CN112180780A - 一种智慧能耗监测管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智慧能耗监测管理系统及方法，系统包括：数据传感采集模块，采集用户的能耗资源用量信息；数据传输通信模块，对采集的能耗资源用量信息进行传输；数据分析与应用模块，接收所传输的能耗资源用量信息，实现物联网的智能计算和管理，同时对能耗大数据智能分析。本发明提供的能耗监测管理系统，采集用户现场的能耗资源用量信息并传输，实现物联网的智能计算和管理，同时对能耗大数据智能分析，能及时监测到跑冒滴漏等能源浪费问题，另外对数据精细化管理，量化用户规模，提供适合不同用户的节能方案，可以帮助企业减少能源损耗，提高能源利用率，降低能源成本。
Description
技术领域
本发明涉及能耗监测领域，尤其涉及一种智慧能耗监测管理系统及方法。
背景技术
随着手抄表的用能统计时代慢慢过去，我国绝大多数地区都换上了用能基表记录能耗数据，这节省了大量的人工成本和时间成本，但是对于能耗监测的本质目的—节能，却没有明显的帮助，用能中可避免的跑冒滴漏等能源浪费现象依旧频繁出现在了用户使用量当中。只有当管道故障或者用户操作不当出现事故或者数据明显异常时才开始维护，此时造成的损失已经无法挽回。
现有的能耗检测系统依据基表数据，在固定的时间周期内进行用能统计，数据无法精细化，只有大概的用能数字，同时无法量化用户的规模，也就无法制定适合不同用户规模的节能方案，其中还可能存在多系统并行的现象，投资和维护成本增加同时也无法将数据统一管理和实时监控。传统方案大多只在本地监控，数据传输的距离受限，工作人员在离开后无法得到实时的监控数据，出现故障即无法及时处理。
目前，智能数据采集器和能耗基表的通信仍然采用现场总线技术，LonWork通信距离远但安搭成本过高，低压载波成本低但抗干扰能力较弱。
此外，可用近距离无线通信技术种类繁多，如红外线、蓝牙等技术，这些技术可用于无线能耗监测，红外线通信设备较少，无法多设备联网通信，蓝牙技术如果想满足多设备的组网也需要高成本的系统开销。
可用于数据采集器和监控中心的有线技术有光纤通信网，光纤传输速度快但技术复杂，在已有建筑中采用光纤通信需要重新安设电缆，多出很多不必要的开支。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种智慧能耗监测管理系统及方法，及时监测到跑冒滴漏等能源浪费问题，同时对数据精细化管理，可以量化用户规模，提供适合不同用户的节能方案，可以帮助企业减少能源损耗，提高能源利用率，降低能源成本。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：
一种智慧能耗监测管理系统，包括：
数据传感采集模块，采集用户的能耗资源用量信息；
数据传输通信模块，对采集的能耗资源用量信息进行传输；
数据分析与应用模块，接收所传输的能耗资源用量信息，实现物联网的智能计算和管理，同时对能耗大数据智能分析。
进一步的是，所述数据传感采集模块包括电力采集器模块、水量采集器模块、用暖采集器模块和用气采集器模块。
进一步的是，所述采集器模块通过无线传感的方式和数据分析与应用模块在WSN中进行通信；
优选的，每个采集器模块均包括基表、采集器和控制器，所述采集器采集基表的数据并传输至控制器；
优选的，所述控制器连接有Lora模块、PTC供电模块、MODBUS转换模块、485接口模块和WIFI/ZIGBEE模块；
优选的，所述控制器为STM32F103RCT6控制器，控制器连接有晶振电路和sx1278模块；
优选的，控制器的第五引脚和第六引脚连接晶振电路，第二十至第二十三引脚连接sx1278模块的第十至第十三引脚；
优选的，所述晶振电路包括一个晶振和两个并联的电容，所述晶振连接控制器的第五引脚和第六引脚，所述两个并联电容一端连接晶振的两端，另一端接地；
优选的，所述基表为机械式基表，所述机械式基表表盘上设有传感装置，所述传感装置包括与基表指针同轴连接的传感指针，以及表盘四周均匀设置的多个转筒齿轮，所述传感指针与控制器连接，传感指针触碰转筒齿轮线路闭合，离开时断开。
进一步的是，所述数据传输通信模块包括：
数据连接接口，连接所述数据传感采集模块；
数据统计单元，连接所述数据连接接口，对传递过来的数据进行缓存并进行初步的分析和统计；
数据计算单元，连接所述数据连接接口和数据统计单元，对传递过来的数据进行初步的分析和计算；
传输单元，连接所述数据统计单元和数据计算单元，对统计和计算后的数据进行传输。
进一步的是，所述数据分析与应用模块包括：
数据存储单元，录入、增删改查管道的数据，以及工作流程和人员的数据，并采用分布式文件储存的方式，对接收到的数据进行储存；
实时监控单元，展示各个监测点详细数据，建立多维度目录以及现场详细的流程图，并对监测过程进行参数化查询以及管理；
能耗预测单元，展示不同用途单元的能耗占比，计算能源损耗及占比，同时对水、电、暖、气大数据智能分析，并推送节能方案至用户；
安全预警单元，根据设定的告警阈值自动判断并产生预警，同时通过短信主动报警，并设置有应急演练模拟功能子模块；优选的，所述应急演练模拟功能子模块包括软件系统模拟模块、软硬件和处置人员联合模拟演练模块。
本发明还提供了一种智慧能耗监测管理方法，包括以下步骤：
在管道的起始位置以及能耗出口处，安装数据传感采集模块的各类采集器；
将各类采集器采集的各类数据，传输至数据传输通信模块，并对其进行缓存以及初步的分析与计算；
将初步分析与计算后的数据，传输至数据分析与应用模块，并对各类数据进行智能计算和管理，同时对能耗大数据智能分析，包括以下步骤：
建立基础数据库，对能耗数据进行储存；
对能耗数据进行实时监控、智能分析以及安全预警。
进一步的是，所述建立基础数据库，对能耗数据进行储存，包括：
对现有系统管道介质、口径、设计压力、所属装置、工作流程、工作人员数据进行灵活录入、增删改查以及整合；
对录入、增删改查、整合的数据，以及计算和管理的数据，使用分布式文件储存；
优选的，所述文件储存包括客户端，以及与所述客户端分别连接的元数据库和多个数据库集群，文件读写都从客户端入口进行，数据库集群中保存数据的索引信息存放在元数据库中。
进一步的是，所述对能耗数据进行实时监控，包括：
根据用能结构和能耗用途，分类展示各个监测点详细数据，并建立多维度目录，统计维度按照用能测量结构、用途、自定义分组形成树形目录；
对各个监控点的现场建立详细的流程图；
对监测过程进行参数化查询；
利用监控移动终端APP进行管理。
进一步的是，所述对能耗数据进行智能分析包括：
通过统计各个用能单元的日/月/年能耗数据，按进线、厂区、车间不同层级形成能耗占比图及能耗报表，展示不同用途单元的能耗占比；
根据采集的表计数据，计算各层级间能源损耗及占比，并形成图表，当损耗值超过预设范围、或突然增大时，产生预警；
跟踪历史的最大需量负荷，并分析最优的基本电费申报方案；
调取各个监测点的功率曲线、电压不平衡度曲线、电流不平衡度曲线，并设定相关参数的基准值，快速定位电能质量不满足要求的时间、设备、异常值；
根据相应时间的用能情况分析各产品的单位能耗，并针对各项能耗进行横向和纵向对比；
通过微信公众号或者微信小程序，对用户推送能耗消息；
优选的，所述对能耗数据进行智能分析还包括水务大数据智能分析，包括以下分析内容：
自来水用量趋势分析：通过园区各个用水点位的数据变化情况，分析园区自来水用量趋势，首先导入常用的类库，然后导入用水点位数据，处理用水点位数据，检查数据是否稳定，若不稳定，将其变为稳定，并用这些稳定的数据结合ARIMA模型进行预测；
内涝风险评估：根据排水量、地势、管径、液位对城市存在内涝风险区域评估，用Pandas库导入和处理风险区域数据，利用常量的均值和方差评估数据，利用聚合的方法将时间轴缩短，以一段时间内星期/月/年的均值作为数据值，使不同时间段内的值差距缩小，然后利用MA模型对其进行评估；
降雨量与排水能力关系评估：求出当前时间数据与一段时间后数据的差值，利用差分化方法使处理后数据的均值和方差在时间轴上的振幅缩小，消除季节性影响，通过相关数据分析出当降雨量和排水能力直接的关系，根据降雨量预测提前做好应急措施；
管网负载评估：采取平滑的方式，以一个滑动窗口内的均值代替原来的值，并通过排水量及液位可综合评估相关管道最大负荷能力；
污水泵站负载/效率评估：求出每个时间段内的平均数据均值和标准差情况，如果数据的均值/标准差具有越来越大的趋势，是不稳定的，采用多项式过滤的方法，用回归模型来拟合现有数据，使得数据更平滑，分解数据时，对趋势和季节性分别建模再移除它们，根据上下游排水分析得出对应泵站负载及处理能力。
进一步的是，对能耗数据进行安全预警，包括：
设定上限和下限告警阈值，并根据设定的范围判断并产生预警，同时通过短信主动报警；
模拟各种突发事件的发生，并根据应急处理流程进行演练模拟；
配合联合模拟演练生产各种应急事件信息，并按照应急处置流程把信息推送到相关处置人员，同时人员现场处置完成后记录整个处置流程的相关数据。
优选的，数据分析与应用模块的各单元，采用浏览器端缓存和非关系型数据库相结合的方式进行不同项目之间的用户数据流通，包括如下步骤：
用户在第一次登录实时监控单元时，输入自己的信息；
将信息传入数据存储单元，数据存储单元创建一个对象，该对象保存一小段文本信息，同时该对象的键名任意，键值为通用唯一识别码类型；
将此键值作为该非关系型数据库中数据的键名存储到此非关系型数据库中，所存数据的键值为用户信息，同时设置此数据的失效时间；
当用户切换到能耗预测单元或安全预警单元时，在非关系型数据库中利用浏览器端缓存的通用唯一识别码类型进行查找，如果有，则直接切换，如果没有，则重复执行上述步骤。
本发明的有益效果：
本发明提供的能耗监测管理系统，采集用户现场的能耗资源用量信息并传输，实现物联网的智能计算和管理，同时对能耗大数据智能分析，能及时监测到跑冒滴漏等能源浪费问题，另外对数据精细化管理，量化用户规模，提供适合不同用户的节能方案，可以帮助企业减少能源损耗，提高能源利用率，降低能源成本。
本发明提供的能耗监测管理方法，将所有文档统一、有效的存储和管理起来，文件读写都从客户端入口进行，数据库集群中保存数据的索引信息存放在元数据库中，在文件系统内部，无需人工参与，系统会自动完成文件在不同数据库之间的复制、迁移、容错、并发读写等过程，在这些过程中始终保证数据的一致性。
本发明提供的能耗监测管理方法，能够对水务大数据智能分析，包括自来水用量趋势分析、内涝风险评估、降雨量与排水能力关系评估、管网负载评估、污水泵站负载/效率评估，以便于用户节约能耗、提前安排避免内涝危害、根据降雨量预测提前做好应急措施、综合评估相关管道最大负荷能力、对泵站升级改造提供指导意见。
本发明提供的能耗监测管理方法，采用浏览器端缓存和非关系型数据库相结合的方式进行不同项目之间的用户数据流通，能够将应用程序的不同功能单元通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来，各个模块逻辑上相连，物理上分开。
附图说明
图1为本发明系统的示意图；
图2为本发明控制器的连接图；
图3为本发明控制器的核心电路图；
图4为本发明的基表盘示意图；
图5为本发明基表盘连接控制器的电路图；
图6为本发明无线传输的示意图；
图7为本发明客户端的示意图；
图8为本发明实时监控单元的示意图；
图9为本发明压力监测的示意图；
图10为本发明形成能源损耗及占比的图表；
图11为本发明单位产值能耗分析的图表；
图12为本发明水务大数据智能分析图表；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种智慧能耗监测管理系统，包括：
数据传感采集模块，采集用户的能耗资源用量信息；
数据传输通信模块，对采集的能耗资源用量信息进行传输；
数据分析与应用模块，接收所传输的能耗资源用量信息，实现物联网的智能计算和管理，同时对能耗大数据智能分析。
如图1所示，数据传感采集模块包括电力采集器模块、水量采集器模块、用暖采集器模块和用气采集器模块，对用户的用水、用电、用气和用暖进行采集。
如图1所示，数据传输通信模块包括：
数据连接接口，连接数据传感采集模块；
数据统计单元，连接数据连接接口，对传递过来的数据进行缓存并进行初步的分析和统计；
数据计算单元，连接数据连接接口和数据统计单元，对传递过来的数据进行初步的分析和计算；
传输单元，连接数据统计单元和数据计算单元，对统计和计算后的数据进行传输。
如图1所示，数据分析与应用模块包括：
数据存储单元，录入、增删改查管道的数据，以及工作流程和人员的数据，并采用分布式文件储存的方式，对接收到的数据进行储存；
实时监控单元，展示各个监测点详细数据，建立多维度目录以及现场详细的流程图，并对监测过程进行参数化查询以及管理；
能耗预测单元，展示不同用途单元的能耗占比，计算能源损耗及占比，同时对水、电、暖、气大数据智能分析，并推送节能方案至用户；
安全预警单元，根据设定的告警阈值自动判断并产生预警，同时通过短信主动报警，并设置有应急演练模拟功能子模块；优选的，应急演练模拟功能子模块包括软件系统模拟模块、软硬件和处置人员联合模拟演练模块。
本系统中，数据传感采集模块通过无线传感的方式和数据分析与应用模块在WSN中进行通信，每隔十五分钟采集一次基表，数据采集器在采集到数据之后不仅需要将数据传输至计算统计，还需与实时监控中心进行双向数据传递。
数据传感采集模块所收集到的数据通过MODBUS通信协议由串口或以太网与数据统计和计算模块建立通信连接。MODBUS是常用的半双工通讯的软件层协议，本系统考虑采用MODBUS的RTU传输方式，此方式基于一主多从的通讯方式，每个从机都有唯一的地址码表明身份，可同时或分别接收主机的指令，如图2所述，每个采集器均连接有控制器，控制器连接有Lora模块、PTC供电模块、MODBUS转换模块、485接口模块和WIFI/ZIGBEE模块。
控制器为STM32F103RCT6控制器，通过不同串口连接Lora模块，MODBUS转换电路，RS485电路接口等，用于数据采集器以及统计计算模块的无线通信以及总线连接。
如图3所示，其为控制器的核心电路，主要包含引脚定义，晶振电路和sx1278模块。五脚和六脚即OSCIN(OUT)连接一个晶振，该晶振频率为8MHz，而其两端也要各自连接一个电容，且电容为20pf，同时两端电容都要保证一端连接晶振的同时，另一端接地。8M晶振承担芯片时钟的重要任务，不仅服务于芯片内部定时器，也服务于I/O口，STM32与SX1278的寄存器参数配置设定和数据收发均通过SPI接口进行，STM32对SX2178的寄存器开始写操作时，SPI数据输入口即MOSI对SX1278写入待操作寄存器地址并且置最高位为1，在下一个SCK时钟上升沿写入数据，STM32对SX2178的寄存器开始读操作时，MOSI输出待读寄存器地址，最高位置0表明读此寄存器的值，在下一个SCK时钟上升沿输出数据。
Lora技术是基于扩频技术出现后提出的新兴无线通信技术，传统无线扩频技术在相同能耗的情况下为了传递更多的数据流会牺牲传输速率，并且传递距离越远，速率越低。传统电水表并未使用扩频技术，因此限制了通信距离，此技术功能之一便解决这类问题，智能基表每增加一次计量单位，便有一个脉冲信号发送到控制器，控制器再通过Lora模块将信号发送至统计中心，便可在远距离实现即时的传感器无线通信。
跑冒滴漏等能源浪费情况不可避免，关键就在于如何能够及时地发现并处理，智能基表能表明周期时间内用能量的多少，此数据包含了用户已用能源，管道残留能源和传输浪费能源。在用能处的起始位置，通常没有传感设备，此系统将采用机械式传讯基表结合数据采集器的方式采集能源供应量。
如图4和5所示，在机械式基表盘的指针同轴处设置玻璃密封的传感装置，此装置是一个与基表盘同规格更小比例的表盘，其中指针与齿轮状的导片同为一种导电材料铁或铜镍等，每一个齿轮后连接同一导线，指针所连接导线接入控制器的I/O口，同时此装置指针是与机械基表的长指针同轴转动，当一个用能计量单位经过时小指针会同长指针一起转动一定角度，当小指针接触到可转动齿轮时，该线路闭合，离开齿轮时该线路断开，形成类似开关的中间装置，发出一个脉冲信号给数据采集器，再借此发送至数据统计模块进行能源供应量的总量统计。
根据现有能源运输管道大多采用的无缝薄壁钢管来看，国家测定此材料的用气损耗率为±0.35％(年使用量)，用水损耗率为±0.5％(年使用量)，用电损耗在生活用电的现有电表上可忽略不计，由此可知，当在数据统计模块中对比能耗供应处的流量和使用处智能基表的数据时，当差值比例超过国家测定标准，即可考虑是管道出现能源浪费现象，及时闭管检查处理。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，提供了一种智慧能耗监测管理方法，包括以下步骤：
一、在管道的起始位置以及能耗出口处，安装数据传感采集模块的各类采集器。
S11、安装各类智能采集器，通常于出水口或排气口等类似区域配备，用于判断此处的用能量，并且监测有无能源泄漏。
S12、判断各位置的能源有效利用率，除用户使用处的采集器外，在各管道起始位置配备采集器，进行数据采集。
S13、采集到的各类数据通过有线或无线的方式传递到图1所示的数据传输通信模块，通过数据连接接口接收数据。
二、将各类采集器采集的各类数据，传输至数据传输通信模块，并对其进行缓存以及初步的分析与计算。
S21、采用无线传输方式，避免了在建筑内部再布设线缆等，利用物联网的基础组成WSN无线传感网更适合用于已有建筑内的信息传输，WSN节点与电表等能耗设备相连，有无线自组网的方式采集分散开的水电气实时数据，数据采集器与基表在WSN节点中通信采用Lora无线技术，如图6所示。
S22、通过组建通讯网络将传感器采集的数据传输至图1的数据分析与应用模块，数据传输通信模块分别实现传感接入功能和信号传输功能，数据连接接口连接数据传感采集模块，传输单元包括无线传输和光纤传输，其中无线传输包含着4G和WIFI。
S23、依据步骤S22和图1所示，在数据连接接口与传输单元之间部署数据统计单元和数据计算单元，对步骤S13传递过来的数据进行缓存并进行初步的分析与计算，然后再通过传输单元传输到数据分析与应用模块。
三、建立基础数据库，对能耗数据进行储存。
S31、对现有系统管道介质、口径、设计压力、所属装置等数据进行灵活录入，拥有权限的管理人员可对数据进行增删改查。
S32、对现有系统信息的接入，这些被数据传感采集模块收集的数据通过步骤二转发到数据分析与应用模块，并存储在数据单元的数据服务器上，支持各种主流现场仪表和传感器通讯协议，在现场设备有通讯接口的情况下可以直接采集现场仪表和传感器的数据。
S33、统一的能耗监测基础数据库建立，除了使用步骤一的仪器仪表、传感器等所采集的数据，还需要对工作流程、工作人员等信息进行录入和整合。
本智慧能耗监测方案会在数据传感采集模块产生大量的信息内容和文件用于分析，那么就需要平台提供强大的文件存储能力，同时也考验着平台对文件上传下载的承载能力。传统的业务系统都有自己单独的文件存储目录，甚至相同的文件还必须在各个业务子系统之间来回上传下载，非常占用存储空间，且文件散落在各个地方，很不系统。为了将所有文档统一、有效的存储和管理起来，本智慧能耗监测方案使用如图7所示的文件存储架构，要求文件读写都从客户端入口进行，数据库集群中保存数据的索引信息存放在元数据库中，在文件系统内部，无需人工参与，系统会自动完成文件在不同数据库之间的复制、迁移、容错、并发读写等过程，在这些过程中始终保证数据的一致性。
四、实时监控单元对能耗数据进行实时监控。
S41、根据用能结构，能耗用途分类展示各个监测点(水表、气表、电表)详细数据，建立多维度目录，统计维度可按照用能测量结构、用途、自定义分组形成树形目录。
S42、系统中对各个监控点的现场建立详细的流程图，使管理人员随时能够对监控点的内部流程进行管理，熟悉站点内部使用的所有设备及其品牌、型号和维护联系方式，如图8所示。
S43、对过程进行参数化查询，管理部门能够实时地掌握各监控点现场各参数运行，例如对压力、流量、温度等的监测，图9是对压力的监测。
S44、将监控系统移动端APP安装在监测人员的移动设备中，通过图1的数据采集的各个模块部件采集能源泄露位置信息，并通过图1的传输单元传入到数据分析和应用模块，来对其进行管理。
五、能耗预测单元对能耗数据进行智能分析。
S51、能耗分析通过统计各个用能单元的日/月/年能耗数据，按进线、厂区、车间不同层级形成能耗占比图及能耗报表。可直观展示不同用电单元的能耗占比，不同用途单元的能耗占比。
S52、系统根据采集的表计数据，自动计算各层级间能源损耗及占比，并形成图表。当损耗值超过预设范围、或突然增大，系统将产生预警。便于用户识别漏电、设备故障、水/燃气的“跑、冒、滴、漏”等异常现象，如图10所示。
S53、系统通过跟踪历史的最大需量负荷，通过智能算法分析最优的基本电费申报方案。用户在录入相关系统的分析参数后，系统将提供如下的分析结果：对当前的基本电费(容量电费)、最优的(费用最低)的申报方式、最优的(费用最低)的申报容量、最优的(费用最低)的基本电费，通过该功能，用户可根据分析结果，结合未来的生产方式得出最优的申报方式和申报容量，从而节约基本电费。
S54、电能质量分析，系统可调取各个监测点的功率曲线、电压不平衡度曲线、电流不平衡度曲线。同时可设定相关参数的基准值，以快速定位电能质量不满足要求的时间、设备、异常值等。
S55、单位产值能耗分析，通过对接三方系统或录入对应车间产品产量，系统可根据相应时间的用能情况分析各产品的单位能耗，并针对各项能耗进行横向和纵向对比，如图11所示。
S56、建立消息中心，将节能方案通过消息中心来推送，为了让用户能够方便快捷的得到最新的平台消息，消息可以通过不同渠道传达给用户，由于现阶段微信的用户量庞大，故本方案选用微信，还需建立一个微信公众号，用户关注企业公众号后，企业方可推送微信消息给用户。
对能耗数据进行智能分析还包括水务大数据智能分析，如图12所示，包括以下分析内容：
①自来水用量趋势分析：通过园区各个用水点位的数据变化情况分析园区自来水用量趋势，首先导入常用的类库，然后导入用水点位数据，处理用水点位数据，检查数据是否稳定，若不稳定，将其变为稳定，并用这些稳定的数据结合ARIMA模型进行预测。
②内涝风险评估：根据排水量、地势、管径、液位可对城市存在内涝风险区域评估，用Pandas库导入和处理风险区域数据，利用常量的均值和方差评估数据，利用聚合的方法将时间轴缩短，以一段时间内星期/月/年的均值作为数据值。使不同时间段内值的差距缩小，然后利用MA模型对其进行评估，最后相关部门可提前安排避免内涝危害。
③降雨量与排水能力关系评估：求出当前时间数据与一段时间后数据的差值，利用差分化方法使处理后数据的均值和方差在时间轴上的振幅缩小，消除季节性影响，通过相关数据分析出当降雨量和排水能力直接的关系，根据降雨量预测提前做好应急措施。
④管网负载评估：采取平滑的方式，以一个滑动窗口内的均值代替原来的值，为了使值之间的差距缩小，通过排水量及液位可综合评估相关管道最大负荷能力。
⑤污水泵站负载/效率评估：求出每个时间段内的平均的数据均值和标准差情况，如果数据的均值/标准差具有越来越大的趋势，是不稳定的，采用多项式过滤的方法，用回归模型来拟合现有数据，使得数据更平滑，分解数据时，对趋势和季节性分别建模再移除它们，根据上下游排水可分析得出对应泵站负载及处理能力，对泵站升级改造提供指导意见。
六、安全预警单元对能耗数据进行安全预警。
系统支持选择不同表计、不同的数据设定上限和下限告警阈值，系统将根据设定的范围自动判断并产生预警。如过电压、低电压、负荷过高等。针对不同的指标设置，可选择每天不同的生效时间段。
设置短信主动报警的内容包括：数据超限报警(上限、上上限、下限、下下限)、设备异常报警、人员异常报警、其它可设报警。
建立应急演练模拟功能子模块，在这个功能模块中主要从两个方面进行应急演练模拟：
1、软件系统模拟，软件系统可以模拟各种突发事件的发生，并根据应急处理流程进行演练模拟。通过软件系统对应急演练进行模拟可以帮助管廊管理人员对应急事件处置流程进行完善，同时也是对于员工进行应急事件处置的一种信息化培训手段。
2、软硬件和处置人员联合模拟演练，软件系统可以配合联合模拟演练生产各种应急事件信息，并按照应急处置流程把信息推送到相关处置人员，同时人员现场处置完成后系统会记录整个处置流程的相关数据，为最终演练效果评估提供数据支撑。
本智慧能耗监测方案面向服务体系架构(SOA)能够将应用程序的不同功能单元通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来，各个模块逻辑上相连，物理上分开，传统的架构用户访问每个模块需要重新进行用户验证，因为每个模块是一个单独的项目，分布在不同的物理机上。
为了解决此问题，本智慧耗能监测方案采用浏览器端缓存和非关系型数据库相结合的方式进行不同项目之间的用户数据流通，用户在第一次登录实时监控单元时，需要输入自己的信息，然后传入数据存储单元，数据存储单元第一步需要先创建一个对象，该对象保存一小段文本信息(键名-键值格式)，然后该对象的键名任意，键值为通用唯一识别码类型，然后将此键值作为该非关系型数据库中数据的键名存储到此非关系型数据库中，所存数据的键值为用户信息，同时设置此数据的失效时间，当用户切换到能源预测单元或安全单元时，会利用上述所说的浏览器端缓存的通用唯一识别码类型到该非关系型数据库中查找，如果有，则直接切换，如果没有，则重复执行上述步骤：重复执行用户在第一次登录实时监控单元时，输入自己的信息等操作，一直到所标记的这个位置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种智慧能耗监测管理系统，其特征在于，包括：
数据传感采集模块，采集用户的能耗资源用量信息；
数据传输通信模块，对采集的能耗资源用量信息进行传输；
数据分析与应用模块，接收所传输的能耗资源用量信息，实现物联网的智能计算和管理，同时对能耗大数据智能分析。
2.如权利要求1所述的能耗监测管理系统，其特征在于，所述数据传感采集模块包括电力采集器模块、水量采集器模块、用暖采集器模块和用气采集器模块。
3.如权利要求2所述的能耗监测管理系统，其特征在于，所述采集器模块通过无线传感的方式和数据分析与应用模块在WSN中进行通信；
优选的，每个采集器模块均包括基表、采集器和控制器，所述采集器采集基表的数据并传输至控制器；
优选的，所述控制器连接有Lora模块、PTC供电模块、MODBUS转换模块、485接口模块和WIFI/ZIGBEE模块；
优选的，所述控制器为STM32F103RCT6控制器，控制器连接有晶振电路和sx1278模块；
优选的，控制器的第五引脚和第六引脚连接晶振电路，第二十至第二十三引脚连接sx1278模块的第十至第十三引脚；
优选的，所述晶振电路包括一个晶振和两个并联的电容，所述晶振连接控制器的第五引脚和第六引脚，所述两个并联电容一端连接晶振的两端，另一端接地；
优选的，所述基表为机械式基表，所述机械式基表表盘上设有传感装置，所述传感装置包括与基表指针同轴连接的传感指针，以及表盘四周均匀设置的多个转筒齿轮，所述传感指针与控制器连接，传感指针触碰转筒齿轮线路闭合，离开时断开。
4.如权利要求1所述的能耗监测管理系统，其特征在于，所述数据传输通信模块包括：
数据连接接口，连接所述数据传感采集模块；
数据统计单元，连接所述数据连接接口，对传递过来的数据进行缓存并进行初步的分析和统计；
数据计算单元，连接所述数据连接接口和数据统计单元，对传递过来的数据进行初步的分析和计算；
传输单元，连接所述数据统计单元和数据计算单元，对统计和计算后的数据进行传输。
5.如权利要求1所述的能耗监测管理系统，其特征在于，所述数据分析与应用模块包括：
数据存储单元，录入、增删改查管道的数据，以及工作流程和人员的数据，并采用分布式文件储存的方式，对接收到的数据进行储存；
实时监控单元，展示各个监测点详细数据，建立多维度目录以及现场详细的流程图，并对监测过程进行参数化查询以及管理；
能耗预测单元，展示不同用途单元的能耗占比，计算能源损耗及占比，同时对水、电、暖、气大数据智能分析，并推送节能方案至用户；
安全预警单元，根据设定的告警阈值自动判断并产生预警，同时通过短信主动报警，并设置有应急演练模拟功能子模块；优选的，所述应急演练模拟功能子模块包括软件系统模拟模块、软硬件和处置人员联合模拟演练模块。
6.一种使用权利要求1-5任意一项系统的能耗监测管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
在管道的起始位置以及能耗出口处，安装数据传感采集模块的各类采集器；
将各类采集器采集的各类数据，传输至数据传输通信模块，并对其进行缓存以及初步的分析与计算；
将初步分析与计算后的数据，传输至数据分析与应用模块，并对各类数据进行智能计算和管理，同时对能耗大数据智能分析，优选的，包括以下步骤：
建立基础数据库，对能耗数据进行储存；
对能耗数据进行实时监控、智能分析以及安全预警。
7.如权利要求6所述的能耗监测管理方法，其特征在于，所述建立基础数据库，对能耗数据进行储存，包括：
对现有系统管道介质、口径、设计压力、所属装置、工作流程、工作人员数据进行灵活录入、增删改查以及整合；
对录入、增删改查、整合的数据，以及计算和管理的数据，使用分布式文件储存；
优选的，所述文件储存包括客户端，以及与所述客户端分别连接的元数据库和多个数据库集群，文件读写都从客户端入口进行，数据库集群中保存数据的索引信息存放在元数据库中。
8.如权利要求7所述的能耗监测管理方法，其特征在于，所述对能耗数据进行实时监控，包括：
根据用能结构和能耗用途，分类展示各个监测点详细数据，并建立多维度目录，统计维度按照用能测量结构、用途、自定义分组形成树形目录；
对各个监控点的现场建立详细的流程图；
对监测过程进行参数化查询；
利用监控移动终端APP进行管理。
9.如权利要求7所述的能耗监测管理方法，其特征在于，所述对能耗数据进行智能分析，包括：
通过统计各个用能单元的日/月/年能耗数据，按进线、厂区、车间不同层级形成能耗占比图及能耗报表，展示不同用途单元的能耗占比；
根据采集的表计数据，计算各层级间能源损耗及占比，并形成图表，当损耗值超过预设范围、或突然增大时，产生预警；
跟踪历史的最大需量负荷，并分析最优的基本电费申报方案；
调取各个监测点的功率曲线、电压不平衡度曲线、电流不平衡度曲线，并设定相关参数的基准值，快速定位电能质量不满足要求的时间、设备、异常值；
根据相应时间的用能情况分析各产品的单位能耗，并针对各项能耗进行横向和纵向对比；
通过微信公众号或者微信小程序，对用户推送能耗消息；
优选的，所述对能耗数据进行智能分析还包括水务大数据智能分析，包括以下分析内容：
自来水用量趋势分析：通过园区各个用水点位的数据变化情况，分析园区自来水用量趋势，首先导入常用的类库，然后导入用水点位数据，处理用水点位数据，检查数据是否稳定，若不稳定，将其变为稳定，并用这些稳定的数据结合ARIMA模型进行预测；
内涝风险评估：根据排水量、地势、管径、液位对城市存在内涝风险区域评估，用Pandas库导入和处理风险区域数据，利用常量的均值和方差评估数据，利用聚合的方法将时间轴缩短，以一段时间内星期/月/年的均值作为数据值，使不同时间段内的值差距缩小，然后利用MA模型对其进行评估；
降雨量与排水能力关系评估：求出当前时间数据与一段时间后数据的差值，利用差分化方法使处理后数据的均值和方差在时间轴上的振幅缩小，消除季节性影响，通过相关数据分析出当降雨量和排水能力直接的关系，根据降雨量预测提前做好应急措施；
管网负载评估：采取平滑的方式，以一个滑动窗口内的均值代替原来的值，并通过排水量及液位综合评估相关管道最大负荷能力；
污水泵站负载/效率评估：求出每个时间段内的平均数据均值和标准差情况，如果数据的均值/标准差具有越来越大的趋势，则是不稳定的，采用多项式过滤的方法，用回归模型来拟合现有数据，使得数据更平滑，分解数据时，对趋势和季节性分别建模再移除，根据上下游排水分析得出对应泵站负载及处理能力。
10.如权利要求7所述的能耗监测管理方法，其特征在于，对能耗数据进行安全预警，包括：
设定上限和下限告警阈值，并根据设定的范围判断并产生预警，同时通过短信主动报警；
模拟各种突发事件的发生，并根据应急处理流程进行演练模拟；
配合联合模拟演练生产各种应急事件信息，并按照应急处置流程把信息推送到相关处置人员，同时人员现场处置完成后记录整个处置流程的相关数据；
优选的，数据分析与应用模块的各单元，采用浏览器端缓存和非关系型数据库相结合的方式进行不同项目之间的用户数据流通，包括如下步骤：
用户在第一次登录实时监控单元时，输入自己的信息；
将信息传入数据存储单元，数据存储单元创建一个对象，该对象保存一小段文本信息，同时该对象的键名任意，键值为通用唯一识别码类型；
将此键值作为该非关系型数据库中数据的键名存储到此非关系型数据库中，所存数据的键值为用户信息，同时设置此数据的失效时间；
当用户切换到能耗预测单元或安全预警单元时，在非关系型数据库中利用浏览器端缓存的通用唯一识别码类型进行查找，如果有，则直接切换，如果没有，则重复执行上述步骤。
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Denomination of invention: A Smart Energy Consumption Monitoring and Management System and Method Granted publication date: 20210427 Pledgee: Chengdu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Juqiao sub branch Pledgor: SICHUAN NINEGATE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980014044 |