CN115293633A - 一种数字化隧道节能分析管理系统 - Google Patents

Abstract

一种数字化隧道节能分析管理系统，包括能耗监测系统、能耗分析管理系统、节能管理平台和信息安全保障体系，能耗监测系统包括能耗总览和能耗地图，能耗分析管理系统包括照明能耗分析、通风能耗分析和排水能耗分析，节能管理平台包括照明运行优化管理、通风运行优化管理和排水运行优化管理，能耗监测系统获取的数据传输给能耗分析管理系统，能耗分析管理系统将照明、通风和排水分析数据发送给节能管理平台，信息安全保障系统保护数据在能耗监测系统、能耗分析管理系统和节能管理平台的安全运行。本发明将隧道运营数据资产化，通过大数据行业对标及核心算法挖掘，为隧道运营提供节能降耗解决手段，助力隧道管理智能化，降低运营成本。

Description

一种数字化隧道节能分析管理系统

技术领域

本发明涉及能源节能管理技术领域，尤其涉及一种数字化隧道节能分析管理系统。

背景技术

当前，节能减排工作十分必要。在当前科学技术信息迅猛发展的形势下，大数据分析对节能领域越来越重要。大数据是快速、复杂、多变的信息集合，需要以全新的方式去处理分析，使得决策能力、对数据的敏感性、解决方案最优化能力等得到提升，成本、能源得到控制。目前对隧道沿线重要构筑物实施机电设备监控，并没有从系统节能的观点出发，把变配电及负荷、照明系统、通风系统、排水系统等都纳入节能监控的潜在对象，但对隧道能源数据分析管理的不足，没有做到统一的规划和部署。

发明内容

本发明为解决上述问题提供了一种数字化隧道节能分析管理系统，有效提升隧道管理水平，降低运营成本。

本发明所采取的技术方案：

一种数字化隧道节能分析管理系统，包括能耗监测系统、能耗分析管理系统、节能管理平台和信息安全保障体系，能耗监测系统包括能耗总览和能耗地图，能耗监测系统将隧道的机电各系统能耗计量仪表采集的数据进行整理，得到隧道的总能源消耗量和不同能源种类、不同功能系统分项消耗量，并通过能耗总览和能耗地图展示，能耗分析管理系统包括照明能耗分析、通风能耗分析和排水能耗分析，节能管理平台包括照明运行优化管理、通风运行优化管理和排水运行优化管理，能耗监测系统获取的数据传输给能耗分析管理系统，能耗分析管理系统将照明、通风和排水分析数据发送给节能管理平台，信息安全保障系统保护数据在能耗监测系统、能耗分析管理系统和节能管理平台的安全运行。

所述的能耗总览能全方位的展示总能耗信息，包括覆盖的能耗设备监控个数、能耗设备类别、实时能耗、当日能耗总量、当月能耗总量、当季能耗总量、当年能耗总量，同时分分项类别、分能源类别展示能源消费结构。

所述的能耗地图结合BIM综合展示系统显示系统监测的能耗设备在隧道的分布图，分布图包括设备的当前能耗情况，同时为监测的能耗设备提供历史的运行和耗能展示，分阶段进行比较。

所述的能耗分析管理系统包括的照明能耗分析模型、通风能耗分析模型和排水能耗分析模型，旨在通过分项能耗监测系统提供的数据基础上，进行大数据能耗算法分析，同时结合实际隧道运维管理工作，将能耗数据与隧道日常运营工作紧密结合，建立相关的数学模型，并通过计算机学习技术，在不断的数据积累和运营工作的经验积累下，让模型更加成熟，从而达成最优的节能降耗的目的。

所述的照明能耗分析模型结合能见度、天气情况、行驶时间、隧道灯光亮度、车辆驾驶舒适度的因素，按照一定的计算方式建立能耗分析模型，并在后期通过结合实际隧道运营工作，不断的优化计算方式和参数，以达到在安全的基础上实现经济运行的目标。

所述的通风能耗分析模型将隧道内的CO浓度、粉尘浓度、有毒有害气体浓度和风速风向因素的数据按照一定的计算方式建立能耗分析模型，并在后期通过结合实际隧道运营工作，不断的优化计算方式和参数，以达到保证隧道安全的基础上实现经济运行的目标。

所述的排水能耗分析模型将隧道内的渗水管流速、集水池水位、泵运行状态因素按照一定的计算方式建立能耗分析模型，并在后期通过结合实际隧道运营工作，不断的优化计算方式和参数，以达到保证隧道安全的基础上实现经济运行的目标。

所述的照明运行优化管理通过大数据的技术手段对实时的信息进行检测，并通过机器学习的数据模型，更好的预测和优化照明灯具的运行参数，实现渐变式的“按需照明”，同时监控照明系统安装后的光输出变化，有助于进一步优化照明设备最佳更换周期，实现隧道口照度自适应功能，实现在不同季节、天气、时间段条件下的照度无差别光线自适应过渡，形成良好的行车环境。

所述的通风运行优化管理采取的通风优化模型通过机器学习的方法，挖掘出车流量，排风强度，隧道内空气流速因素和CO、粉尘、有毒有害气体浓度之间的相关关系，计算出实时的隧道需风量和实时的隧道所需射流风机的台数及功率，从而控制射流风机的开启和关闭的台数，同时保证洞内各组射流风机的运行的总时间基本相同和射流风机在整个隧道中的开启台数基本上保持均匀布置，解决隧道监控日常稀释CO、粉尘、有毒有害气体的隧道换气日常隧道监控场景。

所述的排水运行优化管理通过泵站控制系统，对采集到的泵站、管道、设备运行参数进行监督与测算，建立水泵运行需求功率和当前水位、涌水量、渗水的趋势、天气气象、排水口水位之间的关系，建立相关的模型进行需求功率预测，制定排水策略。

本发明的有益效果：本发明一是建立若干大数据模型，通过科学的分析和挖掘，研究各类别数据的相互关联性，建立相关性模型，得出运营效率、运营成本等，用数字化把能量来源、电网、设备等联系到一起，形成一个整合的大数据解决方案；二是建立可视化大数据系统，根据大数据分析，提供可视化界面的完善调度监控和便捷的告警管理，实时监控任务运行状态，分析汇总图表，出错及时告警，避免业务故障；三是降低运维成本。结合实际项目需求和隧道运维业务场景，进行技术探索，有效提升海底隧道能源使用效率，达到降本增效，降低隧道运营成本的目的。

附图说明

图1为本发明的框架结构示意图。

具体实施方式

一种数字化隧道节能分析管理系统，包括能耗监测系统、能耗分析管理系统、节能管理平台和信息安全保障体系，能耗监测系统包括能耗总览和能耗地图，能耗监测系统将隧道的机电各系统能耗计量仪表采集的数据进行整理，得到隧道的总能源消耗量和不同能源种类、不同功能系统分项消耗量，并通过能耗总览和能耗地图展示，能耗监测系统采用大数据技术、物联网为支撑，通过能源传感器等物联网手段和CAN总线等通信协议实时采集电、水等各项能源相关数据，以大数据的模式进行存储，能耗监测系统获取的大数据为后续的能耗分析管理系统的分析和计算提供全面的数据基础，能耗分析管理系统包括照明能耗分析、通风能耗分析和排水能耗分析，节能管理平台包括照明运行优化管理、通风运行优化管理和排水运行优化管理，能耗监测系统获取的数据传输给能耗分析管理系统，能耗分析管理系统将照明、通风和排水分析数据发送给节能管理平台，节能管理平台控制设备主要为两种方式，一种为以OPC协议等数据接口的形式，对接设备运行控制管理软件，另一种以PLC通讯接口或串口的形式，对接具体设备或区域控制设备，以达到最终优化管理设备运行的目的，信息安全保障系统保护数据在能耗监测系统、能耗分析管理系统和节能管理平台的安全运行。

所述的能耗总览能全方位的展示总能耗信息，包括覆盖的能耗设备监控个数、能耗设备类别、实时能耗、当日能耗总量、当月能耗总量、当季能耗总量、当年能耗总量，同时分分项类别、分能源类别展示能源消费结构。

所述的能耗地图结合BIM综合展示系统显示系统监测的能耗设备在隧道的分布图，分布图包括设备的当前能耗情况，如风机的运行效率、能耗、灯具的亮度和能耗等，同时为监测的能耗设备提供历史的运行和耗能展示，分阶段进行比较。

所述的能耗分析管理系统包括的照明能耗分析模型、通风能耗分析模型和排水能耗分析模型，旨在通过分项能耗监测系统提供的数据基础上，进行大数据能耗算法分析，同时结合实际隧道运维管理工作，将能耗数据与隧道日常运营工作紧密结合，建立相关的数学模型，并通过计算机学习技术，在不断的数据积累和运营工作的经验积累下，让模型更加成熟，从而达成最优的节能降耗的目的。

所述的照明能耗分析模型结合能见度、天气情况、行驶时间、隧道灯光亮度、车辆驾驶舒适度的因素，同时根据国标“入口段照明：根据入口段长度(m)、照明停车视距(m)、隧道内净空高度(m)计算。过渡段照明：根据设计速度(km/h)，过渡段长度(m)计算。中间段照明：路面亮度总均匀度U0＝0.4；U1＝0.6出口照明段：根据出口段照明的长度计算。紧急停车带和横通道照明：紧急停车带照明宜采用显色指数高的光源，其亮度不应低于4.0cd/㎡。横通道亮度不应低于1.0cd/㎡。应急照明和洞外引导照明：应急照明的亮度不应小于中间段亮度的10％，不应小于0.2cd/㎡，且照明中断时间不应超过0.3S。”的相关规定，按照一定的计算方式建立能耗分析模型，并在后期通过结合实际隧道运营工作，不断的优化计算方式和参数，以达到在安全的基础上实现经济运行的目标。

所述的通风能耗分析模型将隧道内的CO浓度、粉尘浓度、有毒有害气体浓度和风速风向因素的数据按照一定的计算方式建立能耗分析模型，并在后期通过结合实际隧道运营工作，不断的优化计算方式和参数，以达到保证隧道安全的基础上实现经济运行的目标。

所述的排水能耗分析模型将隧道内的渗水管流速、集水池水位、泵运行状态因素按照一定的计算方式建立能耗分析模型，并在后期通过结合实际隧道运营工作，不断的优化计算方式和参数，以达到保证隧道安全的基础上实现经济运行的目标。

所述的节能管理平台主要包含所述的照明运行优化管理、通风运行优化管理、排水运行优化管理，作用是通过能耗监测系统获取的数据进行模型化计算分析后，对设备的运行模式进行有效的动态管理，并让运营对节能降耗工作可以实现目标量化管理，可对各类供电负荷制定用电指标，并通过预测和预警技术，实现自动预警和报警功能；同时通过实时监测隧道的用电情况，可以分时期、分阶段的进行比较，对设备的能效进行趋势分析、自我诊断，发现运行管理上的问题，及时改变不合理的用电状况，提出必要的节能改造方案。节能管理平台3大数据以能耗指标、统计周期、考核对象三要素构建完善的统计体系，对实时信息自动统计，以钻取到足够细节的能耗数据，方便制定能耗考核目标计划和定额管理，设定考核规则，定制能耗绩效概览图形、统计报表，让运营工作可以全面透彻了解能耗结构组成。

所述的照明运行优化管理通过大数据的技术手段对实时的信息进行检测，并通过机器学习的数据模型，更好的预测和优化照明灯具的运行参数，实现渐变式的“按需照明”，同时监控照明系统安装后的光输出变化，有助于进一步优化照明设备最佳更换周期，同时，根据日常管理需求可进行自定义设备控制预案、自动执行预案、报告执行结果，实现隧道口照度自适应功能，实现在不同季节、天气、时间段条件下的照度无差别光线自适应过渡，形成良好的行车环境，对采集到的隧道亮度、时间段、隧道区段及环境监测系统和智能交通系统中监测到的车辆瞬时速度，车辆类型，隧道能见度，隧道设计时速(车道)，车辆进(出)隧道时间，天气状况，道路类型，车辆照明状况，空气质量数据等进行建模分析，以降低灯光照明能耗为优化目标，在保证行车安全可控的范围内，对照明亮度及范围进行优化指导。

所述的通风运行优化管理考虑隧道内实际情况，通过分析，得到安全、可靠、运营费用低的通风方式，采取的通风优化模型通过机器学习的方法，挖掘出车流量，排风强度，隧道内空气流速因素和CO、粉尘、有毒有害气体浓度之间的相关关系，计算出实时的隧道需风量和实时的隧道所需射流风机的台数及功率，从而控制射流风机的开启和关闭的台数，同时保证洞内各组射流风机的运行的总时间基本相同和射流风机在整个隧道中的开启台数基本上保持均匀布置，解决隧道监控日常稀释CO、粉尘、有毒有害气体的隧道换气日常隧道监控场景。

所述的排水运行优化管理通过泵站控制系统，对采集到的泵站、管道、设备运行参数进行监督与测算，建立水泵运行需求功率和当前水位、涌水量、渗水的趋势、天气气象、排水口水位之间的关系，建立相关的模型进行需求功率预测，制定排水策略。在满足排水性能要求的前提下以降低水泵运行总能耗为优化目标，在保证泵房水位安全可控的范围内，对开启水泵数量及时间进行自动化调节。当用水量较小时，将最优控制和避峰就谷结合，选择控制策略确定开启水泵台数、实现用电节能；在涌水量较大时通过水位预测来确定控制策略。通过泵站控制系统，对采集到的泵站、管道、设备等运行参数进行监督与测算，在满足排水性能要求的前提下以降低水泵运行总能耗为优化目标，在保证泵房水位安全可控的范围内，对开启水泵数量及时间进行自动化调节。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，包括能耗监测系统、能耗分析管理系统、节能管理平台和信息安全保障体系，能耗监测系统包括能耗总览和能耗地图，能耗监测系统将隧道的机电各系统能耗计量仪表采集的数据进行整理，得到隧道的总能源消耗量和不同能源种类、不同功能系统分项消耗量，并通过能耗总览和能耗地图展示，能耗分析管理系统包括照明能耗分析、通风能耗分析和排水能耗分析，节能管理平台包括照明运行优化管理、通风运行优化管理和排水运行优化管理，能耗监测系统获取的数据传输给能耗分析管理系统，能耗监测系统获取的大数据为后续的能耗分析管理系统的分析和计算提供全面的数据基础，能耗分析管理系统将照明、通风和排水分析数据发送给节能管理平台，信息安全保障系统保护数据在能耗监测系统、能耗分析管理系统和节能管理平台的安全运行。

2.根据权利要求1所述的数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，所述的能耗总览展示的总能耗信息，包括覆盖的能耗设备监控个数、能耗设备类别、实时能耗、当日能耗总量、当月能耗总量、当季能耗总量、当年能耗总量，同时分分项类别、分能源类别展示能源消费结构。

3.根据权利要求1所述的数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，所述的能耗地图结合BIM综合展示系统显示系统监测的能耗设备在隧道的分布图，分布图包括设备的当前能耗情况，同时为监测的能耗设备提供历史的运行和耗能展示，分阶段进行比较。

4.根据权利要求1所述的数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，所述的能耗分析管理系统包括的照明能耗分析模型、通风能耗分析模型和排水能耗分析模型，旨在通过分项能耗监测系统提供的数据基础上，进行大数据能耗算法分析，同时结合实际隧道运维管理工作，将能耗数据与隧道日常运营工作紧密结合，建立相关的数学模型，并通过计算机学习技术，在不断的数据积累和运营工作的经验积累下，让模型更加成熟，从而达成最优的节能降耗的目的。

5.根据权利要求4所述的数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，所述的照明能耗分析模型结合能见度、天气情况、行驶时间、隧道灯光亮度、车辆驾驶舒适度的因素，按照一定的计算方式建立能耗分析模型，并在后期通过结合实际隧道运营工作，不断的优化计算方式和参数，以达到在安全的基础上实现经济运行的目标。

6.根据权利要求4所述的数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，所述的通风能耗分析模型将隧道内的CO浓度、粉尘浓度、有毒有害气体浓度和风速风向因素的数据按照一定的计算方式建立能耗分析模型，并在后期通过结合实际隧道运营工作，不断的优化计算方式和参数，以达到保证隧道安全的基础上实现经济运行的目标。

7.根据权利要求4所述的数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，所述的排水能耗分析模型将隧道内的渗水管流速、集水池水位、泵运行状态因素按照一定的计算方式建立能耗分析模型，并在后期通过结合实际隧道运营工作，不断的优化计算方式和参数，以达到保证隧道安全的基础上实现经济运行的目标。

8.根据权利要求1所述的数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，所述的照明运行优化管理通过大数据的技术手段对实时的信息进行检测，并通过机器学习的数据模型，更好的预测和优化照明灯具的运行参数，实现渐变式的“按需照明”，同时监控照明系统安装后的光输出变化，有助于进一步优化照明设备最佳更换周期，实现隧道口照度自适应功能，实现在不同季节、天气、时间段条件下的照度无差别光线自适应过渡，形成良好的行车环境。

9.根据权利要求1所述的数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，所述的通风运行优化管理采取的通风优化模型通过机器学习的方法，挖掘出车流量，排风强度，隧道内空气流速因素和CO、粉尘、有毒有害气体浓度之间的相关关系，计算出实时的隧道需风量和实时的隧道所需射流风机的台数及功率，从而控制射流风机的开启和关闭的台数，同时保证洞内各组射流风机的运行的总时间基本相同和射流风机在整个隧道中的开启台数基本上保持均匀布置，解决隧道监控日常稀释CO、粉尘、有毒有害气体的隧道换气日常隧道监控场景。

10.根据权利要求1所述的数字化隧道节能分析管理系统，其特征在于，所述的排水运行优化管理通过泵站控制系统，对采集到的泵站、管道、设备运行参数进行监督与测算，建立水泵运行需求功率和当前水位、涌水量、渗水的趋势、天气气象、排水口水位之间的关系，建立相关的模型进行需求功率预测，制定排水策略。

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