CN113691954A - 一种基于云计算的综合能源能耗管理系统 - Google Patents

一种基于云计算的综合能源能耗管理系统 Download PDF

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CN113691954A CN202110975067.7A CN202110975067A CN113691954A CN 113691954 A CN113691954 A CN 113691954A CN 202110975067 A CN202110975067 A CN 202110975067A CN 113691954 A CN113691954 A CN 113691954A
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Abstract

本发明提供了一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，包括数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块和数据管理模块；所述数据采集模块用于采用无线物联网终端获取企业的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述数据存储模块；所述数据存储模块用于采用云服务器对所述能耗数据进行存储；所述数据分析模块用于对数据存储模块存储的能耗数据进行分析，获得分析结果；所述数据管理模块用于对数据存储模块中存储的数据进行管理。本发明通过设置无线物联网终端来获取企业的能耗数据，同时通过云服务器对能耗数据进行保存。有利于降低企业对于能源消耗的管理的成本。

Description

一种基于云计算的综合能源能耗管理系统
技术领域
本发明涉及能源管理领域，尤其涉及一种基于云计算的综合能源能耗管理系统。
背景技术
现有的生产过程中，企业需要获取能源的消耗数据，然后对这些数据进行监测和分析，便于及时发现异常的能源消耗以及对能源消耗作出优化，从而在降低企业成本的同时，降低对能源的消耗，达到保护环境的效果。但是，现有的能源消耗数据的获取过程中需要对数据获取设备的通信线缆进行维护，成本比较高。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，包括数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块和数据管理模块；
所述数据采集模块用于采用无线物联网终端获取企业的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述数据存储模块；
所述数据存储模块用于采用云服务器对所述能耗数据进行存储；
所述数据分析模块用于对数据存储模块存储的能耗数据进行分析，获得分析结果；
所述数据管理模块用于对数据存储模块中存储的数据进行管理。
作为优选，所述能耗数据包括用水数据、用电数据、用气数据和用暖数据。
作为优选，所述数据采集模块包括无线物联网终端和数据转发终端；
所述无线物联网终端用于获取企业的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述数据转发终端；
所述数据转发终端用于将所述能耗数据传输至所述数据存储模块。
作为优选，所述无线物联网终端包括无线水表、无线电表、无线燃气表和无线暖气表；
所述无线水表用于获取企业的用水数据；
所述无线电表用于获取企业的用电数据；
所述无线燃气表用于获取企业的用气数据；
所述无线暖气表用于获取企业的用暖数据。
作为优选，所数据存储模块包括通信单元和存储单元；
所述通信单元用于与所述数据采集模进行通信，接收从所述数据采集模块发送过来的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述存储单元；
所述存储单元用于对接收通信单元传输过来的能耗数据，并对所述能耗数据进行存储。
作为优选，所述对数据存储模块存储的能耗数据进行分析，获得分析结果，包括：
根据预设的统计时间区间对能耗数据进行分类汇总，分别获得每种类型的能耗数据的总值；
根据耗能部门对所述能耗数据的总值进行计算，分别获得每个耗能部门在所述预设的统计时间周期内的每种类型的能耗数据的总值；
绘制在所述预设的统计时间周期内的每种类型的能耗数据的折线图；
根据预设的分析周期分别对每种类型的能耗数据进行同比分析，获得每种能耗数据的同比增长率。
作为优选，所述数据管理模块包括身份验证单元、指令获取单元和指令传输单元；
所述身份验证单元用于对使用数据管理模块的人员进行身份验证；
所述指令获取单元用于获取通过身份验证的人员输入的操作指令，并将所述操作指令传输至所述指令传输单元；
所述指令传输单元用于将所述操作指令发送至所述通信单元。
作为优选，所述数据存储模块还包括执行单元；
所述执行单元用于获取从所述通信单元传输过来的操作指令，并在所述存储单元中执行所述执行单元。
本发明通过设置无线物联网终端来获取企业的能耗数据，同时通过云服务器对能耗数据进行保存。有利于降低企业对于能源消耗的管理的成本。无线物联网终端不需要设置大量的通信线缆，主要通过数据转发终端来进行能耗数据的传输，能够极大地降低后续的运维的成本，从而降低企业对于能源消耗的管理的成本。采用云服务器进行保存，有利于对处于不同地域的子公司进行统一的能源消耗的管理。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1，为本发明一种基于云计算的综合能源能耗管理系统的一种示例性实施例图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示的一种实施例，本发明提供了一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，包括数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块和数据管理模块；
所述数据采集模块用于采用无线物联网终端获取企业的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述数据存储模块；
所述数据存储模块用于采用云服务器对所述能耗数据进行存储；
所述数据分析模块用于对数据存储模块存储的能耗数据进行分析，获得分析结果；
所述数据管理模块用于对数据存储模块中存储的数据进行管理。
本发明通过设置无线物联网终端来获取企业的能耗数据，同时通过云服务器对能耗数据进行保存。有利于降低企业对于能源消耗的管理的成本。无线物联网终端不需要设置大量的通信线缆，主要通过数据转发终端来进行能耗数据的传输，能够极大地降低后续的运维的成本，从而降低企业对于能源消耗的管理的成本。采用云服务器进行保存，有利于对处于不同地域的子公司进行统一的能源消耗的管理。
作为优选，所述能耗数据包括用水数据、用电数据、用气数据和用暖数据。
具体的，能耗数据还可以包括油料数据等，例如汽油消耗量。
作为优选，所述数据采集模块包括无线物联网终端和数据转发终端；
所述无线物联网终端用于获取企业的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述数据转发终端；
所述数据转发终端用于将所述能耗数据传输至所述数据存储模块。
具体的，无线物联网终端一般与输电线、燃气管、水管、暖气管等连接。在具体的设置上，可以根据具体的设置要起进行设置，例如，如果需要获取尽可能详细的用电数据，则可以为每一台用电设备设置一个无线电表，但是这样成本比较高，一般是分区域设置无线电表或者是根据机器的功能的不同设置无线电表，例如，对于用于照明的用电设备统一设计一个或多个无线电表等。
作为优选，所述数据转发终端还用于采用固定的时间周期将所述无线物联网终端分成主终端和从终端；
所述从终端用于获取能耗数据，并将所述能耗数据传输至主终端；
所述主终端用于将所述能耗数据传输至所述数据转发终端。
具体的，所述主终端还用于将自身采集的能耗数据传输至所述数据转发终端。
作为优选，所述数据转发终端采用以下方式将所述无线物联网终端分成主终端和从终端：
数据转发终端向无线物联网终端广播周期结束通知；
数据转发终端接收无线物联网终端返回的响应消息，所述响应消息包括无线物联网终端的电量情况、位置信息、数据转发量等。
数据转发终端根据所述响应消息将所述无线物联网终端分成主终端和从终端：
根据响应消息计算无线物联网终端的转发指数：
Figure BDA0003226994560000041
其中，ctb(h)表示无线物联网终端h的转发指数，sd表示无线物联网终端h和数据转发终端之间的通信延时，numcv(h)表示处于无线物联网终端h的通信半径内的其它无线物联网终端的总数，htd(h)表示无线物联网终端h和数据转发终端之间的平均通信跳数，enerf(h)表示无线物联网终端h的实时电量，eneri(h)表示无线物联网终端h的最大电量，dtl(h)表示无线物联网终端h进而处于无线物联网终端h的通信半径内的其它无线物联网终端之间的平均距离；
对转发指数从大到小进行编号，将编号小于SQ的无线物联网终端作为主终端，SQ表示主终端的总数；将剩余的无线物联网终端作为从终端。
本发明上述实施例，在划分主终端和从终端时，通过转发指数来进行划分。无线物联网终端的实时电量越大，和数据转发终端之间的平均通信跳数越小，处于无线物联网终端h的通信半径内的其它无线物联网终端的总数越大，平均距离越小，则转发指数越大。转发指数越大，则无线物联网终端能够负责的能耗数据就越多，单位长度的通信电量损耗就越低。这种定期划分的方式，能够有效地降低无线物联网之间的数据传输的冲突次数。同时也能够避免无线物联网终端直接与数据转发终端进行远距离通信的次数，有利于延长无线物联网终端单次换电后的工作总时长。从而避免了频繁为无线物联网终端更换电源，降低运维的压力。
作为优选，所述主终端的总数通过如下方式进行计算：
Figure BDA0003226994560000042
其中，aimdc(z)和aimdc(z-1)分别表示第z和第z-1个时间周期中，主终端的数量，vmsg表示第z-1个时间周期中能耗数据的总长度，permsg表示转发单位长度的能耗数据需要的电量，malst(z-1)和milst(z-1)分别表示第z-1个时间周期中主终端与数据转发终端之间的最大跳数和最小跳数，X表示常数系数。
本发明上述实施例，主终端的总数与上一个时间周期的能耗数据传输情况相关，能够根据上一个时间周期的能耗数据传输情况自适应地进行调节，从而获得合适的主终端的数量。
作为优选，所述无线物联网终端包括无线水表、无线电表、无线燃气表和无线暖气表；
所述无线水表用于获取企业的用水数据；
所述无线电表用于获取企业的用电数据；
所述无线燃气表用于获取企业的用气数据；
所述无线暖气表用于获取企业的用暖数据。
具体的，用水数据包括用水体积，用电数据包括用电度数，用气数据包括用气的体积，用暖数据包括用热量。
作为优选，所数据存储模块包括通信单元和存储单元；
所述通信单元用于与所述数据采集模进行通信，接收从所述数据采集模块发送过来的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述存储单元；
所述存储单元用于对接收通信单元传输过来的能耗数据，并对所述能耗数据进行存储。
作为优选，所述对数据存储模块存储的能耗数据进行分析，获得分析结果，包括：
根据预设的统计时间区间对能耗数据进行分类汇总，分别获得每种类型的能耗数据的总值；
根据耗能部门对所述能耗数据的总值进行计算，分别获得每个耗能部门在所述预设的统计时间周期内的每种类型的能耗数据的总值；
绘制在所述预设的统计时间周期内的每种类型的能耗数据的折线图；
根据预设的分析周期分别对每种类型的能耗数据进行同比分析，获得每种能耗数据的同比增长率。
具体的，对能耗数据的分析还可以包括阈值预警，即计算预先设定的时间区间内的能耗数据的总量，然后将所述总量与预先设定的比较阈值进行比较，若所述总量大于所比较阈值，则根据预设的提示方式进行预警。
作为优选，所述数据管理模块包括身份验证单元、指令获取单元和指令传输单元；
所述身份验证单元用于对使用数据管理模块的人员进行身份验证；
所述指令获取单元用于获取通过身份验证的人员输入的操作指令，并将所述操作指令传输至所述指令传输单元；
所述指令传输单元用于将所述操作指令发送至所述通信单元。
作为优选，所述数据存储模块还包括执行单元；
所述执行单元用于获取从所述通信单元传输过来的操作指令，并在所述存储单元中执行所述执行单元。
具体的，操作指令包括修改指令、删除指令和增加指令；修改指令主要是对存储单元中存储的能耗数据进行修改。删除指令主要是对存储单元中存储的能耗数据进行删除。增加指令主要是往存储单元中添加能耗数据。
作为优选，所述身份验证单元包括图像获取子单元、特征识别子单元、特征比对子单元和图像存储子单元；
所述图像获取子单元用于获取使用数据管理模块的人员的脸部图像，并将所述脸部图像传输至所述特征识别子单元；
所述特征识别子单元用于获取所述脸部图像的特征信息，并将所述特征信息传输至所述特征对比子单元；
所述特征对比子单元用于对所述特征信息与所述图像存储单元中存储的脸部图像的特征信息进行匹配，若匹配成功，则表示所述人员通过身份验证，若匹配失败，则表示所述人员没有通过身份验证；
所述图像存储子单元用于存储能够使用数据管理模块的人员的脸部图像。
由于能耗数据比较重要，因此，如果采用传统的账号密码的方式容易导致数据被恶意篡改。因此，采用了脸部识别的方式，来保证只有获得授权的人才能对能耗数据进行修改。
作为优选，所述获取所述脸部图像的特征信息，包括：
对所述脸部图像亮度调节处理，获得亮度调节图像；
将所述亮度调节图像转换为灰度图像；
对所述灰度图像进行图像分割处理，获得前景图像；
对所述前景图像进行滤波处理，获得滤波图像；
使用特征提取算反获取所述滤波图像中包含的特征信息。
本发明上述实施方式，亮度调节的处理，能够避免由于亮度分布不均匀影响后续的特征信息的准确性。同时本发明先获取前景图像再对图像进行滤波，有利于降低进入滤波阶段的像素点的数量，有利于提高身份验证的效率。从而提高本发明的安全性。
具体的，特征提取算法可以包括LBP特征提取算法、Harris特征提取算法等。
作为优选，所述对所述脸部图像亮度调节处理，获得亮度调节图像，包括：
对于脸部图像中的像素点n，通过如下方式判断其是否需要进行亮度调节处理：
若Lth1≤L(n)≤Lth2，则像素点n不需要进行亮度调节处理；若Lth1＞L(n)或Lth2＜L(n)，则像素点n需要进行亮度调节处理，Lth1和Lth2表示预先设定的第一判断阈值和第二判断阈值，L(n)表示像素点n在Lab颜色空间中对应的像素点的像素值；
采用如下方式对像素点进行亮度调节处理：
Figure BDA0003226994560000071
Figure BDA0003226994560000072
其中，
Figure BDA0003226994560000073
表示亮度调节处理后，像素点m在δ分量图像中的像素值，δ{R,G,B}，R、G、B表示RGB颜色空间中的三种分量，S1和S2分别表示预设的第一常数系数和第二常数参数，S1∈[21,31]，S2∈[61,71]，ctr(δ,m)表示像素点m在δ分量图像中的调节系数，mactr(δ,m)和mictr(δ,m)分别表示像素点m在δ分量图像中的T×T大小的邻域中的调节系数的最大值和最小值，gma(δ,m)表示像素点m在δ分量图像中的T×T大小的邻域中的像素值的最大值，L(δ,m)表示像素点m在δ分量图像中的像素值，bwd(δ,m)表示像素点m在δ分量图像中的T×T大小的邻域中的像素值的方差，P表示预设的控制系数；
将
Figure BDA0003226994560000074
组成亮度调节图像。
本发明上述亮度调节方式，在进行亮度调节处理时，并不是直接对所有的像素点进行亮度调节处理，而是先通过设置的判断阈值来判断当前的像素点是否需要进行亮度调节处理，然后再对需要进行亮度调节处理的像素的值进行处理，这种处理方式有效地减少了参与亮度调节处理的像素点的数量，有利于提高亮度调节处理的结果的准确性。从而提高本发明的数据的安全性。
在进行亮度调节处理时，通过分别对R、G、B三种分量图像进行处理，然后将处理后的三种分量图像合并得到处理后的亮度调节图像，这种处理方式有利于提高处理后的亮度分布的均匀性。
作为优选，所述对所述灰度图像进行图像分割处理，获得前景图像，包括：
使用肤色识别模型获取脸部图像中的皮肤像素点的集合uface；
获取uface在灰度图像中对应的像素点的集合ugray；
在灰度图像中获取ugray中的像素点的最小外接矩形，将所述最小外接矩形在所述灰度图像中包含的区域作为第一待处理图像；
对所述第一待处理图像进行图像分区处理，获得多个分区；
采用大津法对每个分区进行图像分割处理，获得每个分区中的前景像素点；
将所有分区中的前景像素点组成第二待处理图像；
采用形态学算法对所述第二待处理图像进行闭运算，获得前景图像。
在上述实施例中，本发明在对图像进行分割时，通过肤色检测模型和最小外接矩形的配合去除了大部分的背景像素点，而对于剩余的背景像素点，则是采用了先分区，然后分割在每个分区中进行图像分割的方式来进行去除。这种处理方式，减少了参与大津法运算的像素点的数量，同时缩小了大津法的引用范围，相较于现有的直接对整幅脸部图像进行图像分割处理的方式，效率更高，准确度更高。获得第二待处理图像后进行闭运算，有利于去除第二代处理图像中的空洞，获得高质量的前景图像。从而提高本发明的安全性。
作为优选，所述对所述第一待处理图像进行图像分区处理，获得多个分区，包括：
通过如下方式进行分区：
第1次分区，将所述第一待处理图像分成面积相同的Q个分区，将所述Q个分区存入待分区集合dfu1中；Q小于等于9；
第q次分区，判断dfuq-1中的分区的像素点的是否需要继续进行下一次的分区处理，若是，则将该分区存入待集合dfuq中，若否，则将该分区存入分区结果集合dffiu中；q≥2；
若dfuq中的元素的数量为0，则结束对第一待处理图像进行图像分区处理；
通过如下方式判断是否需要进行下一次的分区处理：
Figure BDA0003226994560000081
其中，simldx(c)表示分区c的分区参数，α、β、γ表示预设的权重参数，α+β+γ＝1，numbl(c)表示分区c中包含的边界像素点的数量，cas表示预设的边界像素点的数量的参考值，uc表示分区c中的像素点的集合，ft(d)表示分区c中的像素点d的梯度幅值，numuc表示uc中包含的像素点的总数，cbs表示预设的梯度方差参考值，st表示预设的像素点数量的参考值，
若simldx(c)大于预设的分区参数阈值，则分区c需要进行下一次的分区处理；
若simldx(c)小于等于预设的分区参数阈值，则分区c不需要进行下一次的分区处理。
本发明上述实施例，在对第一待处理图像进行图像分区处理时，并不像传统的图像分区处理那样，直接接第一待处理图像分成面积相同的分区然后便结束分区处理，而是先初步分成Q个分区，然后再采用多次分区的方式来获取最终的分区结果。Q的值非常大，因此，不会第一次分区处理获取到的分区中，均包含了前景像素点和背景像素点；而在后续的分区过程中，通过分区参数来判断是否需要进行下一次的分区处理，分区参数主要是反映分区中的像素点在边界像素点的数量、像素点的总数，梯度的差异等情况，分区参数越大，则分区中的像素点差异越大，边界像素点数量越多、梯度的差异越大，因此可以进行下一次的分区处理。这样获得的分区中，能够尽可能使得每个分区中均包好前景像素点和背景像素点，从而提高使用大津法进行图像分割处理的准确性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块和数据管理模块；
所述数据采集模块用于采用无线物联网终端获取企业的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述数据存储模块；
所述数据存储模块用于采用云服务器对所述能耗数据进行存储；
所述数据分析模块用于对数据存储模块存储的能耗数据进行分析，获得分析结果；
所述数据管理模块用于对数据存储模块中存储的数据进行管理。
2.根据权利要求1所述的一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，其特征在于，所述能耗数据包括用水数据、用电数据、用气数据和用暖数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，其特征在于，所述数据采集模块包括无线物联网终端和数据转发终端；
所述无线物联网终端用于获取企业的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述数据转发终端；
所述数据转发终端用于将所述能耗数据传输至所述数据存储模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，其特征在于，所述无线物联网终端包括无线水表、无线电表、无线燃气表和无线暖气表；
所述无线水表用于获取企业的用水数据；
所述无线电表用于获取企业的用电数据；
所述无线燃气表用于获取企业的用气数据；
所述无线暖气表用于获取企业的用暖数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，其特征在于，所数据存储模块包括通信单元和存储单元；
所述通信单元用于与所述数据采集模进行通信，接收从所述数据采集模块发送过来的能耗数据，并将所述能耗数据传输至所述存储单元；
所述存储单元用于对接收通信单元传输过来的能耗数据，并对所述能耗数据进行存储。
6.根据权利要求1所述的一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，其特征在于，所述对数据存储模块存储的能耗数据进行分析，获得分析结果，包括：
根据预设的统计时间区间对能耗数据进行分类汇总，分别获得每种类型的能耗数据的总值；
根据耗能部门对所述能耗数据的总值进行计算，分别获得每个耗能部门在所述预设的统计时间周期内的每种类型的能耗数据的总值；
绘制在所述预设的统计时间周期内的每种类型的能耗数据的折线图；
根据预设的分析周期分别对每种类型的能耗数据进行同比分析，获得每种能耗数据的同比增长率。
7.根据权利要求5所述的一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，其特征在于，所述数据管理模块包括身份验证单元、指令获取单元和指令传输单元；
所述身份验证单元用于对使用数据管理模块的人员进行身份验证；
所述指令获取单元用于获取通过身份验证的人员输入的操作指令，并将所述操作指令传输至所述指令传输单元；
所述指令传输单元用于将所述操作指令发送至所述通信单元。
8.根据权利要求7所述的一种基于云计算的综合能源能耗管理系统，其特征在于，所述数据存储模块还包括执行单元；
所述执行单元用于获取从所述通信单元传输过来的操作指令，并在所述存储单元中执行所述执行单元。
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