摘要：為了解決當前公共建筑能耗居高不下的突出問題，借助當前信息化技術手段，圍繞公共建筑能耗監(jiān)測系統中的大數據應用，從監(jiān)測系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、數據傳輸技術、數據庫部署方式分別進行了深入研究，同時又從安全領域對基于大數據的公共建筑能耗監(jiān)測系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筑能耗監(jiān)測體系時以上各部分*，且意義非凡.

　　關鍵詞：大數據；公共建筑能耗監(jiān)測系統；系統設計

　　隨著我國經濟的騰飛，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方面造成了相當大的壓力，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，并且公共建筑內的檢測系統不夠完善，無法對公共建筑的能耗數據做出概括，致使節(jié)能工作困難重重。另一方面，大數據作為信息技術的前沿方向，越來越多地受到國內研究者們的關注，本文正是將公共建筑能耗監(jiān)測與大數據技術相結合，構建出一套科學完備的檢測系統用以公共建筑的節(jié)能減排。

　　1公共建筑能耗監(jiān)測系統中的大數據

　　公共建筑內的能耗監(jiān)測大數據共分為兩類：一類是基于能耗監(jiān)測系統本身所采集的內部數據；另一類是來自公共服務部門、地理信息系統、氣象信息系統和互聯網的外部數據．這兩類數據看似不相干，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．所以基于大數據的公共建筑能耗檢測系統就需要將這兩類信息存儲、解析、挖掘，變成可視化的數據，讓管理者能夠直觀的接收信息．

　　同時公共建筑耗能巨大，傳統的能耗監(jiān)測涉及到大量復雜的數據，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．對公共建筑耗能數據從建筑作用、建筑區(qū)域、建筑收益等多維度來展開能耗情況統計分析，提取其他建筑能耗指數和相應的社會經濟指標，分析能耗增長和相應社會經濟指標的聯系，歸納相關指標的規(guī)律，并提供未來的能耗水平預測，為政府就能源供給方面的調整提供依據．

　　2基于大數據的公共建筑能耗監(jiān)測系統設計

　　2.1系統設計框架

　　基于大數據的能耗監(jiān)測系統采用的ＲＯＬＡＰ結構模式，即關系型聯機分析處理結構，原理就是根據應用的需要，有選擇地定義一批實視圖作為表也存儲在關系數據庫中，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．要實現大數據的功能，就需要構建一個數據采集和數據存儲的關系型聯機分析處理結構的數據庫，并且依照該數據庫進行數據挖掘、分析，從而實現能耗監(jiān)測系統的大數據化．

　　本系統以國家相關規(guī)章為基礎，以安全和節(jié)能減排為導向，大致的模塊分為表現層、應用層、信息資源與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，它們共同構建了監(jiān)測系統的物理層，以保證實時數據傳輸；信息資源與數據層里包括了各類數據存儲庫，是數據信息通訊與存儲的基礎；應用層是該系統的主體，主要是對數據進行處理分析、模型計算，通過表現層對用戶根據需求進行恰當表達．

　　2.2數據采集器的設計

　　數據采集器是能耗監(jiān)測系統的物理層基礎，擁有數據采集、數據處理、數據存儲、數據遠傳、系統配置和異常處理等功能．在本系統中數據采集器主要表現為：水表、電表、氣表、溫度傳感器等設備，同時也需要在公共建筑的各個耗能設備的接線處加裝傳感器，對比兩類數據的差別，以此對數據誤差有準確的了解．在采集到相關信息后，利用決策樹來對這些信息進行重構，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，構建能耗信息的決策樹模型，為所采集數據信息的進一步分析打下基礎．

　　2.3數據庫設計

　　數據庫作為能耗大數據的存儲和處理平臺，是能耗監(jiān)測系統是否成功的關鍵．本系統的數據庫包括數據中心及建筑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(jiān)測系統的數據庫部分依托于ＭｙＳＱＬ、ＯＲＡＣＬＥ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制，支持分布式數據處理，具有可移植性，保證了數據庫系統和其他系統的運行；并引入了一系列輔助軟件來提高數據庫內數據開發(fā)的速度．

　　數據庫架構設計的關鍵是是否有一個清晰明確的數據庫概念模型．該模型明確各數據對象之間的關系，根據實際研究方向，詳細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的前提下滿足用戶的各種信息需求．然后是基于數據庫的概念模型對客戶的需求進行調查、整理和分析，明確客戶對于數據庫的需求主要集中在哪些方面，并以此開展數據庫的邏輯模型設計和數據庫管理系統進行數據類型的設計．通過不斷地與用戶進行探討、修訂和迭代，建立起數據庫的各表和基礎輔助數據．

　　2.4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輸，從而構建了整個軟件系統的數據庫．數據通信主要包括了數據信息管理、數據文件合并、數據文件加載和數據文件上傳．這些不同的模塊構成數據通信層任務調度模塊，從而保證數據信息能夠得到處理．本系統設計的數據通訊傳輸是利用ＺｉｇＢｅｅ這種技術成熟、成本較低、時延較短、安全可靠的無線數據傳輸網絡，基于ＴＣＰ／ＩＰ協議展開的，兩者通過該協議建立數據通信聯系．采集器具有數據定時上傳功能，發(fā)送周期根據系統實際需求進行設定，通過數據采集器定時向數據中心發(fā)送監(jiān)測數據來實現數據采集.

　　2.5應用部分設計

　　公共建筑能耗監(jiān)測系統的應用設計應該包含以下方面：系統監(jiān)測功能、數據采集軟件功能、數據處理功能、數據上報與接收功能、消息管理功能、信息維護功能、數據分析展示功能和公眾服務功能．應用部分采用了B/S系統的架構模式，統一了客戶端，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，簡化了系統的開發(fā)、維護和使用．查詢人員可以通過網絡向系統發(fā)出查詢指令，系統根據用戶的相應權限來將數據發(fā)送給用戶，方便查詢人員進行隨時的查詢，確保系統能夠對能耗嚴重的問題進行及時反饋．同時建立能耗預警管理系統，各節(jié)點設定閾值，對出現問題的設備進行自動告警、快速定位，應對能耗嚴重問題，提高能耗監(jiān)測系統的檢測效率．應用部分也是數據挖掘的過程，利用這些數據所具有的互補性和冗余性，就能對公共建筑內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節(jié)能減耗．

　　2.6安全部分設計

　　安全部分主要分為監(jiān)測系統的安全和相關設備的安全：系統的安全防護主要從３個方面來體現，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格控制，對沒有達到訪問權限的訪問者進行限制，同時對管理員身份進行嚴格的標識與排查，對非法登錄進行迅速處理．與此同時，還要警惕對主機的攻擊，定期使用安全掃描排查隱患和漏洞，并進行及時的更新和修補；其次是應用安全，在系統應用中需要把用戶登錄設為登錄方式，嚴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；網絡安全，網絡安全是設置防火墻和安全網關，通過雙重保護來保護操作系統，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道、偷接線路等方式來對國家能源進行竊取．監(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、斷相等數據的分析，通過這些大數據建立竊取能源行為的模型，對可能存在的能源竊取行為進行預警．同時通過相關流動數據的結合來確定能源竊取行為的發(fā)生地點，比如竊電行為就可以通過比較公共建筑的負荷曲線、電壓功率因數、電表電流和變壓器負載，結合公共建筑電力運行的數據，來實現具體線路的線損日結算，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

　　3.1系統概述

　　工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統是一個集成Intranet/Internet網絡技術、GPRS無線傳輸技術、Web Service軟件技術、數據庫技術等于一體的大型數據綜合管理系統。系統為管理者、各級能耗內部用戶、瀏覽者提供了一個訪問的網絡通道，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)測系統的開發(fā)應用為政府管理部門、企業(yè)生產管理、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)能降耗實現的一種行之解決方案。

　　能源組成及監(jiān)測內容：

圖1能源組成

圖2監(jiān)測內容

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

　　配電類：采集6kv/10kv配電開關設備、變壓器，狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能質量、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通訊功能燃氣表；

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

　　3.2系統框架

圖3系統框架

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

　　(2)能源利用狀況信息報送系統

　　用能企業(yè)可通過該系統將企業(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，而后上報國家有關部門。

　　(3)單位能耗水平識別評價系統

　　利用用能單位能耗數據，對企業(yè)用能狀況進行分析評價，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)能改造并制定相關政策措施提供科學的依據和平臺。

　　(4)決策服務和專家咨詢服務系統

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

　　(5)能耗預測、能源安全預警系統

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

　　在獲取能源使用的基礎上，進行數據挖掘分析，實現能耗的預測分析功能，為政府相關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)知識培訓系統：

　　通過該系統平臺，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)標準以及能源基礎知識、能源統計知識、節(jié)能監(jiān)測方法等資料；處理日常節(jié)能管理工作相關的公文、通知、公告等。

　　3.3系統網絡結構

　　系統把數據信息從各個企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺的數據庫系統，經分析與處理，提供分析預測和預警功能。同時通過門戶網站、無線終端等手段為省、市領導以及相關委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務。

圖4系統結構

　　3.4能耗監(jiān)測系統產品選型

4、結語

　　總而言之，將大數據應用到公共建筑能耗監(jiān)測系統中能夠大大提高系統的工作效率．一方面，隨著監(jiān)測系統的建設，越來越多的數據開始被記錄下來，如何利用這些數據正是每一個從業(yè)人員都面臨的問題；另一方面，將大數據引用到監(jiān)測系統中，不僅能夠充分對監(jiān)測系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(jiān)測系統的水平，從而建立起一個科學完備的公共建筑能耗監(jiān)測體系．