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摘要：為了解決當(dāng)前公共建筑能耗居高不下的突出問題，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，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 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展開能耗情況統(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 來對(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加快數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)開發(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)議展開的,，兩者通過該協(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)的開發(fā),、維護(hù)和使用．查詢?nèi)藛T可以通 過網(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)訪問者的等級(jí)權(quán)限嚴(yán)格控制,，對(duì)沒有達(dá)到訪問權(quán)限的訪問者進(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),，通過雙重保護(hù)來保護(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偷接管接線路等方式來對(duì)國(guó)家能源進(jìn)行竊取．監(jiān)測(cè)部門可以通過水電氣的量值差動(dòng)越限,、（水、電,、氣）表蓋開蓋實(shí)踐,、異常警告信息、斷相等數(shù)據(jù)的分析,，通過這些大數(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)通過相關(guān)流動(dòng)數(shù)據(jù)的融合來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)，越來越多的數(shù)據(jù)開始被記錄下來,，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,。

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