淺談大數據在公共建築能耗監測係統中的應用與實踐

摘要：為(wei) 了解決(jue) 當前公共建築能耗居高不下的突出問題，借助當前信息化技術手段，圍繞公共建築能耗監測係統中的大數據應用，從(cong) 監測係統的總設計框架入手，分別就物聯網中數據采集器設計方式、數據傳(chuan) 輸技術、數據庫部署方式分別進行了深入研究，同時又從(cong) 安全領域對基於(yu) 大數據 的公共建築能耗監測係統的應用保障做出了探究，結果表明在建立一套科學完備的公共建築能耗監測體(ti) 係時以上各部分，且意義(yi) 非凡。

關(guan) 鍵詞：大數據；公共建築能耗監測係統；係統設計

引言

       隨著我國經濟的騰飛，帶動著各行各業(ye) 都發展的如火如荼．尤其是在能源行業(ye) 方麵，生活水平的 進步促使著我國企業(ye) 和居民的能源需求越來越高， 但這同樣也給能源供應方麵造成了相當大的壓力， 所以節能減排勢在必行．而我國公共建築的能耗問 題十分突出，並且公共建築內(nei) 的檢測係統不夠完善，無法對公共建築的能耗數據做出深度總結，致使節能工作困難重重．另一方麵，大數據作為(wei) 信息技術的前沿方向，越來越多地受到國內(nei) 研究者們(men) 的關(guan) 注，本文正是將公共建築能耗監測與(yu) 大數據技術相結合，構建出一套科學完備的檢測係統用以公共建築的節能減排。

一、公共建築能耗監測係統中的大數據

       公共建築內(nei) 的能耗監測大數據共分為(wei) 兩(liang) 類：一類是基於(yu) 能耗監測係統本身所采集的內(nei) 部數據； 另一類是來自公共服務部門、地理信息係統、氣象信息係統和互聯網的外部數據．這兩(liang) 類數據看似不相幹，實則彼此影響，比如地形條件、氣象條件都會(hui) 影響公共建築的能源使用情況．所以基於(yu) 大數據的公共建築能耗檢測係統就需要將這兩(liang) 類信息存儲(chu) 、解析、挖掘和融合，最終變成可視化的數據，讓管理者能夠直觀的接收信息。

       同時公共建築耗能巨大，傳(chuan) 統的能耗監測涉及到大量複雜的數據，這時候就需要大數據技術對這些數據進行處理，實現能耗數據橫向縱向的對比。對公共建築耗能數據從(cong) 建築作用、建築區域、建築收益等多維度來展開能耗情況統計分析，提取其他建築能耗指數和相應的社會(hui) 經濟指標，分析能耗增長和相應社會(hui) 經濟指標的聯係，歸納總結相關(guan) 指標的規律，並提供未來的能耗水平預測，為(wei) 政府就能源供給方麵的調整提供依據。

二、基於(yu) 大數的公共建築能耗監測係統設計

1.係統設計框架

       基於(yu) 大數據的能耗監測係統采用的ROLAP結構模式，即關(guan) 係型聯機分析處理結構，原理就是根據應用的需要，有選擇地定義(yi) 一批實視圖作為(wei) 表也存儲(chu) 在關(guan) 係數據庫中，不必要將每一個(ge) SQT查詢都作為(wei) 實視圖保存，隻定義(yi) 那些應用頻率比較高，計算工作量比較大的查詢作為(wei) 實視圖。要實現大數據的功能，就需要構建一個(ge) 數據采集和數據存儲(chu) 的關(guan) 係型聯機分析處理結構的數據庫，並且依照該數據庫進行數據挖掘、分析和融合，從(cong) 而實現能耗監測係統的大數據化。

       本係統以國家相關(guan) 規章為(wei) 基礎，以安全和節能減排為(wei) 導向，大致的模塊分為(wei) 表現層、應用層、信息資源與(yu) 數據層和網絡基礎設施層。網絡設施基礎層包括各種網絡和相應的硬件設施，它們(men) 共同構建了監測係統的物理層，以保證實時數據傳(chuan) 輸的有效性；信息資源與(yu) 數據層裏包括了各類數據存儲(chu) 庫，是數據信息通訊與(yu) 存儲(chu) 的基礎；應用層是該係統的主體(ti) ，主要是對數據進行處理分析、模型計算，最後通過表現層對用戶根據需求進行恰當表達。

2.數據采集器的設計

       數據采集器是能耗監測係統的物理層基礎，擁有數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據遠傳(chuan) 、係統配置和異常處理等功能。在本係統中數據采集器主 要表現為(wei) ：水表、電表、氣表、溫度傳(chuan) 感器等設備，同時也需要在公共建築的各個(ge) 耗能設備的接線處加裝傳(chuan) 感器，對比兩(liang) 類數據的差別，以此對數據誤差 有準確的了解．在采集到相關(guan) 信息後，利用決(jue) 策樹 來對這些信息進行重構和融合，對這些數據中的空間特征組合進行重組，對其中的基向量進行重構，構建能耗信息的決(jue) 策樹模型，為(wei) 所采集數據信息的進一步分析打下基礎。

3.數據庫設計

       數據庫作為(wei) 能耗大數據的存儲(chu) 和處理平台，是能耗監測係統是否成功的關(guan) 鍵．本係統的數據庫包括數據中心及建築部分基本情況數據庫、分類分項部分的能耗數據庫、設計安裝部分的數據庫和計量表部分的原始數值數據庫．監測係統的數據庫部分依托於(yu) MySQL、MongoBD等成熟技術，支持多用戶、大事務量的事務處理，保證數據安全性和完整性控製，支持分布式數據處理，具有可移植性，保證了數據庫係統和其他係統的高效運行；並引入了一係列輔助軟件來加快數據庫內(nei) 數據開發的速度。

       數據庫架構設計的關(guan) 鍵是是否有一個(ge) 清晰明確的數據庫概念模型。該模型需要明確各數據對象之間的關(guan) 係，根據實際研究方向，詳細的列舉(ju) 出需求涉及的所有對象屬性，並且在不考慮如何實現的前提下滿足用戶的各種信息需求．然後是基於(yu) 數據庫的概念模型對客戶的需求進行調查、整理和分析，明確客戶對於(yu) 數據庫的需求主要集中在哪些方麵，並以此開展數據庫的邏輯模型設計和數據庫管理係統進行數據類型的設計．通過不斷地與(yu) 用戶進行探討、修訂和迭代，最終建立起數據庫的各表和基礎輔助數據。

4.通訊部分設計

       數據采集器采集到的能耗信息需要通過對應的通訊網絡進行數據傳(chuan) 輸，從(cong) 而構建了整個(ge) 軟件係統的數據庫。數據通信主要包括了數據信息管理、數據文件合並、數據文件加載和數據文件上傳(chuan) 。這些不同的模塊構成數據通信層任務調度模塊，從(cong) 而保證數據信息能夠得到有效地處理。本係統設計的數據通訊傳(chuan) 輸是基於(yu) TCP／IP 協議展開的，兩(liang) 者通過該協議建立數據通信聯係．采集器具有數據定時上傳(chuan) 功能，發送周期根據係統實際需求進行設定，通過數據采集器定時向數據中心發送監測數據來實現數據采集。

5.應用部分設計

       公共建築能耗監測係統的應用設計應該包含以下方麵：係統監測功能、數據采集軟件功能、數據 處理功能、數據上報與(yu) 接收功能、消息管理功能、信息維護功能、數據分析展示功能和公眾(zhong) 服務功能.應用部分采用了Ｂ／Ｓ係統的架構模式，統一了客戶端，將係統功能實現的核心部分集中到服務器上，簡化了係統的開發、維護和使用．查詢人員可以通 過網絡向係統發出查詢指令，係統根據用戶的相應權限來將數據發送給用戶，方便查詢人員進行隨時的查詢，確保係統能夠對能耗嚴(yan) 重的問題進行及時 反饋．同時建立能耗預警管理係統，各節點設定閾值，對出現問題的設備進行自動告警、快速定位，應對能耗嚴(yan) 重問題，提高能耗監測係統的檢測效率。應用部分也是數據挖掘和融合的過程，利用這些數據所具有的互補性和冗餘(yu) 性，就能對公共建築內(nei) 部的能耗情況有一個(ge) 連續、宏觀、實時的把握，有助於(yu) 幫助公共建築實現節能減耗。

6.安全部分設計

       安全部分主要分為(wei) 監測係統的安全和相關(guan) 設備的安全：係統的安全防護主要從(cong) ３個(ge) 方麵來體(ti) 現，分別是主機安全、應用安全和網絡安全．首先是主機安全，主機安全對訪問者的等級權限嚴(yan) 格控製，對沒有達到訪問權限的訪問者進行限製，同時對管理員身份進行嚴(yan) 格的標識與(yu) 排查，對非法登錄進行迅速處理．與(yu) 此同時，還要警惕病毒對主機的攻擊，定期使用安全掃描排查隱患和漏洞，並進行及時的更新和修補；其次是應用安全，在係統應用中需要把用戶登錄設為(wei) 登錄方式，嚴(yan) 格對用戶的信息進行管理。同時依照用戶權限對用戶所能訪問到的等級進行分級；最後是網絡安全，網絡安全是設置防火牆和安全網關(guan) ，通過雙重保護來保護操作係統，避免漏洞受到入侵和木馬攻擊，對網絡安全做出保障。

       設備的安全主要是防止有人通過偷接管接線路等方式來對國家能源進行竊取．監測部門可以通過水電氣的量值差動越限、（水、電、氣）表蓋開蓋實踐、異常警告信息、斷相等數據的分析，通過這些大數據建立竊取能源行為(wei) 的模型，對可能存在的能源竊取行為(wei) 進行預警．同時通過相關(guan) 流動數據的融合來確定能源竊取行為(wei) 的發生地點，比如竊電行為(wei) 就可以通過比較公共建築的負荷曲線、電壓功率因數、電表電流和變壓器負載，結合公共建築電力運行的數據，來實現具體(ti) 線路的線損日結算，從(cong) 而確定線損的具體(ti) 線路。

三、建築能耗分析係統

1.概述

       Acrel-5000web建築能耗分析係統是用戶端能源管理分析係統，在電能管理係統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與(yu) 分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決(jue) 策層展示各類能源的使用消耗情況，便於(yu) 找出高耗能點或不合理的耗能習(xi) 慣，有效節約能源，為(wei) 用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關(guan) 規定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，並向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。

2.應用場所

       適用於(yu) 公共建築、集團公司、工業(ye) 園區、大型物業(ye) 、學校、醫院、企業(ye) 等不同行業(ye) 的能耗監測與(yu) 管理的係統設計、施工和運行維護。

3.係統組網圖

四、係統功能

1.係統概況

       平台運行狀態，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。

2.用能概況

       對建築、部門、區域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統計對比、總能耗 同環比對比。

3.用能統計

       對建築、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類能源用能進行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建築數據進行生成柱狀圖。

4.複費率統計

       複費率報表按日、月、年統計對單棟建築下不同支路的尖、峰、平、穀用電量及成本費用進行統計分析。支持數據導出到EXCEL。

5.同比分析

       對建築、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進行用能數據同比分析。

6.能源流向圖

       能源流向圖展示單棟建築時段內(nei) 各類能源從(cong) 源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標值查看。

7.夜間能耗分析

       夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在時段工作時間與(yu) 非工作時間用能統計對比，支持導出報表。

8.設備管理

       設備管理包括，設備類型、設備台賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。

9.用戶報告

       用戶報告針對選定的建築自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，並提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的複費率用能分析，報告可編輯。

五、係統硬件配置

六、結論

       總而言之，將大數據應用到公共建築能耗監測係統中能夠大大提高係統的工作效率．一方麵，隨著監測係統的建設，越來越多的數據開始被記錄下來，如何高效利用這些數據正是每一個(ge) 從(cong) 業(ye) 人員都麵臨(lin) 的問題；另一方麵，將大數據引用到監測係統中，不僅(jin) 能夠充分對監測係統本身的數據進行挖掘利用，還能夠利用到外部數據來提升監測係統的水平，從(cong) 而建立起一個(ge) 科學完備的公共建築能耗監測體(ti) 係。

安科瑞侯文莉