摘要:為了解決當(dāng)前公共建筑能耗居高不下的突出問(wèn)題,借助當(dāng)前信息化技術(shù)手段,圍繞公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)應(yīng)用,從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)框架入手,分別就物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)方式、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)部署方式分別進(jìn)行了深入研究,同時(shí)又從安全領(lǐng)域?qū)诖髷?shù)據(jù) 的公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用保障做出了探究,結(jié)果表明在建立一套科學(xué)完備的公共建筑能耗監(jiān)測(cè)體系時(shí)以上各部分重要性,且意義非凡。
關(guān)鍵詞:大數(shù)據(jù);公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)
引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛,帶動(dòng)著各行各業(yè)都發(fā)展的如火如荼.尤其是在能源行業(yè)方面,生活水平的 進(jìn)步促使著我國(guó)企業(yè)和居民的能源需求越來(lái)越高, 但這同樣也給能源供應(yīng)方面造成了相當(dāng)大的壓力, 所以節(jié)能減排勢(shì)在必行.而我國(guó)公共建筑的能耗問(wèn) 題十分突出,并且公共建筑內(nèi)的檢測(cè)系統(tǒng)不夠完善,無(wú)法對(duì)公共建筑的能耗數(shù)據(jù)做出深度總結(jié),致使節(jié)能工作困難重重.另一方面,大數(shù)據(jù)作為信息技術(shù)的前沿方向,越來(lái)越多地受到國(guó)內(nèi)研究者們的關(guān)注,本文正是將公共建筑能耗監(jiān)測(cè)與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建出一套科學(xué)完備的檢測(cè)系統(tǒng)用以公共建筑的節(jié)能減排。
一、公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)
公共建筑內(nèi)的能耗監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)共分為兩類:一類是基于能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身所采集的內(nèi)部數(shù)據(jù); 另一類是來(lái)自公共服務(wù)部門、地理信息系統(tǒng)、氣象信息系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)的外部數(shù)據(jù).這兩類數(shù)據(jù)看似不相干,實(shí)則彼此影響,比如地形條件、氣象條件都會(huì) 影響公共建筑的能源使用情況.所以基于大數(shù)據(jù)的公共建筑能耗檢測(cè)系統(tǒng)就需要將這兩類信息存儲(chǔ)、解析、挖掘和融合,最終變成可視化的數(shù)據(jù),讓管理者能夠直觀的接收信息。
同時(shí)公共建筑耗能巨大,傳統(tǒng)的能耗監(jiān)測(cè)涉及到大量復(fù)雜的數(shù)據(jù),這時(shí)候就需要大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)橫向縱向的對(duì)比。對(duì)公共建筑耗能數(shù)據(jù)從建筑作用、建筑區(qū)域、建筑收益等多維度來(lái)展開(kāi)能耗情況統(tǒng)計(jì)分析,提取其他建筑能耗指數(shù)和相應(yīng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),分析能耗增長(zhǎng)和相應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的聯(lián)系,歸納總結(jié)相關(guān)指標(biāo)的規(guī)律,并提供未來(lái)的能耗水平預(yù)測(cè),為政府就能源供給方面的調(diào)整提供依據(jù)。
二、基于大數(shù)的公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架
基于大數(shù)據(jù)的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的ROLAP結(jié)構(gòu)模式,即關(guān)系型聯(lián)機(jī)分析處理結(jié)構(gòu),原理就是根據(jù)應(yīng)用的需要,有選擇地定義一批實(shí)視圖作為表也存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中,不必要將每一個(gè)SQT查詢都作為實(shí)視圖保存,只定義那些應(yīng)用頻率比較高,計(jì)算工作量比較大的查詢作為實(shí)視圖。要實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的功能,就需要構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)系型聯(lián)機(jī)分析處理結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù),并且依照該數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、分析和融合,從而實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)化。
本系統(tǒng)以國(guó)家相關(guān)規(guī)章為基礎(chǔ),以安全和節(jié)能減排為導(dǎo)向,大致的模塊分為表現(xiàn)層、應(yīng)用層、信息資源與數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層。網(wǎng)絡(luò)設(shè)施基礎(chǔ)層包括各種網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)的硬件設(shè)施,它們共同構(gòu)建了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物理層,以保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?;信息資源與數(shù)據(jù)層里包括了各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù),是數(shù)據(jù)信息通訊與存儲(chǔ)的基礎(chǔ);應(yīng)用層是該系統(tǒng)的主體,主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析、模型計(jì)算,最后通過(guò)表現(xiàn)層對(duì)用戶根據(jù)需求進(jìn)行恰當(dāng)表達(dá)。
2.數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集器是能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物理層基礎(chǔ),擁有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、系統(tǒng)配置和異常處理等功能。在本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集器主 要表現(xiàn)為:水表、電表、氣表、溫度傳感器等設(shè)備,同時(shí)也需要在公共建筑的各個(gè)耗能設(shè)備的接線處加裝傳感器,對(duì)比兩類數(shù)據(jù)的差別,以此對(duì)數(shù)據(jù)誤差 有準(zhǔn)確的了解.在采集到相關(guān)信息后,利用決策樹(shù) 來(lái)對(duì)這些信息進(jìn)行重構(gòu)和融合,對(duì)這些數(shù)據(jù)中的空間特征組合進(jìn)行重組,對(duì)其中的基向量進(jìn)行重構(gòu),構(gòu)建能耗信息的決策樹(shù)模型,為所采集數(shù)據(jù)信息的進(jìn)一步分析打下基礎(chǔ)。
3.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫(kù)作為能耗大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理平臺(tái),是能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵.本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)中心及建筑部分基本情況數(shù)據(jù)庫(kù)、分類分項(xiàng)部分的能耗數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)計(jì)安裝部分的數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)量表部分的原始數(shù)值數(shù)據(jù)庫(kù).監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)部分依托于MySQL、MongoBD等成熟技術(shù),支持多用戶、大事務(wù)量的事務(wù)處理,保證數(shù)據(jù)安全性和完整性控制,支持分布式數(shù)據(jù)處理,具有可移植性,保證了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的高效運(yùn)行;并引入了一系列輔助軟件來(lái)加快數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)的速度。
數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是是否有一個(gè)清晰明確的數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型。該模型需要明確各數(shù)據(jù)對(duì)象之間的關(guān)系,根據(jù)實(shí)際研究方向,詳細(xì)的列舉出需求涉及的所有對(duì)象屬性,并且在不考慮如何實(shí)現(xiàn)的前提下滿足用戶的各種信息需求.然后是基于數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型對(duì)客戶的需求進(jìn)行調(diào)查、整理和分析,明確客戶對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的需求主要集中在哪些方面,并以此開(kāi)展數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模型設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的設(shè)計(jì).通過(guò)不斷地與用戶進(jìn)行探討、修訂和迭代,最終建立起數(shù)據(jù)庫(kù)的各表和基礎(chǔ)輔助數(shù)據(jù)。
4.通訊部分設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集器采集到的能耗信息需要通過(guò)對(duì)應(yīng)的通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,從而構(gòu)建了整個(gè)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)通信主要包括了數(shù)據(jù)信息管理、數(shù)據(jù)文件合并、數(shù)據(jù)文件加載和數(shù)據(jù)文件上傳。這些不同的模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)通信層任務(wù)調(diào)度模塊,從而保證數(shù)據(jù)信息能夠得到有效地處理。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)通訊傳輸是基于TCP/IP 協(xié)議展開(kāi)的,兩者通過(guò)該協(xié)議建立數(shù)據(jù)通信聯(lián)系.采集器具有數(shù)據(jù)定時(shí)上傳功能,發(fā)送周期根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定,通過(guò)數(shù)據(jù)采集器定時(shí)向數(shù)據(jù)中心發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
5.應(yīng)用部分設(shè)計(jì)
公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)應(yīng)該包含以下方面:系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能、數(shù)據(jù)采集軟件功能、數(shù)據(jù) 處理功能、數(shù)據(jù)上報(bào)與接收功能、消息管理功能、信息維護(hù)功能、數(shù)據(jù)分析展示功能和公眾服務(wù)功能.應(yīng)用部分采用了B/S系統(tǒng)的架構(gòu)模式,統(tǒng)一了客戶端,將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用.查詢?nèi)藛T可以通 過(guò)網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)發(fā)出查詢指令,系統(tǒng)根據(jù)用戶的相應(yīng)權(quán)限來(lái)將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶,方便查詢?nèi)藛T進(jìn)行隨時(shí)的查詢,確保系統(tǒng)能夠?qū)δ芎膰?yán)重的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí) 反饋.同時(shí)建立能耗預(yù)警管理系統(tǒng),各節(jié)點(diǎn)設(shè)定閾值,對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)告警、快速定位,應(yīng)對(duì)能耗嚴(yán)重問(wèn)題,提高能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)效率。應(yīng)用部分也是數(shù)據(jù)挖掘和融合的過(guò)程,利用這些數(shù)據(jù)所具有的互補(bǔ)性和冗余性,就能對(duì)公共建筑內(nèi)部的能耗情況有一個(gè)連續(xù)、宏觀、實(shí)時(shí)的把握,有助于幫助公共建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗。
6.安全部分設(shè)計(jì)
安全部分主要分為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全和相關(guān)設(shè)備的安全:系統(tǒng)的安全防護(hù)主要從3個(gè)方面來(lái)體現(xiàn),分別是主機(jī)安全、應(yīng)用安全和網(wǎng)絡(luò)安全.首先是主機(jī)安全,主機(jī)安全對(duì)訪問(wèn)者的等級(jí)權(quán)限嚴(yán)格控制,對(duì)沒(méi)有達(dá)到訪問(wèn)權(quán)限的訪問(wèn)者進(jìn)行限制,同時(shí)對(duì)管理員身份進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)識(shí)與排查,對(duì)非法登錄進(jìn)行迅速處理.與此同時(shí),還要警惕病毒對(duì)主機(jī)的攻擊,定期使用安全掃描排查隱患和漏洞,并進(jìn)行及時(shí)的更新和修補(bǔ);其次是應(yīng)用安全,在系統(tǒng)應(yīng)用中需要把用戶登錄設(shè)為登錄方式,嚴(yán)格對(duì)用戶的信息進(jìn)行管理。同時(shí)依照用戶權(quán)限對(duì)用戶所能訪問(wèn)到的等級(jí)進(jìn)行分級(jí);最后是網(wǎng)絡(luò)安全,網(wǎng)絡(luò)安全是設(shè)置防火墻和安全網(wǎng)關(guān),通過(guò)雙重保護(hù)來(lái)保護(hù)操作系統(tǒng),避免漏洞受到入侵和木馬攻擊,對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全做出保障。
設(shè)備的安全主要是防止有人通過(guò)偷接管接線路等方式來(lái)對(duì)國(guó)家能源進(jìn)行竊?。O(jiān)測(cè)部門可以通過(guò)水電氣的量值差動(dòng)越限、(水、電、氣)表蓋開(kāi)蓋實(shí)踐、異常警告信息、斷相等數(shù)據(jù)的分析,通過(guò)這些大數(shù)據(jù)建立竊取能源行為的模型,對(duì)可能存在的能源竊取行為進(jìn)行預(yù)警.同時(shí)通過(guò)相關(guān)流動(dòng)數(shù)據(jù)的融合來(lái)確定能源竊取行為的發(fā)生地點(diǎn),比如竊電行為就可以通過(guò)比較公共建筑的負(fù)荷曲線、電壓功率因數(shù)、電表電流和變壓器負(fù)載,結(jié)合公共建筑電力運(yùn)行的數(shù)據(jù),來(lái)實(shí)現(xiàn)具體線路的線損日結(jié)算,從而確定線損的具體線路。
三、建筑能耗分析系統(tǒng)
1.概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng),在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對(duì)水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析,通過(guò)對(duì)用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì),以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況,便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣,有效節(jié)約能源,為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源計(jì)算,分析現(xiàn)狀,查找問(wèn)題,挖掘節(jié)能潛力,提出切實(shí)可行的節(jié)能措施,并向縣級(jí)以上管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源計(jì)算報(bào)告。
2.應(yīng)用場(chǎng)所
適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測(cè)與管理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
3.系統(tǒng)組網(wǎng)圖
四、系統(tǒng)功能
1.系統(tǒng)概況
平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航,各能耗逐時(shí)、逐月曲線,當(dāng)日,當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。
2.用能概況
對(duì)建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對(duì)比,支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢(shì)、當(dāng)月逐日趨勢(shì)曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對(duì)比、總能耗 同環(huán)比對(duì)比。
3.用能統(tǒng)計(jì)
對(duì)建筑、區(qū)域、分項(xiàng)、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報(bào)表的形式統(tǒng)計(jì)對(duì)分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì),支持報(bào)表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL,支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。
4.復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)
復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日、月、年統(tǒng)計(jì)對(duì)單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。
5.同比分析
對(duì)建筑、分項(xiàng)、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報(bào)表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。
6.能源流向圖
能源流向圖展示單棟建筑時(shí)段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向,支持按原始值和折標(biāo)值查看。
7.夜間能耗分析
夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對(duì)選擇支路分類能源在時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對(duì)比,支持導(dǎo)出報(bào)表。
8.設(shè)備管理
設(shè)備管理包括,設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備,確保設(shè)備的運(yùn)行。
9.用戶報(bào)告
用戶報(bào)告針對(duì)選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各能源的月使用的同環(huán)比趨勢(shì),并提供簡(jiǎn)單的能耗分析結(jié)果,針對(duì)用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析,報(bào)告可編輯。
五、系統(tǒng)硬件配置
六、結(jié)論
總而言之,將大數(shù)據(jù)應(yīng)用到公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中能夠大大提高系統(tǒng)的工作效率.一方面,隨著監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè),越來(lái)越多的數(shù)據(jù)開(kāi)始被記錄下來(lái),如何高效利用這些數(shù)據(jù)正是每一個(gè)從業(yè)人員都面臨的問(wèn)題;另一方面,將大數(shù)據(jù)引用到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,不僅能夠充分對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘利用,還能夠利用到外部數(shù)據(jù)來(lái)提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的水平,從而建立起一個(gè)科學(xué)完備的公共建筑能耗監(jiān)測(cè)體系。