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)測系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，從監(jiān)測系統(tǒng)的總設(shè)計框架入手，分別就物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集器設(shè)計方式、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫部署方式分別進(jìn)行了深入研究，同時又從安全領(lǐng)域?qū)诖髷?shù)據(jù)的公共建筑能耗監(jiān)測系統(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)測體系時以上各部分*，且意義非凡.

　　關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的騰飛，帶動著各行各業(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)能減排勢在必行。而我國公共建筑的能耗問題十分突出，并且公共建筑內(nèi)的檢測系統(tǒng)不夠完善，無法對公共建筑的能耗數(shù)據(jù)做出概括，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，越來越多地受到國內(nèi)研究者們的關(guān)注，本文正是將公共建筑能耗監(jiān)測與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建出一套科學(xué)完備的檢測系統(tǒng)用以公共建筑的節(jié)能減排。

　　1公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)

　　公共建筑內(nèi)的能耗監(jiān)測大數(shù)據(jù)共分為兩類：一類是基于能耗監(jiān)測系統(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，實則彼此影響，比如地形條件、氣象條件都會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系統(tǒng)就需要將這兩類信息存儲、解析、挖掘，變成可視化的數(shù)據(jù)，讓管理者能夠直觀的接收信息．

　　同時公共建筑耗能巨大，傳統(tǒng)的能耗監(jiān)測涉及到大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)，這時候就需要大數(shù)據(jù)技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)橫向縱向的對比．對公共建筑耗能數(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)計分析，提取其他建筑能耗指數(shù)和相應(yīng)的社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，分析能耗增長和相應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的聯(lián)系，歸納相關(guān)指標(biāo)的規(guī)律，并提供未來的能耗水平預(yù)測，為政府就能源供給方面的調(diào)整提供依據(jù)．

　　2基于大數(shù)據(jù)的公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1系統(tǒng)設(shè)計框架

　　基于大數(shù)據(jù)的能耗監(jiān)測系統(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視圖作為表也存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，不必要將每一個ＳＱＬ查詢都作為實視圖保存，只定義那些應(yīng)用頻率比較高，計算工作量比較大的查詢作為實視圖．要實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的功能，就需要構(gòu)建一個數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲的關(guān)系型聯(lián)機(jī)分析處理結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，并且依照該數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、分析，從而實現(xiàn)能耗監(jiān)測系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)化．

　　本系統(tǒng)以國家相關(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)測系統(tǒng)的物理層，以保證實時數(shù)據(jù)傳輸；信息資源與數(shù)據(jù)層里包括了各類數(shù)據(jù)存儲庫，是數(shù)據(jù)信息通訊與存儲的基礎(chǔ)；應(yīng)用層是該系統(tǒng)的主體，主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析、模型計算，通過表現(xiàn)層對用戶根據(jù)需求進(jìn)行恰當(dāng)表達(dá)．

　　2.2數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計

　　數(shù)據(jù)采集器是能耗監(jiān)測系統(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、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，同時也需要在公共建筑的各個耗能設(shè)備的接線處加裝傳感器，對比兩類數(shù)據(jù)的差別，以此對數(shù)據(jù)誤差有準(zhǔn)確的了解．在采集到相關(guān)信息后，利用決策樹來對這些信息進(jìn)行重構(gòu)，對這些數(shù)據(jù)中的空間特征組合進(jìn)行重組，對其中的基向量進(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)．

　　2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

　　數(shù)據(jù)庫作為能耗大數(shù)據(jù)的存儲和處理平臺，是能耗監(jiān)測系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵．本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括數(shù)據(jù)中心及建筑部分基本情況數(shù)據(jù)庫、分類分項部分的能耗數(shù)據(jù)庫、設(shè)計安裝部分的數(shù)據(jù)庫和計量表部分的原始數(shù)值數(shù)據(jù)庫．監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫部分依托于ＭｙＳＱＬ、ＯＲＡＣＬＥ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)庫系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的運(yùn)行；并引入了一系列輔助軟件來提高數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)開發(fā)的速度．

　　數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵是是否有一個清晰明確的數(shù)據(jù)庫概念模型．該模型明確各數(shù)據(jù)對象之間的關(guān)系，根據(jù)實際研究方向，詳細(xì)的列舉出需求涉及的所有對象屬性，并且在不考慮如何實現(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)庫的概念模型對客戶的需求進(jìn)行調(diào)查、整理和分析，明確客戶對于數(shù)據(jù)庫的需求主要集中在哪些方面，并以此開展數(shù)據(jù)庫的邏輯模型設(shè)計和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的設(shè)計．通過不斷地與用戶進(jìn)行探討、修訂和迭代，建立起數(shù)據(jù)庫的各表和基礎(chǔ)輔助數(shù)據(jù)．

　　2.4通訊部分設(shè)計

　　數(shù)據(jù)采集器采集到的能耗信息需要通過對應(yīng)的通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而構(gòu)建了整個軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫．?dāng)?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)信息能夠得到處理．本系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)通訊傳輸是利用ＺｉｇＢｅｅ這種技術(shù)成熟、成本較低、時延較短、安全可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，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)定時上傳功能，發(fā)送周期根據(jù)系統(tǒng)實際需求進(jìn)行設(shè)定，通過數(shù)據(jù)采集器定時向數(shù)據(jù)中心發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集.

　　2.5應(yīng)用部分設(shè)計

　　公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計應(yīng)該包含以下方面：系統(tǒng)監(jiān)測功能、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)功能實現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，簡化了系統(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)行隨時的查詢，確保系統(tǒng)能夠?qū)δ芎膰?yán)重的問題進(jìn)行及時反饋．同時建立能耗預(yù)警管理系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)設(shè)定閾值，對出現(xiàn)問題的設(shè)備進(jìn)行自動告警、快速定位，應(yīng)對能耗嚴(yán)重問題，提高能耗監(jiān)測系統(tǒng)的檢測效率．應(yīng)用部分也是數(shù)據(jù)挖掘的過程，利用這些數(shù)據(jù)所具有的互補(bǔ)性和冗余性，就能對公共建筑內(nèi)部的能耗情況有一個連續(xù)、宏觀、實時的把握，有助于幫助公共建筑實現(xiàn)節(jié)能減耗．

　　2.6安全部分設(shè)計

　　安全部分主要分為監(jiān)測系統(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)安全對訪問者的等級權(quán)限嚴(yán)格控制，對沒有達(dá)到訪問權(quán)限的訪問者進(jìn)行限制，同時對管理員身份進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)識與排查，對非法登錄進(jìn)行迅速處理．與此同時，還要警惕對主機(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)格對用戶的信息進(jìn)行管理，同時依照用戶權(quán)限對用戶所能訪問到的等級進(jìn)行分級；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道、偷接線路等方式來對國家能源進(jìn)行竊?。O(jiān)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(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，對可能存在的能源竊取行為進(jìn)行預(yù)警．同時通過相關(guān)流動數(shù)據(jù)的結(jié)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)，來實現(xiàn)具體線路的線損日結(jié)算，從而確定線損的具體線路.

　　3. 安科瑞用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)

　　3.1系統(tǒng)概述

　　工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個集成Intranet/Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPRS無線傳輸技術(shù)、Web Service軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等于一體的大型數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為管理者、各級能耗內(nèi)部用戶、瀏覽者提供了一個訪問的網(wǎng)絡(luò)通道，搭建了一個合理的信息傳輸平臺和管理平臺。工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用為政府管理部門、企業(yè)生產(chǎn)管理、計量管理、節(jié)能管理提高到一個新的高度，是我們對節(jié)能減排、節(jié)能降耗實現(xiàn)的一種行之解決方案。

　　能源組成及監(jiān)測內(nèi)容：

圖1能源組成

圖2監(jiān)測內(nèi)容

　　用電類：采集采暖、鍋爐、空調(diào)、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)等耗電設(shè)備的用電信息。主要監(jiān)測其用電量，對于大耗電設(shè)備監(jiān)測其電流、電壓及功率因數(shù)等信息。

　　配電類：采集6kv/10kv配電開關(guān)設(shè)備、變壓器，狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能質(zhì)量、電能等。

　　用水：自來水和蒸汽；采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計、水表等；

　　用氣：煤氣；采集具有485通訊功能燃?xì)獗恚?/p>

　　環(huán)境參數(shù)：采集具有485通訊功能的溫度/濕度計；采暖空調(diào)供回水溫度；

　　3.2系統(tǒng)框架

圖3系統(tǒng)框架

　　(1)能源消費(fèi)管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)可以對用能企業(yè)煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質(zhì)進(jìn)行定期錄入和實時采集，并將收集到的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理存儲，為匯總分析和上報作數(shù)據(jù)支持。

　　(2)能源利用狀況信息報送系統(tǒng)

　　用能企業(yè)可通過該系統(tǒng)將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報告》，報送至市節(jié)能監(jiān)察中心，經(jīng)初審核后，上傳至省節(jié)能監(jiān)察總隊審核，而后上報國家有關(guān)部門。

　　(3)單位能耗水平識別評價系統(tǒng)

　　利用用能單位能耗數(shù)據(jù)，對企業(yè)用能狀況進(jìn)行分析評價，查找問題。為政府節(jié)能管理部門掌握、分析信息和研究節(jié)能改造并制定相關(guān)政策措施提供科學(xué)的依據(jù)和平臺。

　　(4)決策服務(wù)和專家咨詢服務(wù)系統(tǒng)

　　系統(tǒng)提供直觀、簡明、快捷的數(shù)據(jù)信息查詢和決策支持服務(wù)。對用能企業(yè)的能耗進(jìn)行科學(xué)、合理的咨詢指導(dǎo)，幫助用能企業(yè)做出及時、正確、可行解決方案。

　　(5)能耗預(yù)測、能源安全預(yù)警系統(tǒng)

　　通過系統(tǒng)掌握用能企業(yè)能源購置、使用、消耗及生產(chǎn)情況，對企業(yè)的用能情況進(jìn)行綜合的評判和分析，對比同期值和限定值，對能耗超標(biāo)情況予以預(yù)警提示。

　　在獲取能源使用的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，實現(xiàn)能耗的預(yù)測分析功能，為政府相關(guān)部門的宏觀決策提供支撐體系。

　　(6)節(jié)能監(jiān)察及信息發(fā)布、法律法規(guī)知識培訓(xùn)系統(tǒng)：

　　通過該系統(tǒng)平臺，可對省耗能企業(yè)做節(jié)能監(jiān)察工作；發(fā)布節(jié)能法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以及能源基礎(chǔ)知識、能源統(tǒng)計知識、節(jié)能監(jiān)測方法等資料；處理日常節(jié)能管理工作相關(guān)的公文、通知、公告等。

　　3.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)把數(shù)據(jù)信息從各個企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，經(jīng)分析與處理，提供分析預(yù)測和預(yù)警功能。同時通過門戶網(wǎng)站、無線終端等手段為省、市領(lǐng)導(dǎo)以及相關(guān)委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務(wù)。

圖4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　3.4能耗監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品選型

4、結(jié)語

　　總而言之，將大數(shù)據(jù)應(yīng)用到公共建筑能耗監(jiān)測系統(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，如何利用這些數(shù)據(jù)正是每一個從業(yè)人員都面臨的問題；另一方面，將大數(shù)據(jù)引用到監(jiān)測系統(tǒng)中，不僅能夠充分對監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)的水平，從而建立起一個科學(xué)完備的公共建筑能耗監(jiān)測體系．