee   as  s h o wn   in   Fig u r e  3 .   T h is   m eth o d   is   wid ely   o p er ate d   f o r   p atter n   r ec o g n itio n   a n d   p r ed ictio n   as  it   ca n   a n aly ze   c o m p licated   b e h av io r .   Failu r es  at  ev er y   lev el  ar e  g i v en   p r io r ity   in   g r ad ien t  b o o s tin g   ap p r o ac h .   T h is   alg o r ith m   lo wer s   p r ed ictio n   er r o r   a n d   im p r o v es  p r e d ictio n   p er f o r m a n ce   b y   m atch i n g   wea k   tr ain in g   s ets  to   th e  lo s s   f u n ctio n .   Gr ad ien t   b o o s tin g   was  u s ed   d u e   to   its   s tr o n g   p r e d ictiv e  p e r f o r m an ce ,   ca p ac ity   to   r ec o g n ize  in tr icat e  d ata  r elatio n s h ip s   an d   n o n lin ea r   m o d els,  an d   ad a p tab ilit y   f ea tu r es.   Ti me   p e r i o d   To t a l   c o n s u m p t i o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n erg y  co n s u mp tio n   p r ed icti o n   meth o d s   in   a   cy b er - p h ysica l sys tem   …   ( K en z h eg a li N u r g a liyev )   3059       Fig u r e  3 .   R an d o m   f o r est r eg r e s s o r   alg o r ith m       4 . 3 .    E v a lua t io n   T o   av o id   o v e r f itti n g ,   a  s tr aig h tf o r war d   d ata  p ar titi o n i n g   tech n iq u e  was  u s ed   th r o u g h o u t  t wo   s ets  o f   d ata.   As  was  m en tio n ed   ab o v e,   th e  d ataset  was  d iv id ed   in to   tr ain in g   ( 2 0 %  o f   g i v en   d ata )   an d   test in g   ( 8 0 %  o f   d ata)   s ets.  ML   alg o r ith m s   a n d   p r e d ictio n   m o d els  f o r   co n s u m p tio n   r ec o r d in g s   wer e  tr ai n ed   o n   t r ain in g   s et.   T h e  ef f ec tiv en ess   o f   s elec ted   m o d els wa s   ass es s ed   u s in g   a  test in g   s et  as sh o wn   in   Fig u r e  4 .           Fig u r e  4 .   Pre d ictio n   m o d el  with   u s ed   d ata  m o d ellin g       T h e  ac cu r ac y   an d   e f f icien cy   o f   p r ed ictio n   m o d els  p r o d u ce d   b y   ML   alg o r ith m s   wer e  ev alu ated   u s in g   m etr ics  s u ch   as  m ea n   ab s o lu t e  p er ce n tag e  er r o r   ( MA PE ) .   W h en   co n tr asti n g   th e  r an g e  o f   ac tu al  v alu es  o r   v ar io u s   tim e  s er ies  with   th e  p r o jecte d   ac cu r ac y   o f   a   m o d el,   MA PE  ca n   b e  c o n s id er ed   as  h elp f u l  to o l  d u e  to   f ac t  th at  MA PE  is   ab le  to   s ca le  th e  er r o r   m ea s u r e  to   th e  ac tu al  v alu e.   T h e  ac c u r ac y   in c r ea s es  as  th e  MA PE   d ec r ea s es  [ 3 4 ] .   T h is   is   a  wid ely   u s ed   tech n i q u e  f o r   ca lcu l atin g   p r e d ictio n   er r o r s ,   wh ich   is   ea s ier   to   g r asp   b ec au s e  o f   its   s ca led   u n its .   Fo r   ev er y   tim e   p er i o d ,   it  co m p u t es  th e  av e r ag e  a b s o lu te  p er ce n t  er r o r ,   m in u s   r ea l  v alu es,  d iv id ed   b y   ac t u al  v al u es.  T h e  q u ality   m etr ics  wer e   o b tain ed   b y   MA PE,   s h o win g   th e  lev el  o f   er r o r s   m ad e  b y   th e  alg o r ith m   in   p er c en tag e:     M A PE =  1         ×    ( −      × 100% )       ( 6 )     T h er e  ar e  2   s ce n ar io s   o f   a n aly tics :  ( 1 )   en er g y   in d ex   d u r in g   g iv en   p e r io d   ( ac tu al  v alu es),   ( 2 )   en er g y   co n s u m p tio n   af ter   o p tim izatio n   ( p r e d icted   v alu es)       5.   DIS CU SS I O N   T ab le  2   in d icate s   th at  lo wer   MA PE  v alu es  s u g g est  a  b etter   m o d el  f it  s in ce   th ey   i d en tify   th e   d if f er en ce   b etwe en   an ticip ate d   an d   ac tu al   d ata.   As  it  f o llo ws  f r o m   T ab le   2 ,   in   t h e  ca s e  o f   m o d el   o n   ac tu al   p o wer   co n s u m p tio n   d ata,   th e  least  v alu e  was   s h o wn   b y   th e  m o d el  b ased   o n   th e  ex tr em e   g r ad ien t  b o o s tin g   r eg r ess io n   alg o r ith m   ( XGBo o s t)   -   th e   er r o r   was  3 6 . 3 %  wh i ch   is   less   th an   o th e r   m o d els.  T h e  GB R   ap p r o ac h   p er f o r m ed   e x ce p tio n ally   well  in   ev er y   b u il d in g .   No n eth eles s ,   th er e  wer e  d if f er e n ce s   in   p e r f o r m a n ce   b etwe en   b u ild in g s   wh en   c o m p a r in g   L STM   with   r a n d o m   f o r est  tech n i q u e.   Fu r th er m o r e,   L STM   p r o d u ce d   less   m is tak es   th an   R an d o m   Fo r est,  wh ich   s h o wed   a  s ig n if ican t d if f er e n ce .   T h is   d is co v er y   im p lies   th at  L STM   o u tp er f o r m ed   R F  in   ter m s   o f   m is tak es  an d   g en er ated   f ewe r   er r o r s   o v er all.   Af ter   th is   an aly s is ,   it   was  ev id en t  th at  XGBo o s tin g   ap p r o ac h   wo r k e d   th e  b est in   all  b u ild in g s .   I t  is   ev id en t   f r o m   th e   d ata   p r o v id ed   in   T a b le  3   th at   r an d o m   f o r est  ap p r o ac h ,   wh ich   ex h ib its   h ig h   ac cu r ac y ,   is   th e   o n e   th at  co m e s   th e  clo s est  to   th e  ac tu al  test i n g   r esu lts .   R eg ar d in g   th e   p r ec is io n   o f   ca lcu latin g   av er ag e   co n s u m p tio n ,   XGBo o s tin g   alg o r ith m   c o m es  in   b o tto m ,   f o llo wed   b y   L STM   t ec h n iq u e   in   s ec o n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   3 0 5 4 - 3 0 6 3   3060   p lace .   No n et h eless ,   th er e  is   a   cr u cial  p er f o r m a n ce   d is p ar ity   b etwe en   L STM   a n d   XGBo o s t in g ,   in d icatin g   t h at  b o th   m et h o d s   ar e   n o t  a p p r o p r iate  f o r   th e  s am e  t y p es  o f   d ata.   Alth o u g h   L STM   is   h elp f u l  f o r   h a n d lin g   n o n lin ea r ,   tim e - d ep e n d en t  d at a  b ec au s e  o f   its   r ec u r r in g   n atu r e,   XGBo o s tin g   p er f o r m s   well  in   all  s ce n ar io s .       T ab le  2 .   Pre d ictio n   p er f o r m a n ce     Te st i n g   s e t   M e t h o d   M A P E  ( %)   B u i l d i n g   1   RF   7 6 . 9   LSTM   5 6 . 0   X G B o o st i n g   4 0 . 2   B u i l d i n g   2   RF   3 8 . 4   LSTM   4 8 . 1   X G B o o st i n g   5 2 . 5   B u i l d i n g   3   RF   5 6 . 5   LSTM   6 4 . 8   X G B o o st i n g   3 6 . 3       T ab le  3 .   Pre d ictio n   p er f o r m a n ce   u s in g   th r ee   p r esen ted   ML   m eth o d s   S c e n a r i o   1   A c t u a l   me t r i c s   S c e n a r i o   2   RF   S c e n a r i o   2   LSTM   S c e n a r i o   2   X G B o o o s t   5 6 0 2   5 6 2 6   5 6 3 7   5 5 2 7   6 8 4 2   6 8 9 3   6 8 8 4   6 4 1 7   6 1 7 3   6 1 7 8   6 3 6 6   6 3 5 4   5 7 8 9   5 7 3 0   5 5 9 6   6 3 5 5       C o m p ar in g   to   o th er   ar ticles,  s cien tis t s   an d   r esear ch er s   a r e   in cr ea s in g ly   u s ed   h y b r id   m o d els  th at  co m b in e  m o r e  th an   two   m eth o d o lo g ies.  T h e  s tu d ies  p r esen te d   in   T ab le  4   d escr ib e  v ar i o u s   ap p r o ac h es  u s ed   to   p r ed ict  p o wer   c o n s u m p tio n   i n   co m p ar is o n   t o   th e   p r o p o s e d   m o d el.   C h o u   an d   T r a n   [ 3 5 ]   u s ed   DE - L STM   alg o r ith m   t o   p r ed ict  elec tr icit y   p r ice   th r o u g h   ac cu r ac y   esti m atio n   in   m ar k et   o f   Ger m an y ,   Fra n ce   an d   Au s tr ia.   I n   co m p ar is o n   with   th e  p r o p o s ed   m o d el,   it  ac h iev es  b etter   f o r ec asti n g   p er f o r m a n ce   in   m o s t  ca s es.  Ma s s id d a   an d   Ma r r o cu   [ 3 6 ]   a u th o r s   ad d r ess ed   th e  h o u s eh o l d   en er g y   l o ad   f o r ec asti n g   u s in g   h y b r i d   m o d els  o f   R F  ( lo n g - ter m )   an d   lin ea r   r e g r ess io n   ( L R )   f o r   s h o r t - ter m   p r e d ictio n s .   T h e  d ataset  co n tain ed   m ea s u r em en ts   tak en   f r o m   a  h o u s e  n ea r   Par is   f r o m   2 0 0 6   t o   2 0 1 0 .       T ab le  4 .   C o m p a r ativ e  an aly s is     M e t h o d   F o r e c a st   p e r i o d   M A P E  ( %)   P r o p o se d   m o d e l   M i n   1   m o n t h   3 6 . 3   –   7 6 . 9   H y b r i d   ( D i f f e r e n t i a l   e v o l u t i o n   ( D E)   +   LST M )   [ 3 5 ]   M i n   1   m o n t h   2 1 . 8   -   3 5 . 2   H y b r i d   ( R F   +   L i n e a r   r e g r e ss i o n )   [ 3 6 ]   M i n   1   m o n t h   1 1 . 4   –   5 1 . 0       B y   tak in g   in to   co n s id er atio n   p r o p o s ed   in ter p r etatio n   o f   MA PE  [ 3 7 ]   as  was   g iv en   in   T ab le  5 ,   it  i s   p o s s ib le  to   s tate  th at  p r o p o s ed   m o d el  h as  r ea s o n ab le  ac c u r ac y   in   c o m p ar is o n   to   m en ti o n ed   a b o v e  r elate d   ar ticles.  Ho wev er ,   ex o g en o u s   f ac to r s - s u ch   as  m eteo r o lo g ical,   s o cial,   an d   ec o n o m ic  f ac to r s - th at  h av e  a   n o n lin ea r   im p ac t  o n   elec tr icit y   d em a n d s   h a v e  n o t  b ee n   ex a m in ed   in   th e  c o m p ar e d   ar ticle s   an d   th e   p r o p o s ed   m o d el.   As  a  r esu lt,   it  is   e v id en t  th at   th e  f o r ec ast  e r r o r   m a y   v a r y   if   th e   s tu d y ' s   ass u m p tio n s   ab o u t  wea th er   f ac to r s   ar e  n o t  m et.   On   th e  o n e  h an d ,   MA PE  s h o u ld   lik ely   d r o p   wh en   em p lo y in g   m o r e  p r ec is e  clim ate  d ata,   s u ch   as  m an y   s ettlem en ts   w ith   v ar y in g   clim ate  co n d itio n s .   T h er ef o r e,   g r ea ter   s tu d y   in to   m o r e   s p ec if ic  clim atic  p ar am eter s   an d   th eir   ef f ec ts   o n   th e  d esire d   o u tc o m e   is   o n e  o f   th e  p o te n tial to p ics.   Sin ce   en er g y   co n s u m p tio n   f o r ec asti n g   is   b ased   o n   h is to r ical  d ata  an d   k n o w n   r elatio n s h ip s   b etwe en   v ar iab les,  f r esh   p r o jectio n s   m ay   b e  co n s id er ed   if   a  s ig n if ic an t  m is m atch   er r o r   is   f o u n d   at  th e  tim e  o f   th e  in cid en ts .   I n   th is   in s tan ce ,   th e  in ac cu r ac y   will  h ap p e n   r i g h t  awa y ,   an d   it  is   f ea s ib le  to   in v esti g ate  h o w   th e   ad d itio n al  c o m p o n en t  a f f ec ts   th e  elec tr icity   c o n s u m p tio n   p r o jectio n .   On e  o f   t h e  d i f f ic u lties   in   p r e d ictin g   en er g y   c o n s u m p tio n   is   th e  ab s en ce   o f   g en e r ic  m o d els  ap p r o p r iate  f o r   d if f e r en t  to p ic  ar e as  an d   f o r ec ast  lead   d u r atio n s ;  th e r ef o r e ,   th e   s ea r c h   f o r   u n iv er s al  m et h o d s   t o   f o r ec ast  m o d el  g en er atio n   is   a   p o s s ib le  ar ea   o f   s tu d y .   T h er ef o r e,   th e  r esu lts   o f   th is   s tu d y ,   esp ec ially   th e  in p u t  p r ed icto r   f ac to r   s tr u ctu r e ,   m ig h t   b e  u s ed   in   s im ilar   r esear ch .   Usi n g   n e u r al  n etwo r k s   an d   g r ad ien t  b o o s tin g   m o d els  to   p r ed ict  p o wer   co n s u m p tio n   is   o n e  o f   th e   s tu d y ' s   r ec o m m en d atio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n erg y  co n s u mp tio n   p r ed icti o n   meth o d s   in   a   cy b er - p h ysica l sys tem   …   ( K en z h eg a li N u r g a liyev )   3061   T ab le  5 .   MA PE  v alu es in ter p r etatio n   M A P E  ( %)   F o r e c a st   l e v e l   M o r e   t h a n   5 1 %   I n a c c u r a t e   2 1 %  t o   5 0 %   R e a s o n a b l e   1 1 %  t o   2 0 %   G o o d   Le ss  t h a n   1 0 %   H i g h l y   a c c u r a t e       6.   CO NCLU SI O N    T o   s tu d y   th e  p r ed ictio n   o f   p o wer   co n s u m p tio n   o f   C PS ,   we  ap p lied   lo n g - ter m   f o r ec asti n g   an d   u s ed   th r ee   ML   m eth o d s :  XGBo o s tin g ,   R F  an d   L STM .   XGBo o s tin g   an d   R F  ar e  b ased   o n   e n s em b le  lear n in g   an d   g en er ates a   m o r e  ac cu r ate  f o r e ca s t b y   co m b in i n g   th e  o u tp u t  o f   m an y   wea k   m o d els.  XGBo o s tin g   u s es g r ad ien t   b o o s tin g   to   s u cc ess iv ely   im p r o v e  m o d els,  m i n im izin g   th e   er r o r   o f   ea ch   s u b s eq u en t   tr e e.   R F,  o n   th e   o th e r   h an d ,   b u ild s   m an y   d ec is io n   tr ee s   in   p ar allel  an d   av er ag e s   th eir   p r ed ictio n s   to   im p r o v e  r o b u s tn ess   an d   ac cu r ac y .   L STM   is   m ad e  e s p ec ially   to   h an d le  d ata  s e q u en ce s   an d   tak e  lo n g - ter m   d ep en d e n cies  in to   co n s id er atio n .   T h is   m a k es  L STM   esp ec ially   u s ef u l   f o r   tim e   s er ies  f o r ec asti n g ,   wh er e   it  i s   im p o r tan t   to   tak e   h is to r ical  d ata  in to   ac co u n t.  E ac h   o f   th ese  m eth o d s   was  test ed   o n   r ea l  p o wer   co n s u m p tio n   d ata,   allo win g   u s   to   ev alu ate   th eir   e f f ec tiv en ess   an d   ac c u r ac y   in   r ea l   cy b e r - p h y s ical  s y s tem s .   Ou r   r esear ch   r esu lts   s h o w  th at  th e  co m b in ed   u s e  o f   th ese  m eth o d s   ca n   s ig n if ican tly   en h a n c e  f o r ec asti n g   ac c u r ac y   a n d   c o n tr ib u te  t o   en er g y   co n s u m p tio n   o p tim izatio n   in   th e  C FS .   T h e  s tu d y ' s   f in d in g s   d em o n s tr ated   th at  XGBo o s tin g   co n tin u o u s ly   p r o d u ce s   th e  g r ea test   o u tco m e s .   L STM   is   s u itab le  f o r   task s   l ik e  tim e  s er ies  f o r ec asti n g   b ec au s e  it  was  cr ea ted   esp ec ially   f o r   p r o ce s s in g   s eq u en tial  d ata.   A  co m p ar is o n   was  d o n e  b ased   o n   th e  ev alu atio n   o f   th es e   ap p r o ac h es'   p r ed ictin g   ab ilit y .   T h e  co n d u cted   s tu d y   is   r elev an t  b o th   f o r   th e  s cien tific   co m m u n ity   as  a  to p ic   f o r   r esear c h in g   f o r ec asti n g   m eth o d s ,   an d   f o r   en te r p r is es  in   ter m s   o f   th e   ec o n o m ic  b e n ef it s   o f   im p lem e n tin g   en er g y - s av in g   s y s tem s .   E v en   th o u g h   e n er g y   co n s u m p tio n   c an   b e  co n s id er ed   as  o n e  o f   m ajo r   is s u es  f o r   th e  I o T   s ec to r ,   f o r ec asti n g   elec tr i city   d em an d   f o r   ea c h   in d iv id u al  ar ea   in   th e  s m ar t   en v ir o n m en t  is   q u ite  s p ec if ic,   r eq u ir in g   tak in g   in to   ac co u n t  m an y   f ac to r s   an d   th ei r   in tellig en t a n aly s is .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Ken zh eg ali  Nu r g aliy e v   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓     ✓     Ak y lb ek   T o k h m et o v   ✓   ✓                 ✓     ✓         C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h e  au th o r s   co n f ir m   th at  th e   d ata  s u p p o r tin g   th e  f in d in g s   o f   th is   s tu d y   ar e  av ailab le  with in   th e   ar ticle.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   K .   N u r g a l i y e v ,   A .   To k h me t o v ,   a n d   L .   Ta n c h e n k o ,   “ A n   e v a l u a t i o n   me t h o d   o f   a n   e n e r g y   c o n su m p t i o n   a s  a n   o p e r a t i o n   p a r a met e r   i n   a   c y b e r - p h y si c a l   sy s t e m , ”   S c i e n t i f i c   J o u r n a l   o f   As t a n a   I T   U n i v e rs i t y ,   p p .   3 0 – 4 0 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 7 9 4 3 / 1 8 x c my 8 2 0 0 .   [ 2 ]   S .   H .   A l m u h a i n i   a n d   N .   S u l t a n a ,   “ F o r e c a s t i n g   l o n g - t e r m   e l e c t r i c i t y   c o n s u m p t i o n   i n   S a u d i   A r a b i a   b a se d   o n   st a t i st i c a l   a n d   ma c h i n e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   3 0 5 4 - 3 0 6 3   3062   l e a r n i n g   a l g o r i t h ms  t o   e n h a n c e   e l e c t r i c   p o w e r   su p p l y   m a n a g e me n t , ”   En e rg i e s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   4 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 6 0 4 2 0 3 5 .   [ 3 ]   K .   P o c z e t a   a n d   E.   I .   P a p a g e o r g i o u ,   “ En e r g y   u s e   f o r e c a s t i n g   w i t h   t h e   u se  o f   a   n e s t e d   st r u c t u r e   b a se d   o n   f u z z y   c o g n i t i v e   ma p s  a n d   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k s, ”   E n e r g i e s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   2 0 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 5 2 0 7 5 4 2 .   [ 4 ]   H .   A .   S a y e d ,   A .   W i l l i a m,  a n d   A .   M .   S a i d ,   “ S m a r t   e l e c t r i c i t y   m e t e r   l o a d   p r e d i c t i o n   i n   d u b a i   u si n g   M L R ,   A N N ,   R F ,   a n d   A R I M A , ”   El e c t r o n i c s   ( S w i t zer l a n d ) ,   v o l .   1 2 ,   n o .   2 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e l e c t r o n i c s1 2 0 2 0 3 8 9 .   [ 5 ]   L.   P a n ,   S .   W a n g ,   J.  W a n g ,   M .   X i a o ,   a n d   Z .   Ta n ,   “ R e se a r c h   o n   c e n t r a l   a i r   c o n d i t i o n i n g   s y st e ms a n d   a n   i n t e l l i g e n t   p r e d i c t i o n   mo d e l   o f   b u i l d i n g   e n e r g y   l o a d , ”   E n e r g i e s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   2 4 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 5 2 4 9 2 9 5 .   [ 6 ]   X .   H u   e t   a l . ,  “ Lo a d   f o r e c a s t i n g   m o d e l   c o n si s t i n g   o f   d a t a   m i n i n g   b a se d   o r t h o g o n a l   g r e e d y   a l g o r i t h m  a n d   l o n g   s h o r t - t e r m  me mo r y   n e t w o r k , ”   E n e r g y   Re p o r t s ,   v o l .   8 ,   p p .   2 3 5 – 2 4 2 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e g y r . 2 0 2 2 . 0 2 . 1 1 0 .   [ 7 ]   R .   C h a g a n t i   e t   a l . ,  “ B u i l d i n g   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   l o a d   p r e d i c t i o n   u si n g   e n s e mb l e   m a c h i n e   l e a r n i n g   m o d e l , ”   S e n so rs ,   v o l .   2 2 ,     n o .   1 9 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 2 1 9 7 6 9 2 .   [ 8 ]   T.   H o n g   a n d   S .   F a n ,   “ P r o b a b i l i st i c   e l e c t r i c   l o a d   f o r e c a s t i n g :   a   t u t o r i a l   r e v i e w , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   F o re c a s t i n g ,   v o l .   3 2 ,     n o .   3 ,   p p .   9 1 4 – 9 3 8 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j f o r e c a s t . 2 0 1 5 . 1 1 . 0 1 1 .   [ 9 ]   Y .   Z h a n g ,   R .   M a ,   J .   Li u ,   X .   Li u ,   O .   P e t r o s i a n ,   a n d   K .   K r i n k i n ,   “ C o mp a r i s o n   a n d   e x p l a n a t i o n   o f   f o r e c a s t i n g   a l g o r i t h ms  f o r   e n e r g y   t i m e   ser i e s, ”   Ma t h e m a t i c s ,   v o l .   9 ,   n o .   2 1 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / ma t h 9 2 1 2 7 9 4 .   [ 1 0 ]   S .   I k e d a   a n d   T.   N a g a i ,   “ A   n o v e l   o p t i mi z a t i o n   me t h o d   c o m b i n i n g   me t a h e u r i st i c s a n d   ma c h i n e   l e a r n i n g   f o r   d a i l y   o p t i ma l   o p e r a t i o n s   i n   b u i l d i n g   e n e r g y   a n d   st o r a g e   s y s t e m s, ”   A p p l i e d   E n e r g y ,   v o l .   2 8 9 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a p e n e r g y . 2 0 2 1 . 1 1 6 7 1 6 .   [ 1 1 ]   K .   A mas y a l i   a n d   N .   E l - G o h a r y ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   f o r   o c c u p a n t - b e h a v i o r - sen s i t i v e   c o o l i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   p r e d i c t i o n   i n   o f f i c e   b u i l d i n g s, ”   Re n e w a b l e   a n d   S u s t a i n a b l e   En e rg y   R e v i e w s ,   v o l .   1 4 2 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . r ser . 2 0 2 1 . 1 1 0 7 1 4 .   [ 1 2 ]   D .   F l i c k ,   C .   K e c k ,   C .   H e r r ma n n ,   a n d   S .   T h i e d e ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   b a s e d   a n a l y si s   o f   f a c t o r y   e n e r g y   l o a d   c u r v e s  w i t h   f o c u s  o n   t r a n s i t i o n   t i mes  f o r   a n o ma l y   d e t e c t i o n , ”   Pr o c e d i a   C I RP ,   v o l .   9 3 ,   p p .   4 6 1 – 4 6 6 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . p r o c i r . 2 0 2 0 . 0 4 . 0 7 3 .   [ 1 3 ]   M .   C a o   e t   a l . ,  “ S h o r t - t e r m  a n d   m e d i u m - t e r m  e l e c t r i c i t y   s a l e s  f o r e c a s t i n g   met h o d   b a se d   o n   d e e p   s p a t i o - t e mp o r a l   r e s i d u a l   n e t w o r k , ”   E n e r g i e s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   2 3 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 5 2 3 8 8 4 4 .   [ 1 4 ]   N .   D .   S e n c h i l o   a n d   D .   A .   U st i n o v ,   “ M e t h o d   f o r   d e t e r m i n i n g   t h e   o p t i m a l   c a p a c i t y   o f   e n e r g y   st o r a g e   s y st e ms  w i t h   a   l o n g - t e r m   f o r e c a st   o f   p o w e r   c o n su m p t i o n , ”   En e r g i e s ,   v o l .   1 4 ,   n o .   2 1 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 4 2 1 7 0 9 8 .   [ 1 5 ]   H .   H a b b a k ,   M .   M a h m o u d ,   K .   M e t w a l l y ,   M .   M .   F o u d a ,   a n d   M .   I .   I b r a h e m,   “ Lo a d   f o r e c a st i n g   t e c h n i q u e s  a n d   t h e i r   a p p l i c a t i o n s   i n   smar t   g r i d s, ”   E n e r g i e s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   3 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 6 0 3 1 4 8 0 .   [ 1 6 ]   H .   S z c z e p a n i u k   a n d   E.   K .   S z c z e p a n i u k ,   “ A p p l i c a t i o n s o f   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e   a l g o r i t h ms   i n   t h e   e n e r g y   s e c t o r , ”   En e r g i e s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 6 0 1 0 3 4 7 .   [ 1 7 ]   Y .   X i e ,   Y .   Y a n g ,   a n d   L.   W u ,   “ P o w e r   c o n su m p t i o n   f o r e c a st   o f   t h r e e   ma j o r   i n d u s t r i e s  i n   C h i n a   b a se d   o n   f r a c t i o n a l   g r e y   m o d e l , ”   Ax i o m s ,   v o l .   1 1 ,   n o .   8 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a x i o ms 1 1 0 8 0 4 0 7 .   [ 1 8 ]   M .   F r i k h a ,   K .   Ta o u i l ,   A .   F a k h f a k h ,   a n d   F .   D e r b e l ,   “ L i mi t a t i o n   o f   d e e p - l e a r n i n g   a l g o r i t h m  f o r   p r e d i c t i o n   o f   p o w e r   c o n su mp t i o n , ”   En g i n e e ri n g   Pr o c e e d i n g s ,   v o l .   1 8 ,   n o .   1 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n g p r o c 2 0 2 2 0 1 8 0 2 6 .   [ 1 9 ]   J.  M .   A g u i a r - P é r e z   a n d   M .   Á .   P é r e z - Ju á r e z ,   “ A n   i n s i g h t   o f   d e e p - l e a r n i n g   b a se d   d e m a n d   f o r e c a st i n g   i n   smar t   g r i d s, ”   S e n so rs ,    v o l .   2 3 ,   n o .   3 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 3 0 3 1 4 6 7 .   [ 2 0 ]   I EA ,   “ W o r l d   e n e r g y   o u t l o o k   2 0 2 2 , ”   I n t e rn a t i o n a l   E n e r g y   A g e n c y ,  2 0 2 2 .   h t t p s : / / w w w . i e a . o r g / r e p o r t s/ w o r l d - e n e r g y - o u t l o o k - 2 0 2 2   ( a c c e s se d   J u n e   2 0 ,   2 0 2 4 ) .   [ 2 1 ]   M .   A .   A h a j j a m,   D .   B .   L i c e a ,   C .   Essa y e h ,   M .   G h o g h o ,   a n d   A .   K o b b a n e ,   “ M o r e d :   a   mo r o c c a n   b u i l d i n g s’   e l e c t r i c i t y   c o n s u m p t i o n   d a t a se t , ”   E n e r g i e s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   2 4 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 3 2 4 6 7 3 7 .   [ 2 2 ]   N .   S o mu ,   G .   R .   M   R ,   a n d   K .   R a m a m r i t h a m,  “ A   h y b r i d   m o d e l   f o r   b u i l d i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   f o r e c a s t i n g   u s i n g   l o n g   s h o r t   t e r m   memo r y   n e t w o r k s, ”   A p p l i e d   E n e r g y ,   v o l .   2 6 1 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a p e n e r g y . 2 0 1 9 . 1 1 4 1 3 1 .   [ 2 3 ]   I .   W .   A .   S u r a n a t a ,   I .   N .   K .   W a r d a n a ,   N .   Jawas,   a n d   I .   K .   A .   A .   A r y a n t o ,   “ F e a t u r e   e n g i n e e r i n g   a n d   l o n g   s h o r t - t e r m  mem o r y   f o r   e n e r g y   u s e   o f   a p p l i a n c e s   p r e d i c t i o n , ”   T e l k o m n i k a   ( T e l e c o m m u n i c a t i o n   C o m p u t i n g   El e c t ro n i c s   a n d   C o n t ro l ) ,   v o l .   1 9 ,   n o .   3 ,     p p .   9 2 0 – 9 3 0 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 2 9 2 8 / TE LK O M N I K A . v 1 9 i 3 . 1 7 8 8 2 .   [ 2 4 ]   M .   K .   M .   S h a p i ,   N .   A .   R a ml i ,   a n d   L.   J.  A w a l i n ,   “ E n e r g y   c o n su mp t i o n   p r e d i c t i o n   b y   u si n g   mac h i n e   l e a r n i n g   f o r   smar t   b u i l d i n g :   C a se   st u d y   i n   M a l a y si a , ”   D e v e l o p m e n t s i n   t h e   B u i l t   E n v i ro n m e n t ,   v o l .   5 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . d i b e . 2 0 2 0 . 1 0 0 0 3 7 .   [ 2 5 ]   S .   A .   M o h a mm e d ,   O .   A .   A w a d ,   a n d   A .   M .   R a d h i ,   “ O p t i m i z a t i o n   o f   e n e r g y   c o n s u mp t i o n   a n d   t h e r ma l   c o mf o r t   f o r   i n t e l l i g e n t   b u i l d i n g   ma n a g e me n t   s y s t e m  u si n g   g e n e t i c   a l g o r i t h m , ”   I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   En g i n e e ri n g   a n d   C o m p u t e r  S c i e n c e   ( I J EEC S ) ,   v o l .   2 0 ,   n o .   3 ,   p p .   1 6 1 3 – 1 6 2 5 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s. v 2 0 . i 3 . p p 1 6 1 3 - 1 6 2 5 .   [ 2 6 ]   Y .   H e   a n d   K .   F .   Ts a n g ,   “ U n i v e r s i t i e s  p o w e r   e n e r g y   ma n a g e me n t :   a   n o v e l   h y b r i d   m o d e l   b a se d   o n   i C EE M D A N   a n d   B a y e s i a n   o p t i m i z e d   LST M , ”   E n e r g y   Re p o rt s ,   v o l .   7 ,   p p .   6 4 7 3 – 6 4 8 8 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e g y r . 2 0 2 1 . 0 9 . 1 1 5 .   [ 2 7 ]   T.   A h m a d   a n d   H .   C h e n ,   “ A   r e v i e w   o n   m a c h i n e   l e a r n i n g   f o r e c a st i n g   g r o w t h   t r e n d s  a n d   t h e i r   r e a l - t i me  a p p l i c a t i o n s  i n   d i f f e r e n t   e n e r g y   s y st e ms, ”   S u s t a i n a b l e   C i t i e s   a n d   S o c i e t y ,   v o l .   5 4 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . scs . 2 0 1 9 . 1 0 2 0 1 0 .   [ 2 8 ]   H .   A l - S h a i k h ,   M .   A .   R a h ma n ,   a n d   A .   Zu b a i r ,   “ S h o r t - t e r m  e l e c t r i c   d e ma n d   f o r e c a s t i n g   f o r   p o w e r   s y st e ms  u si n g   si m i l a r   mo n t h s   a p p r o a c h   b a se d   S A R I M A , ”   i n   2 0 1 9   I EEE  I n t e rn a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   P o w e r,  E l e c t ri c a l ,   a n d   El e c t r o n i c s  a n d   I n d u st r i a l   Ap p l i c a t i o n s,   PEEI AC O N   2 0 1 9 ,   2 0 1 9 ,   p p .   1 2 2 – 1 2 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / P EEI A C O N 4 8 8 4 0 . 2 0 1 9 . 9 0 7 1 9 3 9 .   [ 2 9 ]   M .   M .   A .   M .   M u a i n u d d i n   a n d   N .   A b u ,   “ F o r e c a st i n g   e l e c t r i c i t y   c o n s u mp t i o n   u si n g   e x p o n e n t i a l   d m o o t h i n g   met h o d s, ”   i n   Pro c e e d i n g s  o f   t h e   I n t e rn a t i o n a l   S y m p o s i u m   &   E x h i b i t i o n   o n   B u si n e ss   a n d   Ac c o u n t i n g   2 0 2 2   ( I S EB A  2 0 2 2 ) ,   2 8   S e p t e m b e r   2 0 2 2 ,   Ma l a y si a ,   2 0 2 3 ,   v o l .   1 ,   p p .   3 2 0 – 3 2 6 ,   d o i :   1 0 . 1 5 4 0 5 / e p f e . 2 3 0 8 1 . 2 8 .   [ 3 0 ]   L.   S e mm e l ma n n ,   S .   H e n n i ,   a n d   C .   W e i n h a r d t ,   “ L o a d   f o r e c a s t i n g   f o r   e n e r g y   c o mm u n i t i e s:   a   n o v e l   LS TM - X G B o o st   h y b r i d   mo d e l   b a s e d   o n   sm a r t   met e r   d a t a , ”   E n e r g y   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   5 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s4 2 1 6 2 - 022 - 0 0 2 1 2 - 9.   [ 3 1 ]   H .   R a t h o r e ,   H .   K .   M e e n a ,   a n d   P .   Ja i n ,   “ P r e d i c t i o n   o f   EV   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   u si n g   r a n d o m  f o r e s t   a n d   X G B o o s t , ”   Pro c e e d i n g s   -   2 n d   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Po w e r E l e c t r o n i c s  a n d   E n e r g y ,   I C PEE  2 0 2 3 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C P EE5 4 1 9 8 . 2 0 2 3 . 1 0 0 6 0 7 9 8 .   [ 3 2 ]   M .   H .   D .   M .   R i b e i r o ,   R .   G .   d a   S i l v a ,   G .   T.   R i b e i r o ,   V .   C .   M a r i a n i ,   a n d   L.   d o s   S .   C o e l h o ,   “ C o o p e r a t i v e   e n sem b l e   l e a r n i n g   m o d e l   i mp r o v e s  e l e c t r i c   s h o r t - t e r m l o a d   f o r e c a st i n g , ”   C h a o s,  S o l i t o n s  a n d   Fra c t a l s ,   v o l .   1 6 6 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c h a o s . 2 0 2 2 . 1 1 2 9 8 2 .   [ 3 3 ]   C o r n e l l   U n i v e r si t y   E n e r g y   M a n a g e me n t   C o n t r o l   S y s t e m (E M C S ) ,   “ R e a l   t i m e   b u i l d i n g   u t i l i t y   u se  d a t a ”   h t t p s : / / f c s. c o r n e l l . e d u / r e a l - t i m e - b u i l d i n g - u t i l i t y - u se - d a t a ,   ( a c c e ss e d   M a y   3 0 ,   2 0 2 4 ) .   [ 3 4 ]   E.   V i v a s ,   H .   A l l e n d e - C i d ,   a n d   R .   S a l a s,   “ A   s y st e ma t i c   r e v i e w   o f   st a t i st i c a l   a n d   m a c h i n e   l e a r n i n g   me t h o d s  f o r   e l e c t r i c a l   p o w e r   f o r e c a st i n g   w i t h   r e p o r t e d   m a p e   s c o r e , ”   E n t r o p y ,   v o l .   2 2 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 – 2 4 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e 2 2 1 2 1 4 1 2 .   [ 3 5 ]   J.  S .   C h o u   a n d   D .   S .   Tr a n ,   “ F o r e c a st i n g   e n e r g y   c o n su m p t i o n   t i m e   seri e s  u si n g   mac h i n e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s   b a se d   o n   u sa g e   p a t t e r n s  o f   r e s i d e n t i a l   h o u se h o l d e r s, ”   En e r g y ,   v o l .   1 6 5 ,   p p .   7 0 9 – 7 2 6 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e n e r g y . 2 0 1 8 . 0 9 . 1 4 4 .   [ 3 6 ]   L.   M a ss i d d a   a n d   M .   M a r r o c u ,   “ S m a r t   met e r   f o r e c a st i n g   f r o m  o n e   mi n u t e   t o   o n e   y e a r   h o r i z o n s , ”   E n e r g i e s ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 2 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 1 1 2 3 5 2 0 .   [ 3 7 ]   Le w i s,   I n d u st r i a l   a n d   b u si n e ss   F o re c a st i n g   Me t h o d s .   1 9 8 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n erg y  co n s u mp tio n   p r ed icti o n   meth o d s   in   a   cy b er - p h ysica l sys tem   …   ( K en z h eg a li N u r g a liyev )   3063   B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS        K e n z h e g a li   Nurg a li y e v           re c e i v e d   th e   B. S c i .   d e g re e   in   ro b o ti c s  a n d   m e c h a tro n ics   fro m   Na z a rb a y e v   Un iv e rsit y ,   Ka z a k h sta n ,   i n   2 0 1 5   a n d   th e   M . S .   d e g re e   in   in f o rm a ti o n   sy ste m s   fro m   Ka z a k h   Un i v e rsity   o f  Tec h n o lo g y   a n d   B u sin e ss ,  Ka z a k h st a n ,   in   2 0 1 7   a n d   c u rre n tl y   a   Ph . D .   d o c to ra te  a t   t h e   L . N.  G u m il e v   E u ra sia n   Na ti o n a l   Un i v e rsit y ,   Ka z a k h sta n .   His  re se a rc h   in tere sts  sm a rt  a ss isted   li v i n g ,   i n telli g e n t   e n v iro n m e n ts,  sm a rt  h o m e ,   c y b e r - p h y sic a l  sy ste m s .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  k n u rg a li e v @a lu m n i . n u . e d u . k z .         Aky lb e k   T o k h m e to v           c a n d i d a te  o f  p h y sic a l  a n d   m a th e m a ti c a l  sc ien c e s  in   th e   sp e c ialty   c o m p u ter  sc ien c e   a n d   i n fo rm a ti o n   s y ste m s ,  As so c iate   P ro fe ss o r  o f  th e   De p a rtme n t   o f   In fo rm a ti o n   S y ste m s  a t  th e   L. N.   G u m il e v   Eu ra sia n   Na ti o n a l  Un i v e rsity ,   Ka z a k h sta n .   He   h a s   p u b li sh e d   m o re   th a n   9 0   a rti c les   in   jo u rn a ls  a n d   c o n fe re n c e s  o n   v a rio u s  to p ics   re late d   to   re se a rc h   in   th e   field   o f  tele c o m m u n ica ti o n s  a n d   c o m p u ter  sy ste m s.  His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   th e   fo ll o win g   a re a s:  in f o rm a ti o n   a n d   tele c o m m u n ica ti o n   sy ste m s,  d e c isio n   m a k in g ,   m u l t i p l e - c r i te r i a   d e c i s i o n   a n a l y s i s .   H e   c a n   b e   c o n t a c t e d   a t   e m a i l :   t o h m e t o v a k y l b e k @ g m a i l . c o m .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.