CN115884009B - 二氧化碳排放远程实时监测方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二氧化碳排放远程实时监测方法、装置和系统，涉及无线通信技术领域。方法包括：S10：将目标监测区域内部署的采集设备的网络时钟同步；S20：控制采集设备按照采集周期T进行用能数据采集，并将用能数据发送到边缘汇算单元；S30：边缘汇算单元接收用能数据，并解析用能数据，计算出实时碳排放数据；S40：边缘汇算单元通过5G运营商网络建立MQTT通道，并通过MQTT通道将实时碳排放数据发生给云服务器；S50：云服务器推送实时碳排放数据到浏览器MQTT客户端，进行实时碳排放展示。该方法实现了对企业、园区的综合碳排放实时监测，能及时发现碳排放超标的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种二氧化碳排放远程实时监测方法、装置和系统。
背景技术
全球变暖是地球整体温度的长期变暖。尽管这种变暖趋势已经持续了很长时间，但由于人类化石燃料的燃烧，其速度在过去一百年中显著加快。随着人口的增加，燃烧的化石燃料量也在增加。化石燃料包括煤、石油和天然气，燃烧会在产生大量二氧化碳，从而引起“温室效应”。二氧化碳是导致全球变暖气候变化。全球变暖导致气候变化，以广泛的洪水和极端天气的形式对地球上的生命构成严重威胁。因此全世界范围内对于温室效应以及能源消耗的关注度提高,碳排放数据成为影响全球可持续发展的重要因素,特别是用户侧用能会直接或间接产生二氧化碳排放,因此应当通过有效手段改善建筑物设计结构,利用节能技术和新型能源,进而实现园区、企业降碳目标。首先需要建设一套可实时监测二氧化碳排放的智能监测体系,以便于对目标区域碳排放实时状态进行分析,及时发现超标问题，从而进行优化调整,但目前的碳排放监测工作依然主要集中发电侧，特别是火电企业,对于用能侧的综合二氧化碳实时监测开展的工作较少,缺乏经济、高效的实时监测手段，导致各个用能企业在进行碳排放管理成效的工作过程中，缺乏科学合理的监测指标和评价体系,影响实际碳排放的管理和监测效果，特别是对于集团性的企业，管理层缺乏监测系统对各个子公司或分部碳排放水平的实时监管。
目前企业的二氧化碳排放管理比较粗犷，主要依托人工定期抄电表、气表数据，然后按照月粒度进行企业的用电、用气量统计，最终换算成企业的二氧化碳排放总量，存在计算不准确、管理维度不精细、数据实效性差、上级管理机构不实时可见等诸多缺点。业内缺乏综合碳排放实时远程监测的方法，以实现综合二氧化碳排放的实时、细颗粒度计算和分析，尤其是缺乏低成本、快速部署的二氧化碳的排放大数据分析手段。
专利申请号202111136712.2公开了一种基于CEMS的碳排放监测系统及实现方法。通过在工厂的废气排放点安装气体检测装置，装置具备阀门状态监测、气体成分检测、气体流量计量、温度监测、气压监测等功能，然后根据气体浓度值和流量值积分计算对应的碳排放量。但是这种CEMS监测方法主要针对直接碳排放时适用，针对园区间接碳排放监测可用性不强，另外该监测方法也无法实现碳排放数据的远程监测功能，还存在硬件部署传感器较多，成本较高等缺点。
专利申请号202111015269.3公开了一种基于物联网的碳排放监测管理系统。通过部署无线采集节点，用于获取自身所在位置的碳排放气体监测数据，并将监测数据传输至云计算数据处理模块，云计算处理模块负责对碳排放气体数据进行计算处理，判断碳排放异常事件。本方法依旧属于CEMS监测方法，需要安装专门的二氧化碳数据传感设备，同样不适用企业或园区综合二氧化碳排放监测，且该方法所得的数据计算都需要发送至云端处理模块，存在通信数据量大、计算不及时等缺点。
专利申请号202210084392.9公开了适用于碳排放数据的监控识别方法、装置及存储介质。根据目标用户的标签属性确定用户的用能行为，对不同企业的用水、用电行为进行识别，从而获取碳排放监测数据，该方法根据企业的用水量、用电量统计，对用户进行画像，可以获取用户碳排放统计量。本方法无法实现碳排放量实时计算，也未提供低成本、快速部署的用电量、用水量采集方案，无法实现碳排放远程监测功能，且该方法未考虑柴油发电机运行过程中产生的二氧化碳排放量，存在统计维度不完整情况。
所以，目前的园区或企业二氧化碳监测方法主要存在以下几点问题：
1.基于CEMS传感技术的碳排放监测方法，传感器硬件部署成本高，部署调试难度大，且无法适用于用户侧综合碳排放实时监测；
2.基于物联网技术碳排放监测方法，仅考虑用电量、用水量统计，缺乏对用气量、柴油消耗量的监测计算，二氧化碳排放统计范围不完整，导致统计数据不精确；
3.用户侧间接二氧化碳排放监测技术，需要把监测数据回传到云平台，无法在边缘侧进行数据计算，存在通信数据量大，计算结果延时等问题；
4.目前的碳排放监测技术，主要基于数据采集后的本地化展示，没有提供远程实时监测功能，无法解决集团或企业对多个分公司二氧化碳远程实时监测，不利于二氧化碳排放超标问题的实时发现，超标排放问题无法得到及时处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前企业不能实现二氧化碳综合排放实时、远程监测，尤其是不能实现对用电、用气、用油（柴油发电）产生二氧化碳排放的全面综合监测、计量。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种二氧化碳排放远程实时监测方法，方法包括：
S10：将目标监测区域内部署的采集设备的网络时钟同步；
S20：控制采集设备按照采集周期T进行用能数据采集，并将用能数据发送到边缘汇算单元；
S30：边缘汇算单元接收用能数据，并解析用能数据，计算出实时碳排放数据；
S40：边缘汇算单元通过5G运营商网络建立MQTT通道，并通过MQTT通道将实时碳排放数据发生给云服务器；
S50：云服务器推送实时碳排放数据到浏览器MQTT客户端，进行实时碳排放展示。
在可选的实施方式中，S10包括：
S101：为采集设备配置时钟信号接收单元，利用时钟信号接收单元接收网络时间信号；
S102：为采集设备配置时间信号处理单元，利用时间信号处理单元对网络时间信号进行处理，并输出时钟信号；
S103：利用边缘汇算单元将时钟信号转化为采集设备的时间同步信号；
S104：利用边缘汇算单元将时间同步信号发送到采集设备，实现采集设备的网络时钟同步。
在可选的实施方式中，S20包括：
S201：控制采集设备按照采集周期T发送采集指令到用能传感器；
S202：用能传感器根据采集指令，反馈用能数据至采集设备；
S203：采集设备接收用能数据，并发送给边缘汇算单元。
在可选的实施方式中，S30包括：
S301：边缘汇算单元通过CRC校验码对用能数据进行校验；
S302：边缘汇算单元对下挂的各采集设备发送的用能数据进行解析，获得十进制用能数据；
S303：边缘汇算单元利用差值计算法，根据十进制用能数据，分别计算采集周期T内下挂各监测点的用能差值；
S304：边缘汇算单元根据用能差值和碳排放因子，进行权重计算，获得各个监测点的碳排放数据；
S305：边缘汇算单元对各个监测点的碳排放数据求和，获得采集周期T内总的实时碳排放数据。
第二方面，本发明提供一种二氧化碳排放远程实时监测装置，装置用于实现前述实施方式的二氧化碳排放远程实时监测方法，装置包括采集设备、用能传感器、时钟信号接收单元、时间信号处理单元、边缘汇算单元和碳排放检测数据实时转发单元，其中，时钟信号接收单元用于接收时钟服务器发出的网络时间信号；时间信号处理单元连接在时钟信号接收单元与边缘汇算单元之间，时间信号处理单元用于对网络时间信号进行处理，并向边缘汇算单元输出时钟信号；边缘汇算单元、采集设备和用能传感器依次连接，边缘汇算单元获取时钟信号，并将时钟信号转化为边缘汇算单元及其下挂的采集设备的时间同步信号，再将时间同步信号发送到采集设备，实现采集设备的网络时钟同步，从而实现采集设备按照采集周期T对用能传感器进行用能数据采集，并将用能数据发送到边缘汇算单元。
第三方面，本发明提供一种二氧化碳排放远程实时监测系统，系统包括时钟服务器、云服务器、浏览器MQTT客户端和前述实施方式的二氧化碳排放远程实时监测装置，二氧化碳排放远程实时监测装置的时钟信号接收单元连接到时钟服务器，边缘汇算单元通过5G运营商网络连接到云服务器，碳排放检测数据实时转发单元连接在云服务器与浏览器MQTT客户端之间。
本发明实施例提供的二氧化碳排放远程实时监测方法、装置和系统的有益效果包括：
实现了物联网实时通信的网络架构下，对企业、园区的综合碳排放实时监测，既可以掌握企业、园区内的用能及碳排放情况，又可以及时发现碳排放超标的问题。与现有技术相比，本实施例提供的方法、装置和系统可以实现低成本、快速部署，进一步地，采用MQTT通信协议，可以实现用户对所管理区域的实时碳排放数据远程监视。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的二氧化碳排放远程实时监测方法的流程图；
图2为S10中同步全网的采集设备的网络时钟的流程图；
图3为S20中用能数据采集及传输的流程图；
图4为S30中计算出实时碳排放数据的流程图；
图5为S40中数据传输方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的二氧化碳排放远程实时监测装置的组成框图；
图7为边缘汇算单元的组成框图；
图8为本发明实施例提供的二氧化碳排放远程实时监测系统的组成框图。
图标：100-二氧化碳排放远程实时监测装置；200-二氧化碳排放远程实时监测系统；1-采集设备；2-用能传感器；21-智能电表；22-智能气表；23-智能油量表；3-时钟信号接收单元；4-时间信号处理单元；5-边缘汇算单元；51-Lora无线数据接收模块；52-分类用能数据解析模块；53-综合碳排放实时汇算模块；54-5G网络数据传输模块；6-碳排放检测数据实时转发单元；7-时钟服务器；8-云服务器；9-浏览器MQTT客户端。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
用户侧用能会直接、间接产生二氧化碳排放，为了提升用户通过节约用电、用水、用油（柴油发电），提升能源使用效率，从而降低二氧化碳排放。因此，设计一种可以低成本、快速部署的二氧化碳排放实时、远程监测系统，使企业管理人员能够实时掌握企业的二氧化碳排放情况，及时发现超标用能、不科学用能、过度碳排放等问题，对提升企业能效水平有着优越的应用价值。
请参考图1，本实施例提供了一种二氧化碳排放远程实时监测方法（以下简称：方法），方法包括以下步骤：
S10：将目标监测区域内部署的采集设备1的网络时钟同步。
S10的目的是确保各个采集设备1在相同的时刻进行数据采集，且确保采集设备1的网络时钟运行良好，全网的采集设备1的采集间隔T保持一致。
请参考图2，S10具体包括以下步骤：
S101：为采集设备1配置时钟信号接收单元3，利用时钟信号接收单元3接收网络时间信号。
具体的，为采集设备1配置有时钟信号接收单元3，时钟信号接收单元3可以是GPS时钟信号接收单元3，也可以是北斗时钟信号接收单元3。时钟信号接收单元3通过时钟天线接收网络时间信号。其中，时钟信号接收单元3配置有一路GPS接口和一路IRIG-B（DC RS-422）时码接口，以实现网络时间信号的接收。
S102：为采集设备1配置时间信号处理单元4，利用时间信号处理单元4对网络时间信号进行处理，并输出时钟信号。
其中，时间信号处理单元4配置有提供时间日期报文的串口（RS－232或RS-422），以实现时钟信号的输出。
S103：利用边缘汇算单元5将时钟信号转化为采集设备1的时间同步信号。
具体的，边缘汇算单元5获取时钟信号，并将时钟信号转化为边缘汇算单元5及其下挂的采集设备1的时间同步信号。
S104：利用边缘汇算单元5将时间同步信号发送到采集设备1，实现采集设备1的网络时钟同步。
具体的，边缘汇算单元5将时间同步信号通过Lora无线方式发送到采集设备1，实现全网的采集设备1的网络时钟同步。
S20：控制采集设备1按照采集周期T进行用能数据采集，并将用能数据发送到边缘汇算单元5。
具体的，控制采集设备1按照采集周期T进行用能数据采集，并通过Lora无线方式将用能数据发送到边缘汇算单元5。
请查阅图3，S20具体包括以下步骤：
S201：控制采集设备1按照采集周期T发送采集指令到用能传感器2。
具体的，采集设备1的运行时钟自动按照系统预先设定的采集周期T进行用能数据采集，因为采集设备1与用能传感器2是绑定关系，串口通信的协议采用MODBUS协议，采集设备1作为MODBUS主机，用能传感器2作为MODBUS从机，用能传感器2包含智能电表21、智能气表22和智能油量表23。
S202：用能传感器2根据采集指令，反馈用能数据至采集设备1。
具体的，用能传感器2根据采集指令，反馈寄存器的二进制能耗数据，用能传感器2的计量芯片会实时自动刷新寄存器内记录的累计用能数据，因此寄存器内用能数据为实时最新数据。
S203：采集设备1接收用能数据，并发送给边缘汇算单元5。
具体的，采集设备1的URAT接收串口接收二进制能耗数据（用能数据），并通过Lora无线方式将二进制能耗数据透传至边缘汇算单元5。
S30：边缘汇算单元5接收用能数据，并解析用能数据，计算出实时碳排放数据。
请查阅图4，S30具体包括以下步骤：
S301：边缘汇算单元5通过CRC校验码对用能数据进行校验。
具体的，边缘汇算单元5通过CRC校验码对二进制能耗数据进行校验，考虑无线通信可能会存在无线电磁波干扰，通过对二进制能耗数据进行校验，可有效过滤掉通信错误的异常数据。
S302：边缘汇算单元5对下挂的各采集设备1发送的用能数据进行解析，获得十进制用能数据。
具体的，边缘汇算单元5同时接收下挂的采集设备1上送的用能数据，接收的用能数据的数据格式为二进制码，数据格式为标准MODBUS数据，标准MODBUS数据包含设备通信地址、数据长度和数据字段。边缘汇算单元5内置SQLite数据库，SQLite数据库内记录各个采集设备1的数据模型，边缘汇算单元5根据数据模型对用能数据进行解析，获取十进制用能数据。
S303：边缘汇算单元5利用差值计算法，根据十进制用能数据，分别计算采集周期T内下挂各监测点的用能差值。
具体的，一个用能传感器2对应一个监测点，设定监测点为N个，边缘汇算单元5对这N个监测点的用能数据按照差值法计算。计算方法如下，设定第i个时间段内智能电表j监测到用电能为ΔEj,i，设定第i个时间段内智能气表k监测到用天然气量ΔVk,i，设定第i个时间段内智能油量表p监测到用柴油量为ΔOp,i，则用能差值计算公式如下：
ΔEj,i=Ej,i-Ej,i-1（S3.1）
ΔVk,i=Vk,i-Vk,i-1（S3.2）
ΔOp,i=Op,i-Op,i-1（S3.3）
上述公式中，ΔEj,i表示智能电表j在时间段i的用电量差值；Ej,i表示智能电表j在时间段i结束时刻的用电量数值；Ej,i-1表示智能电表j在时间段i-1结束时刻的用电量数值；ΔVk,i表示智能气表k在时间段i的用天然气量差值；Vk,i表示智能气表k在时间段i结束时刻的用天然气量数值，Vk,i-1表示智能气表k在时间段k-1结束时刻的用天然气量数值；ΔOp,i表示智能油量表p在时间段i的用柴油量差值；Op,i表示智能油量表p在时间段i结束时刻的用柴油量数值，Op,i-1表示智能油量表p在时间段i-1结束时刻的用柴油量数值。
S304：边缘汇算单元5根据用能差值和碳排放因子，进行权重计算，获得各个监测点的碳排放数据。
具体的，边缘汇算单元5计划各个用能传感器2的用能数据，通过查询汇算单元SQLite软件中存放的不同用能、不同时段的碳排放因子，可计算获得第i个时间段内智能电表j对应的监测点的用电量对应的二氧化碳排放量Cji，第i个时间段内智能气表k对应的监测点的用天然气量对应的二氧化碳排放量Cji，第i个时间段内智能油量表p对应的监测点的用柴油量对应的二氧化碳排放量Cji，计算公式如下：
ΔC电j,i=ΔEj,i*δ电,i（S3.4）
ΔCgas,j,i=ΔVj,i*δgas（S3.5）
ΔCoil,j,i=ΔOj,i*δoil（S3.6）
上述公式中，ΔC电j,i表示第i个时间段内智能电表j对应的监测点的用电量差值ΔEj,i对应的二氧化碳排放量差值；δ电,i表示第i个时间段内用电量对应的碳排放因子；ΔCgas,j,i表示第i个时间段内智能气表j对应的监测点的用天然气量差值ΔVj,i对应的二氧化碳排放量差值；δgas表示用天然气量对应的碳排放因子；ΔCoil,j,i表示第i个时间段内智能油量表j对应的监测点的用柴油量差值ΔOj,i对应的二氧化碳排放量差值；δoil表示用柴油量对应的二氧化碳排放量差值。
为设备在不同时间段内的碳排放因子。对于监测点不同的用能分类（电、天然气、柴油），确定不同的碳排放因子，通过数据库查表法获得。且随着新能源装机容量占比不断升高，用户用电来源并非100%是火电，当用户消纳光伏、风电、水电时，碳排放因子是动态变化的，因此用电量的碳排放因子在不同的计算时间可能发生变化，碳排放因子由用户所在行政区域的电网企业实时发布，如下表1所示，系统自动从电网数据平台查询获得。
表1：碳排放因子的数值表
一种典型的碳排放因子的瞬态值如表2所示：
表2：碳排放因子的瞬态值示例
S305：边缘汇算单元5对各个监测点的碳排放数据求和，获得采集周期T内总的实时碳排放数据。
具体的，边缘汇算单元5对各个监测点的各项碳排放数据进行累加求和，可计算得到在第i个时间段内，本边缘汇算单元5下挂全部监测点的总的实时碳排放数据ΔCtotal,i，计算方法如下：
ΔCtotal,i=ΔC电,i+ΔCgas,i+ΔCoil,i（S3.7）
其中，ΔC电,i表示第i个时间段内用电量产生的间接二氧化碳排放量；ΔCgas,i表示第i个时间段内用天然气产生的直接二氧化碳排放量，ΔCoil,i表示第i个时间段内用柴油发电产生的直接二氧化碳排放量；
ΔC电,i、ΔCgas,i和ΔCoil,i的计算方法如下：
上述公式中，N表示用于计量用电量的监测点的数量，M表示用于计量天然气用量的监测点的数量，Q表示用于计量用柴油量的监测点的数量。
S40：边缘汇算单元5通过5G运营商网络建立MQTT通道，并通过MQTT通道将实时碳排放数据发生给云服务器8。
请查阅图5，S40具体包括以下步骤：
S401：注册到运营商5G网络，并发起MQTT通道连接请求。
具体的，边缘汇算单元5内置5G物联网通信模组及物联网SIM卡，具备注册到运营商5G网络的能力，通过无线电信号搜索可以连接到运营商5G网络，从而实现云服务器8连接，通过系统预配置的MQTT通信参数，主要包括账号、密码、秘钥，发起与云服务器8的MQTT通道连接请求。
S402：云服务器8接收MQTT通信参数及MQTT通道连接请求，建立与边缘汇算单元5的MQTT通道。
S403：边缘汇算单元5通过MQTT通道将实时碳排放数据发生给云服务器8。
具体的，边缘汇算单元5基于已经建立的MQTT通道，将每次获取到汇算后的实时碳排放数据发布到云服务器8。
S50：云服务器8推送实时碳排放数据到浏览器MQTT客户端9，进行实时碳排放展示。
具体的，云服务器8推送实时碳排放数据到用户的浏览器的MQTT客户端，浏览器MQTT客户端9渲染、展示碳排放实时值和碳排放速率曲线。
进一步的，按照采集周期T，当采集设备1采集到新的用能数据后，上送到边缘汇算单元5，边缘汇算单元5的解析、计算、传输到云服务器8，用户浏览器基于MQTT客户端，可自动、实时更新展示的数据，无需手动对浏览器进行刷新操作。
请查阅图6，本实施例还提供一种二氧化碳排放远程实时监测装置100（以下简称：装置），装置用于实现上述二氧化碳排放远程实时监测方法，具体的，装置包括采集设备1、用能传感器2、时钟信号接收单元3、时间信号处理单元4、边缘汇算单元5和。
其中，时钟信号接收单元3用于接收时钟服务器7发出的网络时间信号，时钟服务器7可以是北斗时钟服务器7，也可以是GPS时钟服务器7。
时间信号处理单元4连接在时钟信号接收单元3与边缘汇算单元5之间，时间信号处理单元4用于对网络时间信号进行处理，并向边缘汇算单元5输出时钟信号。
边缘汇算单元5、采集设备1和用能传感器2依次连接，其中，用能传感器2包括智能电表21、智能气表22和智能油量表23。边缘汇算单元5获取时钟信号，并将时钟信号转化为边缘汇算单元5及其下挂的采集设备1的时间同步信号，再将时间同步信号发送到采集设备1，实现采集设备1的网络时钟同步。从而实现采集设备1按照采集周期T对用能传感器2进行用能数据采集，并将用能数据发送到边缘汇算单元5。
其中，采集设备1通过MODBUS通信协议，按照采集周期T采集智能电表21、智能气表22、智能油量表23的累计用量数据，从而实现基础感知数据的采集汇聚功能。采集设备1通过Lora无线通信方式，将采集到的二进制用能数据发送到边缘汇算单元5。
请查阅图7，边缘汇算单元5包括依次连接的Lora无线数据接收模块51、分类用能数据解析模块52、综合碳排放实时汇算模块53和5G网络数据传输模块54。
其中，Lora无线数据接收模块51用于接收采集设备1发出的二进制用能数据。分类用能数据解析模块52用于接收二进制用能数据，并根据数据模型对用能数据进行解析，获取十进制用能数据。综合碳排放实时汇算模块53用于利用差值计算法，根据十进制用能数据，分别计算采集周期T内下挂各监测点的用能差值，再根据用能差值和碳排放因子，进行权重计算，获得各个监测点的碳排放数据，最后对各个监测点的碳排放数据求和，获得采集周期T内总的实时碳排放数据。5G网络数据传输模块54用于通过5G运营商网络建立MQTT通道，并通过MQTT通道将实时碳排放数据发生给云服务器8。
碳排放监测数据实时转发单元用于接收云服务器8推送的实时碳排放数据，并转发到浏览器MQTT客户端9，进行实时碳排放展示。具体的，碳排放监测数据实时转发单元通过利用MQTT协议，实现实时碳排放数据的实时转发，时延地址100ms。基于MQTT协议的多点转发机制，可实现多个用户浏览器同时远程监测目标对象的实时碳排放数据。
请查阅图8，本实施例还提供一种二氧化碳排放远程实时监测系统200（以下简称：系统），系统可以完全运作二氧化碳排放远程实时监测方法，系统包括二氧化碳排放远程实时监测装置100、时钟服务器7、云服务器8和浏览器MQTT客户端9。
请查阅图6和图8，二氧化碳排放远程实时监测装置100的时钟信号接收单元3连接到时钟服务器7，边缘汇算单元5通过5G运营商网络连接到云服务器8，碳排放检测数据实时转发单元6连接在云服务器8与浏览器MQTT客户端9之间。
本实施例提供的二氧化碳排放远程实时监测方法、装置和系统的有益效果包括：
实现了物联网实时通信的网络架构下，对企业、园区的综合碳排放实时监测，既可以掌握企业、园区内的用能及碳排放情况，又可以及时发现碳排放超标的问题。与现有技术相比，本实施例提供的方法、装置和系统采用Lora、5G双无线通信技术，可以实现低成本、快速部署，进一步地，采用MQTT通信协议，可以实现用户对所管理区域的实时碳排放数据远程监视。
具体的，本实施例提供的二氧化碳排放远程实时监测方法、装置和系统的优点如下：
1.利用现网Lora、5G双无线通信技术，完成用能数据的采集和远传，通信方式更灵活，部署高效，通信时延更小，技术实现成本低，适合批量部署；
2.利用边缘汇算单元5，将碳排放量的计算从云服务器8下移到边缘侧，数据传输量被大幅度压缩，可以实现更小粒度的数据采集和计算，便于用户更精确掌握单位时间发生的二氧化碳排放量；
3.采用MQTT实现碳排放数据的转发，可以实现多用户同时远程、在线监测目标对象的碳排放数据，不存在数据冲突；
4.不仅考虑目标对象在天然气、柴油使用产生的直接碳排放，同时考虑用电产生的间接二氧化碳排放，数据计算维度更全面，评估数据维度无遗漏，更加客观真实反映目标对象的二氧化碳排放水平；
5.在利用碳排放因素计算二氧化碳排放时，考虑不同电力能源结构因素，特别是新能源发电占比日益增加的情况下，基于动态的碳排放因子进行二氧化碳排放量计算，使计算出的碳排放数据更准确。
以上，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，可轻易想到的变化或替换，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 (8)
1.一种二氧化碳排放远程实时监测方法，其特征在于，所述方法包括：
S10：将目标监测区域内部署的多个采集设备（1）的网络时钟同步，包括：S101：为所述采集设备（1）配置时钟信号接收单元（3），利用所述时钟信号接收单元（3）接收网络时间信号，其中，所述时钟信号接收单元（3）是GPS时钟信号接收单元或北斗时钟信号接收单元，所述时钟信号接收单元（3）通过时钟天线接收网络时间信号；S102：为所述采集设备（1）配置时间信号处理单元（4），利用所述时间信号处理单元（4）对所述网络时间信号进行处理，并输出时钟信号；S103：利用边缘汇算单元（5）将所述时钟信号转化为所述采集设备（1）的时间同步信号；S104：利用所述边缘汇算单元（5）将所述时间同步信号发送到所述采集设备（1），实现所述采集设备（1）的网络时钟同步；
S20：控制所述采集设备（1）按照采集周期T进行用能数据采集，并将所述用能数据发送到边缘汇算单元（5），其中，所述采集设备（1）通过Lora无线方式将二进制能耗数据透传至所述边缘汇算单元（5）；
S30：所述边缘汇算单元（5）接收所述用能数据，并解析所述用能数据，计算出实时碳排放数据，包括：S301：所述边缘汇算单元（5）通过CRC校验码对所述用能数据进行校验，其中，所述用能数据为二进制能耗数据，所述边缘汇算单元（5）对二进制能耗数据进行校验，以过滤掉通信错误的异常数据；S302：所述边缘汇算单元（5）对下挂的各所述采集设备（1）发送的所述用能数据进行解析，获得十进制用能数据，其中，所述边缘汇算单元（5）内置SQLite数据库，所述SQLite数据库内记录各个所述采集设备（1）的数据模型，所述边缘汇算单元（5）根据所述数据模型对用能数据进行解析，获取十进制用能数据；S303：所述边缘汇算单元（5）利用差值计算法，根据所述十进制用能数据，分别计算采集周期T内下挂各监测点的用能差值；S304：所述边缘汇算单元（5）根据用能差值和碳排放因子，进行权重计算，获得各个监测点的碳排放数据，其中，所述碳排放因子是动态变化的，系统自动从电网数据平台查询获得设备在不同时间段内的碳排放因子；S305：所述边缘汇算单元（5）对各个监测点的所述碳排放数据求和，获得采集周期T内总的实时碳排放数据；
S40：所述边缘汇算单元（5）通过5G运营商网络建立MQTT通道，并通过所述MQTT通道将所述实时碳排放数据发生给云服务器（8）；
S50：所述云服务器（8）推送所述实时碳排放数据到浏览器MQTT客户端（9），进行实时碳排放展示。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳排放远程实时监测方法，其特征在于，S20包括：
S201：控制所述采集设备（1）按照采集周期T发送采集指令到用能传感器（2）；
S202：用所述能传感器根据所述采集指令，反馈用能数据至所述采集设备（1）；
S203：所述采集设备（1）接收所述用能数据，并发送给所述边缘汇算单元（5）。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳排放远程实时监测方法，其特征在于，在S303中，所述用能差值计算公式如下：
ΔEj,i=Ej,i-Ej,i-1（S3.1）
ΔVk,i=Vk,i-Vk,i-1（S3.2）
ΔOp,i=Op,i-Op,i-1（S3.3）
上述公式中，ΔEj,i表示智能电表j在时间段i的用电量差值；Ej,i表示智能电表j在时间段i结束时刻的用电量数值；Ej,i-1表示智能电表j在时间段i-1结束时刻的用电量数值；ΔVk,i表示智能气表k在时间段i的用天然气量差值；Vk,i表示智能气表k在时间段i结束时刻的用天然气量数值，Vk,i-1表示智能气表k在时间段k-1结束时刻的用天然气量数值；ΔOp,i表示智能油量表p在时间段i的用柴油量差值；Op,i表示智能油量表p在时间段i结束时刻的用柴油量数值，Op,i-1表示智能油量表p在时间段i-1结束时刻的用柴油量数值。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳排放远程实时监测方法，其特征在于，在S304中，各个监测点的碳排放数据的计算公式如下：
ΔC电j,i=ΔEj,i*δ电,i（S3.4）
ΔCgas,j,i=ΔVj,i*δgas（S3.5）
ΔCoil,j,i=ΔOj,i*δoil（S3.6）
上述公式中，ΔC电j,i表示第i个时间段内智能电表j对应的监测点的用电量差值ΔEj,i对应的二氧化碳排放量差值；δ电,i表示第i个时间段内用电量对应的碳排放因子；ΔCgas,j,i表示第i个时间段内智能气表j对应的监测点的用天然气量差值ΔVj,i对应的二氧化碳排放量差值；δgas表示用天然气量对应的碳排放因子；ΔCoil,j,i表示第i个时间段内智能油量表j对应的监测点的用柴油量差值ΔOj,i对应的二氧化碳排放量差值；δoil表示用柴油量对应的碳排放因子。
5.根据权利要求4所述的二氧化碳排放远程实时监测方法，其特征在于，在S305中，所述边缘汇算单元（5）下挂全部监测点的总的实时碳排放数据ΔCtotal,i的计算方法如下：
ΔCtotal,i=ΔC电,i+ΔCgas,i+ΔCoil,i（S3.7）
其中，ΔC电,i表示第i个时间段内用电量产生的间接二氧化碳排放量；ΔCgas,i表示第i个时间段内用天然气产生的直接二氧化碳排放量，ΔCoil,i表示第i个时间段内用柴油发电产生的直接二氧化碳排放量；
ΔC电,i、ΔCgas,i和ΔCoil,i的计算方法如下：
上述公式中，N表示用于计量用电量的监测点的数量，M表示用于计量天然气用量的监测点的数量，Q表示用于计量用柴油量的监测点的数量。
6.根据权利要求1所述的二氧化碳排放远程实时监测方法，其特征在于，S40包括：
S401：注册到运营商5G网络，并发起MQTT通道连接请求；
S402：所述云服务器（8）接收MQTT通信参数及MQTT通道连接请求，建立与所述边缘汇算单元（5）的MQTT通道；
S403：所述边缘汇算单元（5）通过所述MQTT通道将所述实时碳排放数据发生给所述云服务器（8）。
7.一种二氧化碳排放远程实时监测装置，其特征在于，所述装置用于实现权利要求1所述的二氧化碳排放远程实时监测方法，所述装置包括采集设备（1）、用能传感器（2）、时钟信号接收单元（3）、时间信号处理单元（4）、边缘汇算单元（5）和碳排放检测数据实时转发单元（6），其中，所述时钟信号接收单元（3）用于接收时钟服务器（7）发出的网络时间信号；所述时间信号处理单元（4）连接在所述时钟信号接收单元（3）与所述边缘汇算单元（5）之间，所述时间信号处理单元（4）用于对网络时间信号进行处理，并向所述边缘汇算单元（5）输出时钟信号；所述边缘汇算单元（5）、所述采集设备（1）和所述用能传感器（2）依次连接，所述边缘汇算单元（5）获取时钟信号，并将时钟信号转化为所述边缘汇算单元（5）及其下挂的所述采集设备（1）的时间同步信号，再将时间同步信号发送到所述采集设备（1），实现所述采集设备（1）的网络时钟同步，从而实现所述采集设备（1）按照采集周期T对所述用能传感器（2）进行用能数据采集，并将用能数据发送到所述边缘汇算单元（5）。
8.一种二氧化碳排放远程实时监测系统，其特征在于，所述系统包括时钟服务器（7）、云服务器（8）、浏览器MQTT客户端（9）和权利要求7所述的二氧化碳排放远程实时监测装置，所述二氧化碳排放远程实时监测装置的时钟信号接收单元（3）连接到所述时钟服务器（7），边缘汇算单元（5）通过5G运营商网络连接到所述云服务器（8），所述碳排放检测数据实时转发单元（6）连接在所述云服务器（8）与所述浏览器MQTT客户端（9）之间。
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