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(tǒng)中的大數(shù)據應用，從監(jiān)測系統(tǒng)的總設計框架入手，分別就物聯(lián)網中數(shù)據采集器設計方式、數(shù)據傳輸技術、數(shù)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(shù)據的公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)據；公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)；系統(tǒng)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(tǒng)不夠完善，無法對公共建筑的能耗數(shù)據做出概括，致使節(jié)能工作困難重重。另一方面，大數(shù)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(shù)據技術相結合，構建出一套科學完備的檢測系統(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

　　公共建筑內的能耗監(jiān)測大數(shù)據共分為兩類：一類是基于能耗監(jiān)測系統(tǒng)本身所采集的內部數(shù)據；另一類是來自公共服務部門、地理信息系統(tǒng)、氣象信息系統(tǒng)和互聯(lián)網的外部數(shù)據．這兩類數(shù)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(shù)據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，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)測涉及到大量復雜的數(shù)據，這時候就需要大數(shù)據技術對這些數(shù)據進行處理，實現(xiàn)能耗數(shù)據橫向縱向的對比．對公共建筑耗能數(shù)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(tǒng)計分析，提取其他建筑能耗指數(shù)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(lián)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(shù)據的公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)設計

　　2.1系統(tǒng)設計框架

　　基于大數(shù)據的能耗監(jiān)測系統(tǒng)采用的ＲＯＬＡＰ結構模式，即關系型聯(lián)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(shù)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(xiàn)大數(shù)據的功能，就需要構建一個數(shù)據采集和數(shù)據存儲的關系型聯(lián)機分析處理結構的數(shù)據庫，并且依照該數(shù)據庫進行數(shù)據挖掘、分析，從而實現(xiàn)能耗監(jiān)測系統(tǒng)的大數(shù)據化．

　　本系統(tǒng)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(xiàn)層、應用層、信息資源與數(shù)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(tǒng)的物理層，以保證實時數(shù)據傳輸；信息資源與數(shù)據層里包括了各類數(shù)據存儲庫，是數(shù)據信息通訊與存儲的基礎；應用層是該系統(tǒng)的主體，主要是對數(shù)據進行處理分析、模型計算，通過表現(xiàn)層對用戶根據需求進行恰當表達．

　　2.2數(shù)據采集器的設計

　　數(shù)據采集器是能耗監(jiān)測系統(tǒng)的物理層基礎，擁有數(shù)據采集、數(shù)據處理、數(shù)據存儲、數(shù)據遠傳、系統(tǒng)配置和異常處理等功能．在本系統(tǒng)中數(shù)據采集器主要表現(xiàn)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(shù)據的差別，以此對數(shù)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(shù)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(shù)據信息的進一步分析打下基礎．

　　2.3數(shù)據庫設計

　　數(shù)據庫作為能耗大數(shù)據的存儲和處理平臺，是能耗監(jiān)測系統(tǒng)是否成功的關鍵．本系統(tǒng)的數(shù)據庫包括數(shù)據中心及建筑部分基本情況數(shù)據庫、分類分項部分的能耗數(shù)據庫、設計安裝部分的數(shù)據庫和計量表部分的原始數(shù)值數(shù)據庫．監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)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(shù)據安全性和完整性控制，支持分布式數(shù)據處理，具有可移植性，保證了數(shù)據庫系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的運行；并引入了一系列輔助軟件來提高數(shù)據庫內數(shù)據開發(fā)的速度．

　　數(shù)據庫架構設計的關鍵是是否有一個清晰明確的數(shù)據庫概念模型．該模型明確各數(shù)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(xiàn)的前提下滿足用戶的各種信息需求．然后是基于數(shù)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(shù)據庫的需求主要集中在哪些方面，并以此開展數(shù)據庫的邏輯模型設計和數(shù)據庫管理系統(tǒng)進行數(shù)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(shù)據庫的各表和基礎輔助數(shù)據．

　　2.4通訊部分設計

　　數(shù)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(shù)據傳輸，從而構建了整個軟件系統(tǒng)的數(shù)據庫．數(shù)據通信主要包括了數(shù)據信息管理、數(shù)據文件合并、數(shù)據文件加載和數(shù)據文件上傳．這些不同的模塊構成數(shù)據通信層任務調度模塊，從而保證數(shù)據信息能夠得到處理．本系統(tǒng)設計的數(shù)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(shù)據傳輸網絡，基于ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議展開的，兩者通過該協(xié)議建立數(shù)據通信聯(lián)系．采集器具有數(shù)據定時上傳功能，發(fā)送周期根據系統(tǒng)實際需求進行設定，通過數(shù)據采集器定時向數(shù)據中心發(fā)送監(jiān)測數(shù)據來實現(xiàn)數(shù)據采集.

　　2.5應用部分設計

　　公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的應用設計應該包含以下方面：系統(tǒng)監(jiān)測功能、數(shù)據采集軟件功能、數(shù)據處理功能、數(shù)據上報與接收功能、消息管理功能、信息維護功能、數(shù)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(tǒng)的架構模式，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器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用．查詢人員可以通過網絡向系統(tǒng)發(fā)出查詢指令，系統(tǒng)根據用戶的相應權限來將數(shù)據發(fā)送給用戶，方便查詢人員進行隨時的查詢，確保系統(tǒng)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(tǒng)，各節(jié)點設定閾值，對出現(xiàn)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(tǒng)的檢測效率．應用部分也是數(shù)據挖掘的過程，利用這些數(shù)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(xiàn)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(tǒng)的安全和相關設備的安全：系統(tǒng)的安全防護主要從３個方面來體現(xiàn)，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(tǒng)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(tǒng)，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?。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)據的分析，通過這些大數(shù)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(shù)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(shù)、電表電流和變壓器負載，結合公共建筑電力運行的數(shù)據，來實現(xiàn)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(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網絡技術、GPRS無線傳輸技術、Web Service軟件技術、數(shù)據庫技術等于一體的大型數(shù)據綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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(shù)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(shù)、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(shù)：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(tǒng)框架

圖3系統(tǒng)框架

　　(1)能源消費管理系統(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進行定期錄入和實時采集，并將收集到的能耗數(shù)據進行整理存儲，為匯總分析和上報作數(shù)據支持。

　　(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(tǒng)

　　利用用能單位能耗數(shù)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(tǒng)

　　系統(tǒng)提供直觀、簡明、快捷的數(shù)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(tǒng)

　　通過系統(tǒng)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(shù)據挖掘分析，實現(xiàn)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(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)標準以及能源基礎知識、能源統(tǒng)計知識、節(jié)能監(jiān)測方法等資料；處理日常節(jié)能管理工作相關的公文、通知、公告等。

　　3.3系統(tǒng)網絡結構

　　系統(tǒng)把數(shù)據信息從各個企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺的數(shù)據庫系統(tǒng)，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(tǒng)結構

　　3.4能耗監(jiān)測系統(tǒng)產品選型

4、結語

　　總而言之，將大數(shù)據應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，越來越多的數(shù)據開始被記錄下來，如何利用這些數(shù)據正是每一個從業(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)據進行挖掘利用，還能夠利用到外部數(shù)據來提升監(jiān)測系統(tǒng)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．