CN114845179A - 一种基于云平台的智慧高校节能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，该系统智慧高校节能管理系统安装在云服务器上，并与数据采集终端通信连接，所述智慧高校节能管理系统包括：数据采集模块，用于采集和上传水电表数据及将控制指令下达至水电表、以及视频图像采集；数据存储模块，用于将所述数据采集模块上传的数据、指令解析、异常信息和告警信息存储在云服务器；数据展现模块，用于用户操作、数据显示、配置管理、数据管理、能耗分析和告警分析；教务管理模块，用于校园教务系统数据同步管理；后勤管控模块，用于后勤部门对校园内设备进行运维管理。与现有技术相比，本发明具有远程抄表、云端存储、远程控制、智能识别、与教务系统数据互通等优点。

Description

一种基于云平台的智慧高校节能管理系统

技术领域

本发明涉及云平台远程监控及教务系统协同管理领域，尤其是涉及一种基于云平台的智慧高校节能管理系统。

背景技术

高校作为社会的重要组成部分，因人员密度较大，在水电的使用和消耗方面都占着非常大的比例，因此校园内的各种电力设施、水利设施的正常使用尤为重要。但是目前大多数高校还在使用较为传统的管理系统模式，这种模式需要耗费大量的人力、财力。在管理模式上较为混乱，同时安全性比较差。例如：当教学多媒体室无人使用时，该教室内的空调、照明灯设备仍处于运行状态时；当教学楼卫生间出现忘关水龙头或者漏水的情况时，不仅浪费资源，还增加了学校的耗电量、耗水量，增加了不必要的财力损耗。

经过检索，中国专利公开号CN102679493A公开了一种基于日程表的教学楼中央空调末端设备管理方法及系统及其实现方法，通过日程表的安排对教室的中央空调末端设备进行分类管理：对上课教室提前开启末端空调设备，且解除其控制权限；对非上课教室通过视频识别技术统计人数，并着眼于整座大楼对所有非上课教室的中央空调末端设备进行科学合理的统筹与安排。将本中央空调末端空调设备管理系统应用于教学楼中，可有效减少教学楼空调设备的能源浪费现象，减轻学校的能源负担，有助于绿色校园的建设；同时，各级授权管理部门可以通过网络远程对网络节点上不同区域的空调设备进行监控，对使用不合理的区域进行远程调控，达到节约能源的目的。但是该现有专利技术还是存在如下问题：

1)无法与教务系统进行数据互通；

2)针对校园用水、照明的节能需求无法实现；

3)未能整体显示智慧校园整体的用能情况。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，该系统具有远程抄表、云端存储、远程控制、智能识别、与教务系统数据互通、学校管控等功能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，该系统智慧高校节能管理系统安装在云服务器上，并与数据采集终端通信连接，所述智慧高校节能管理系统包括：

数据采集模块，用于采集和上传水电表数据及将控制指令下达至水电表、以及视频图像采集；

数据存储模块，用于将所述数据采集模块上传的数据、指令解析、异常信息和告警信息存储在云服务器；

数据展现模块，用于用户操作、数据显示、配置管理、数据管理、能耗分析和告警分析；

教务管理模块，用于校园教务系统数据同步管理；

后勤管控模块，用于后勤部门对校园内设备进行运维管理。

作为优选的技术方案，所述的数据采集终端包括：

摄像头，用于对教室内是否有人进行识别；

无线电表，用于实时采集教室内实时用电情况，内置4G流量卡或NB-IOT流量卡，通过无线网络和TCP协议与智慧校园节能管理系统连接；

无线水表，用于实时采集校园内实时用水情况，内置NB-IOT流量卡，通过无线网络连接AEP平台后再与智慧校园节能管理系统连接。

作为优选的技术方案，所述的无线电表分为单相和三相型号，上电后自动通过TCP协议与数据采集模块连接，用于监测用电回路的电压、电流、功率、电能信息，所述的无线电表接收来自数据采集模块的分闸和合闸指令，自动操作电表内的继电器完成分合闸的动作；所述的无线电表与数据采集模块的通讯协议使用AES加密方式加密，密钥固定。

作为优选的技术方案，所述的无线水表通过在电信AEP平台内配置数据订阅后与数据采集模块连接，水表内置锂电池；所述的无线水表接收来自数据采集模块向AEP平台推送的水表的开阀和关阀指令，自动操作水表内的阀门完成开阀和关阀的动作。

作为优选的技术方案，所述的数据采集模块还包括消息处理子模块，该消息处理子模块不间断从数据存储模块中的内存数据库中获取待处理任务，任务类型包含对水电表的分合闸；获取任务后，消息处理子模块对任务进行分解，将命令下发至对应的水电表，表计完成操作后回送指令，消息处理机制完成任务闭环，将任务关闭。

作为优选的技术方案，所述的数据存储模块内存数据库、关系型数据库和非关系型数据库；

所述无线电表和无线水表数据上传至数据采集模块后，数据存储模块首先将解析后的数据存储入内存数据库，此时同一块仪表的实时数据将被覆盖，供数据展现模块调取抄表实时数据；所述关系型数据库负责存储仪表拓扑、人员权限、操作记录的关系数据；数据存储模块定时从内存数据库中读取全部实时抄表数据，并将数据转存入非关系型数据库，非关系型数据库能够存储所有历史抄表数据，历史数据供展现模块呈现能耗分析、报警分析功能。

作为优选的技术方案，所述的数据展现模块包括WEB网站和APP，WEB网站和APP都具备电表控制子模块和水表控制子模块；

所述的电表控制子模块能够控制电表的远程分合闸，与教务管理模块相关联、形成任务传输给所述消息处理子模块；

所述水表控制子模块控制水表的远程开关阀，点击按钮后形成任务传输给所述消息处理子模块。

作为优选的技术方案，所述的数据展现模块还包括能耗分析子模块，用于查询每一台电表和水表的日、周、月、年的能耗数据，以及查询每一台电表和水表的实时抄表数据记录和历史抄表数据记录。

作为优选的技术方案，所述的数据展现模块还包括告警子模块，当与教务管理模块进行教室适应情况查询时，显示该教室未安排教学活动，自动生成报警信息，通过消息处理子模块将实时产生的所述报警信息转发至WEB网站和APP，WEB网站弹窗提醒，APP中推送提醒，并生成手机短信提醒后勤管理部门，并及时断电。

作为优选的技术方案，所述的后勤管控模块帮助后勤部门建设一个的大平台，能够对其所包含的具体设备的运行情况进行直观了解，并提供运维工单。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明能够实现一套系统同时管理电表和水表，实现水电的实时监控功能，电表利用的4G网络通信技术，无须部署通讯线，水表利用了NB-IOT的无线技术，无须部署电源线和通讯线，节约了成本；

2.本发明能够实现无人值守的水电管理，实现了后勤部门对节约水电的实时无人监控功能；

3.本发明实现教务系统与学校用能实时同步的功能；

4.本发明利用视频识别技术，对校园教室内的情况实时监测。避免出校资源浪费的现象。

附图说明

图1为本发明实施例中基于云平台的智慧校园节能系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中基于云平台的智慧校园节能系统的电表、空调、水表无人值守和控制过程示意图。

图3为本发明实施例中基于云平台的智慧校园节能系统的教务系统数据互通示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例中的一种基于云平台的智慧校园节能系统，该系统智慧高校节能管理系统安装在云服务器上，并与数据采集终端通信连接；

所述数据采集终端包括无线电表，安装在教室用电、室外路灯、过道灯回路，使用4G网络进行数据上传；无线水表，安装在卫生间用水回路，使用NB-IOT网络进行数据上传；电信AEP平台，作为NB-IOT网络的物联网数据采集平台，下接水表数据，解析后上传给智慧校园节能系统；空调控制系统，安装在教室、多媒体室、会议室、图书馆等场所，使用4G/WIFI进行数据上传；视频识别系统，安装在教室内、卫生间过道口、通过WIFI信号上传数据。

智慧校园节能系统，运行在阿里云上，接收水电表数据，数据存储解析，网站和APP等。

所述无线电表，可以监测用电回路的电压、电流、功率、电能等信息，内含继电器控制模块。继电器控制模块可以接受来自智慧校园节能系统的分闸和合闸指令，自动操作电表内的继电器完成分合闸的动作。所述无线水表，内置水费计量模块和阀控模块，内置NB-IOT流量卡并使用NB-IOT网络连接电信AEP平台，水表内置锂电池，可连续使用6年。水费计量模块可以监测用水回路的瞬时流量。数据采集模块将数据至电信AEP平台，每5分钟上报一次水表的瞬时流量。阀控模块可以接受来自智慧校园节能系统向电信AEP平台推送的水表的开阀和关阀指令，自动操作水表内的阀门完成开阀和关阀的动作。

其中无线电表能够计量用电回路的电压、电流、功率和总电能值，内置继电器，能够接受系统的指令实现远程分合闸，能够设置用电报警，当电表长时间处于用电情况时，向系统上传报警信息。并发送短信通知后勤人员排查；无线预付费水表能够计量用水回路的瞬时流量，内置阀门，能够接收系统的指令实现远程开关阀门，能够设置用水报警，当水表长时间处于用水状态时，向系统报警，并发送短信通知后勤人员排查。

当电表、水表和空调的使用时长超出限制时，系统自动生成告警信息，通过手机短信、邮件、微信小程序推送、微信公众号推送和语音电话中的一种或多种方式通知后勤人员；可以通过教务系统的安排，提前开启教室内的照明、空调等设备；租师生可通过网页、APP、微信小程序线上对教室进行申请使用。获取该教室用能设备的使用权限；教务系统与智慧校园节能系统数据互通，师生可用过智慧校园节能系统对日常教学安排进行查询。

所述电信AEP平台，作为中国电信公司打造的物联网平台，用于承接NB-IOT网络的硬件数据采集，以及和应用软件平台的数据对接。在此结构图上，主要是接受无线预付费水表的数据上传，并通过电信AEP平台中预置的profile文件格式转换解析数据，并通过提前的设置将数据推送给对应的智慧校园节能系统；智慧校园节能系统也能够对电信AEP平台发送水费充值命令和开关阀命令，由电信AEP平台在无线预付费水表在自我唤醒并上传数据的时刻，将命令下发至无线预付费水表，并在水表回复成功指令后，转发给智慧校园节能系统。

所述空调控制系统，可以监测空调设备的实时运行状态，内含空调控制模块。空调控制模块可以接受来自智慧校园节能系统的启停和调温指令，自动操作空调内的控制模块完成分合闸的动作。

所述视频识别系统，可以通过将本地摄像头获取的实时视频图像发送至云平台。通过对当前图像帧进行分析，判定该区域内是否有人员。与智慧校园节能系统进行数据同步，完成无人区域的设备控制。

所述教务系统，通过与原学校教务系统数据互通，获取日常教学活动，与教室安排情况，完成设备的提前开启与控制权限的授权。可通过手机APP、WEB端进行教室申请，实时同步教学日常活动。

所述智慧校园节能系统，包含数据采集模块，数据存储模块，数据展现模块，教务模块和后勤管控模块。数据采集模块负责采集水表、电表的抄表数据、空调运行状态以及视频图像采集，并解析数据后传输给数据存储模块，并接受来自数据展现模块的操作指令，下发给对应的电表、水表空调控制器；数据存储模块负责存储各类数据；数据展现模块包含WEB网站、微信小程序、和手机APP，负责与用户的交互，给用户呈现仪表抄表数据监控、仪表控制和学校日常教学活动等功能；教务模块负责管理学校日常教学活动以及教室在线申请功能；后勤管控模块，提供学校后勤日常运维报告。

所述数据采集模块包含消息处理子模块，该子模块不间断从数据存储模块中的内存数据库中获取待处理任务，任务类型包含对水电表的分合闸等。获取任务后，消息处理子模块对任务进行分解，将命令下发至对应的水电表，表计完成操作后回送指令，消息处理机制完成任务闭环，将任务关闭。

所述数据存储模块包含内存数据库，关系型数据库，非关系型数据库。水电表数据上传至数据采集模块后，数据存储模块首先将解析后的数据存储入内存数据库，此时同一块仪表的实时数据将被覆盖，供数据展现模块调取抄表实时数据；关系型数据库负责存储仪表拓扑、人员权限、操作记录等一些关系数据；数据存储模块定时从内存数据库中读取全部实时抄表数据，并将数据转存入非关系型数据库，非关系型数据库能够存储所有历史抄表数据，历史数据供展现模块呈现能耗分析、报警分析等功能。

所述数据展现模块还包括能耗分析子模块，能够查询每一台电表和水表的日、周、月、年的能耗数据，也可以查询每一台电表和水表的实时抄表数据记录和历史抄表数据记录。

所述数据展现模块还包括电表控制子模块和水表控制子模块。电表控制子模块能够控制电表的远程分合闸，与教务管理模块相关联、形成任务传输给所述消息处理子模块；水表控制子模块可以控制水表的远程开关阀，点击按钮后形成任务传输给所述消息处理子模块。

所述数据展现模块还包括告警子模块。当与教务管理模块进行教室适应情况查询时，显示该教室未安排教学活动，能够自动生成报警信息，通过消息处理子模块将实时产生的所述报警信息转发至WEB网站和APP，WEB网站弹窗提醒，APP中推送提醒，并生成手机短信提醒后勤管理部门，并及时断电。

本发明系统可运行于云服务器上，后勤管理可以通过WEB页面和手机APP进行远程控制和能耗分析，师生可通过教务模块对教室使用进行查询和申请；本发明能够对电表进行远程分合闸操作，对水表进行远程开关阀。对空调进行远程启停和调温。当无人使用情况下及时关闭设备，达到节能目的。

如图2所示，展现了无线电表、空调无人值守控制过程，首先，与教务系统数据互通，确定教室使用情况，若有教学安排则提前对电表、空调进行操作授权。通过数据采集模块对当前电表、空调控制器下发指令，使其正常运行；若无教学安排，使用人员可通过自己专属账号在教务系统模块中进行教室申请，以获取设备操作权限。未进行申请的情况下无法正常使用该教室内的空调、照明等设备。

同理，当管理员想要对无线电表进行断电和恢复供电操作时、对空调进行启动和停机操作时，操作流程与所述无线电表无人值守售电过程完全一致。

如图3所示，展现了无线水表无人值守节水过程，智慧校园系统通过对水表瞬时流量判定，获取当前用水情况。若水表瞬时流量大于限制，则通过摄像头获取当前位置图像信息，判定是否为正常使用。间隔两分钟再次进行检测。无人使用时，会自动关闭阀门，已达到节水效果

同理，当管理员想要对无线水表进行开关阀操作时，操作流程与所述无线预付费水表无人值守节水过程完全一致。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，该系统智慧高校节能管理系统安装在云服务器上，并与数据采集终端通信连接，所述智慧高校节能管理系统包括：

数据采集模块，用于采集和上传水电表数据及将控制指令下达至水电表、以及视频图像采集；

数据存储模块，用于将所述数据采集模块上传的数据、指令解析、异常信息和告警信息存储在云服务器；

数据展现模块，用于用户操作、数据显示、配置管理、数据管理、能耗分析和告警分析；

教务管理模块，用于校园教务系统数据同步管理；

后勤管控模块，用于后勤部门对校园内设备进行运维管理。

2.根据权利要求1所述的一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，所述的数据采集终端包括：

摄像头，用于对教室内是否有人进行识别；

无线电表，用于实时采集教室内实时用电情况，内置4G流量卡或NB-IOT流量卡，通过无线网络和TCP协议与智慧校园节能管理系统连接；

无线水表，用于实时采集校园内实时用水情况，内置NB-IOT流量卡，通过无线网络连接AEP平台后再与智慧校园节能管理系统连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，所述的无线电表分为单相和三相型号，上电后自动通过TCP协议与数据采集模块连接，用于监测用电回路的电压、电流、功率、电能信息，所述的无线电表接收来自数据采集模块的分闸和合闸指令，自动操作电表内的继电器完成分合闸的动作；所述的无线电表与数据采集模块的通讯协议使用AES加密方式加密，密钥固定。

4.根据权利要求2所述的一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，所述的无线水表通过在电信AEP平台内配置数据订阅后与数据采集模块连接，水表内置锂电池；所述的无线水表接收来自数据采集模块向AEP平台推送的水表的开阀和关阀指令，自动操作水表内的阀门完成开阀和关阀的动作。

5.根据权利要求2所述的一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，所述的数据采集模块还包括消息处理子模块，该消息处理子模块不间断从数据存储模块中的内存数据库中获取待处理任务，任务类型包含对水电表的分合闸；获取任务后，消息处理子模块对任务进行分解，将命令下发至对应的水电表，表计完成操作后回送指令，消息处理机制完成任务闭环，将任务关闭。

6.根据权利要求2所述的一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，所述的数据存储模块内存数据库、关系型数据库和非关系型数据库；

所述无线电表和无线水表数据上传至数据采集模块后，数据存储模块首先将解析后的数据存储入内存数据库，此时同一块仪表的实时数据将被覆盖，供数据展现模块调取抄表实时数据；所述关系型数据库负责存储仪表拓扑、人员权限、操作记录的关系数据；数据存储模块定时从内存数据库中读取全部实时抄表数据，并将数据转存入非关系型数据库，非关系型数据库能够存储所有历史抄表数据，历史数据供展现模块呈现能耗分析、报警分析功能。

7.根据权利要求5所述的一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，所述的数据展现模块包括WEB网站和APP，WEB网站和APP都具备电表控制子模块和水表控制子模块；

所述的电表控制子模块能够控制电表的远程分合闸，与教务管理模块相关联、形成任务传输给所述消息处理子模块；

所述水表控制子模块控制水表的远程开关阀，点击按钮后形成任务传输给所述消息处理子模块。

8.根据权利要求1所述的一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，所述的数据展现模块还包括能耗分析子模块，用于查询每一台电表和水表的日、周、月、年的能耗数据，以及查询每一台电表和水表的实时抄表数据记录和历史抄表数据记录。

9.根据权利要求5所述的一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，所述的数据展现模块还包括告警子模块，当与教务管理模块进行教室适应情况查询时，显示该教室未安排教学活动，自动生成报警信息，通过消息处理子模块将实时产生的所述报警信息转发至WEB网站和APP，WEB网站弹窗提醒，APP中推送提醒，并生成手机短信提醒后勤管理部门，并及时断电。

10.根据权利要求1所述的一种基于云平台的智慧高校节能管理系统，其特征在于，所述的后勤管控模块帮助后勤部门建设一个的大平台，能够对其所包含的具体设备的运行情况进行直观了解，并提供运维工单。

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