CN116643529A - 基于物联网的智能建筑能源管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑能源管理技术领域，具体地说，涉及基于物联网的智能建筑能源管理系统。其包括监测采集单元、数据分析单元、智能决策单元、控制调节单元、检修警报单元，智能决策单元接收数据分析单元中处理和分析后的数据，并根据处理和分析后的数据生成节能策略，将生成节能策略的数据传入控制调节单元中，并进行自动控制调节功能。本发明根据用户的历史消耗数据和自身拟定的能源消耗范围值，以及使用消耗能源的时间范围值和网络上关于节约能源措施的建议进行结合，并自动生成节能策略，不仅可以避免用户大量浪费能源，还可以督促用户减少对能源的浪费，根据生成节能策略的数据进行控制调节功能，这样提高了能源利用效率，降低能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及建筑能源管理技术领域，具体地说，涉及基于物联网的智能建筑能源管理系统。
背景技术
在实际场景中，可以根据建筑类型、规模和需求进行适当的定制和优化。例如，对于大型办公楼，可以很少利用能源存储设备、太阳能发电系统或其他可再生能源设备，大量的消耗传统能源，通过调查考虑建筑本身特点、人员需求和环境条件，结合物联网技术，发现实现建筑能源存在大量的浪费情况，这样不仅使用户对节约能源行为的不重视，还不能减少能源的消耗，而且现实场景既不能实现建筑能源消耗的智能化管理，也不能为用户提出合理的节约能源策略。
发明内容
本发明的目的在于提供基于物联网的智能建筑能源管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供基于物联网的智能建筑能源管理系统，包括监测采集单元、数据分析单元、智能决策单元、控制调节单元、检修警报单元；
所述监测采集单元用于采集数据，并对采集后的数据进行预处理操作，将预处理操作后的数据传入数据分析单元中；
所述数据分析单元用于接收预处理操作后的数据，并对预处理操作后的数据进行处理和分析，并对处理和分析后的数据进行建模显示，将处理和分析后的数据传入智能决策单元和控制调节单元中，同时将数据分析单元中的建模显示的数据向监测采集单元传输；
所述智能决策单元用于接收处理和分析后的数据，并根据处理和分析后的数据生成节能策略，将生成节能策略的数据传入数据分析单元和控制调节单元中；
所述控制调节单元用于接收处理和分析后的数据和生成节能策略的数据，并根据分析后的数据和生成节能策略的数据进行自动控制调节功能；
所述检修警报单元用于对监测采集单元、数据分析单元、智能决策单元、控制调节单元进行检修，接收监测采集单元中采集后的数据，并触发警报功能；
所述智能决策单元接收数据分析单元中处理和分析后的数据，并根据处理和分析后的数据生成节能策略，将生成节能策略的数据传入控制调节单元中，并进行自动控制调节功能。
作为本技术方案的进一步改进，监测采集单元包括预处理模块，预处理模块用于接收传感器采集的数据，并对采集后的数据进行预处理操作，将预处理操作后的数据传入数据分析单元中，同时将监测采集单元中采集后的数据向检修警报单元中进行传输。
作为本技术方案的进一步改进，数据分析单元包括数据处理模块、建模显示模块和数据分析模块，数据处理模块用于接收预处理模块中预处理操作后的数据，并对预处理操作后的数据进行再次处理，将再次处理后的数据传入数据分析模块中，数据分析模块用于接收再次处理后的数据，并对再次处理后的数据进行分析比对，将分析比对后的数据传入建模显示模块、智能决策单元和控制调节单元中，建模显示模块用于接收分析对比后的数据，并对分析比对后的数据进行建立模板数据，再对模板数据进行显示，将显示出的模板数据传入预处理模块中。
作为本技术方案的进一步改进，智能决策单元用于接收数据分析模块中分析比对后的数据，并根据分析比对后的数据自动生成节能策略，将生成节能策略的数据传入建模显示模块和控制调节单元中，控制调节单元接收生成节能策略的数据，并根据生成节能策略的数据进行控制调节功能。
作为本技术方案的进一步改进，检修警报单元包括安全警报模块和功能检修模块，安全警报模块用于接收监测采集单元中采集后的数据，并触发安全警报功能，同时利用建模显示模块向外界发出救援信号，功能检修模块对预处理模块、数据处理模块、建模显示模块、数据分析模块、智能决策单元、控制调节单元和安全警报模块进行检修，检修功能是否含有运行延迟。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
在基于物联网的智能建筑能源管理系统中，智能决策单元接收数据分析模块中分析比对后的数据，并根据用户的历史消耗数据和自身拟定的能源消耗范围值，以及使用消耗能源的时间范围值和网络上关于节约能源措施的建议进行结合，并自动生成节能策略，不仅可以避免用户大量浪费能源，还可以督促用户减少对能源的浪费，将生成节能策略的数据传入建模显示模块和控制调节单元中，控制调节单元接收生成节能策略的数据，并根据生成节能策略的数据进行控制调节功能，这样提高了能源利用效率，降低能源消耗，实现节能目标。
附图说明
图1为本发明的整体流程框图；
图2为本发明的监测采集单元框图；
图3为本发明的数据分析单元框图；
图4为本发明的安全警报单元框图。
图中各个标号意义为：
1、监测采集单元；11、预处理模块；
2、数据分析单元；21、数据处理模块；22、建模显示模块；23、数据分析模块；
3、智能决策单元；
4、控制调节单元；
5、检修警报单元；51、安全警报模块；52、功能检修模块。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
实施例1：本发明提供基于物联网的智能建筑能源管理系统，请参阅图1-图4，包括监测采集单元1、数据分析单元2、智能决策单元3、控制调节单元4、检修警报单元5；
考虑到现实建筑场景中，既不能实现对建筑能源消耗的智能管理，也不能为用户提出合理的节约能源策略，于是我们提出了基于物联网的智能建筑能源管理系统，该系统的监测采集单元1用于采集数据，并对采集后的数据进行预处理操作，将预处理操作后的数据传入数据分析单元2中，数据分析单元2用于接收预处理操作后的数据，并对预处理操作后的数据进行处理和分析，并对处理和分析后的数据进行建模显示，将处理和分析后的数据传入智能决策单元3和控制调节单元4中，同时将数据分析单元2中的建模显示的数据向监测采集单元1传输，智能决策单元3用于接收处理和分析后的数据，并根据处理和分析后的数据生成节能策略，将生成节能策略的数据传入数据分析单元2和控制调节单元4中，控制调节单元4用于接收处理和分析后的数据和生成节能策略的数据，并根据分析后的数据和生成节能策略的数据进行自动控制调节功能，检修警报单元5用于对监测采集单元1、数据分析单元2、智能决策单元3、控制调节单元4进行检修，同时接收监测采集单元1中采集后的数据，并触发警报功能；
智能决策单元3接收数据分析单元2中处理和分析后的数据，并根据处理和分析后的数据生成节能策略，将生成节能策略的数据传入控制调节单元4中，并进行自动控制调节功能。
以下对上述单元进行细化，请参考图2-图4所示；
监测采集单元1包括预处理模块11，预处理模块11用于接收传感器采集的数据，通过物联网技术采集数据，物联网技术包括传感器和探测器等，通过设定的区域范围，并利用适合的传感器采集数据，传感器含有温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2传感器，采集的数据包括温度、湿度、光照强度、CO2浓度、人员活动范围、人流量、人员停留时间、能源的消耗值，能源包括水、电、燃气，并对采集后的数据进行预处理操作。
预处理操作步骤包括清洗步骤、统一转换格式步骤和存储步骤，清洗步骤指的是去除采集数据中的噪音，去除噪音运用了中值滤波算法，通过中值滤波算法去除噪音，减少误差和干扰，以提高数据质量和信息价值，使得数据更加准确和清晰，方便后续的分析，统一转换格式步骤指的是将压缩后的数据统一转换为数据库格式，这样可以减少数据在后续的处理与分析中的复杂度，存储步骤指的是将统一转换为数据库格式的数据存储在数据库中，便于后续的查询和管理，将预处理操作后的数据传入数据分析单元2中，同时将监测采集单元1中采集后的数据向检修警报单元5中进行传输；
中值滤波数学算法公式：
；
在这个公式中，表示去噪滤波后的数据值，/>表示采集后的数据第/>个样本点的值，/>表示求取一组样本值的中位数，利用该公式去除数据中的噪音，从而提高数据的准确性，为智能决策单元3根据这些准确的数据从而生成更加有效且精准的节约策略，便于该系统更加稳定的控制调节能源消耗。
数据分析单元2包括数据处理模块21、建模显示模块22和数据分析模块23；
数据处理模块21用于接收预处理模块11中预处理操作后的数据，并对预处理操作后的数据进行再次处理，与上述的处理步骤相同，将再次处理后的数据传入数据分析模块23中，该系统使用了两次处理数据，减少了采集数据的误差和干扰，提高采集数据的准确性，便于后面控制调节单元4进行控制调节工作无误差，从而提高了系统在运作中的安全性。
数据分析模块23用于接收再次处理后的数据，并对再次处理后的数据进行分析比对，将再次处理后的数据与自身拟定的能源消耗范围值进行比对，当用户超过预设的能源消耗值时，并通过建模显示模块22发送通知提醒用户，引导用户及时采取节能措施，减少建筑能源消耗的情况，并对分析比对后的数据进行建立模板数据，模板数据包括温度、湿度、光照强度、CO2浓度、人员活动范围、人流量、人员停留时间、能源的消耗值、能源费用，以及使用能源的时间段，将分析比对后的数据传入建模显示模块22、智能决策单元3和控制调节单元4中，建模显示模块22用于接收分析对比后的数据，将模板数据进行显示，使用户可以直观地了解建筑的能源消耗情况，这样可以用户实时监测能源使用情况，再对模板数据进行显示，将显示出的模板数据传入预处理模块11中，对显示出的模板数据进行统一转换为数据库格式的数据存储在数据库中。
当传入数据分析模块23中的再次处理后的数据与自身拟定的能源消耗范围值分析比对后，并根据所有用户的能源消耗值进行排序，通过系统根据能源消耗情况生成排行榜，选出能源消耗值最低的前五名，并进行发放奖励机制，用户可以与其他用户进行能源消耗的比拼，获得奖励或特权，从而增加用户对节能的积极性和参与度，可以使用户更加积极的节约自己的能源消耗。
智能决策单元3用于接收数据分析模块23中分析比对后的数据，并根据分析比对后的数据自动生成节能策略，生成的节能策略包括调整设备运行参数、维护计划、能源供应管理等方面的措施，根据用户的历史能源消耗数据和自身拟定的能源消耗范围值，以及使用消耗能源的时间范围值和网络上关于节约能源措施的建议进行结合，并自动生成节能策略，不仅可以避免用户大量浪费能源，还可以督促用户减少对能源的浪费，自身拟定的能源消耗范围值平均每个家庭用电的范围值为15-40度，平均每个家庭用水的范围值为3-4吨，平均每个家庭用燃气的范围值为0.3-0.4立方米，将生成节能策略的数据传入建模显示模块22和控制调节单元4中，当生成节能策略的数据传入建模显示模块22中时，可以使用户根据建议的节能策略自行采取节能的措施，这样不仅可以提高用户对能源消耗的关注度和理解度，还能促进节能意识的形成和能源消耗的降低。
控制调节单元4接收生成节能策略的数据时，并根据生成节能策略的数据进行控制调节功能，当数据分析模块23分析出该用户还存在大量的能源浪费的情况，则直接利用节能策略的数据对该用户进行自动调节能源消耗，这样不仅提高了能源利用效率，还降低能源消耗，实现节能目标，当控制调节单元4接收到数据分析模块23中分析比对后的数据时，根据分析后的数据和分析用户使用能源的时间段进行结合，分析出合理的规划，直接进行控制功能，如分析出现在办公室外温度过高或者天黑，而且根据用户平时回到办公室内的时间进行分析，在用户回到办公室内的前30分钟，直接利用控制调节单元4将办公室内的空调或灯光打开，当用户离开后的20分钟后，则直接利用控制调节单元4直接控制关闭，当分析出建筑内有大型设备大量消耗电源，可以利用太阳能发电能源和储能能源，最大限度地利用可再生能源，减少传统能源的消耗，以达到能源消耗的最佳效果，实现了智能优化能源。
检修警报单元5包括安全警报模块51和功能检修模块52；
安全警报模块51用于接收监测采集单元1中采集后的数据，当监测采集单元1监测出火灾、燃气泄漏、非法入侵者时，并触发安全警报功能，同时利用建模显示模块22向外界发出救援信号，发送通知提醒用户建筑内存在危险，同时通知专业人员进行采取措施，确保了用户的人身财产安全，功能检修模块52对预处理模块11、数据处理模块21、建模显示模块22、数据分析模块23、智能决策单元3、控制调节单元4和安全警报模块51进行检修，检修功能是否含有运行延迟，当监测出功能有延迟，则直接通过建模显示模块22向维修人员进行反馈，并对有延迟的功能进行检测维修，避免了功能延迟的作用对处理数据造成误差，从而提高了该系统运作的稳定性。
使用流程：
预处理模块11接收传感器采集的数据，并对采集后的数据进行预处理操作，将预处理操作后的数据传入数据处理模块21中，同时将监测采集单元1中采集后的数据向安全警报模块51中进行传输，数据处理模块21接收预处理模块11中预处理操作后的数据，并对预处理操作后的数据进行再次处理，将再次处理后的数据传入数据分析模块23中，数据分析模块23接收再次处理后的数据，并对再次处理后的数据进行分析比对，将分析比对后的数据传入建模显示模块22、智能决策单元3和控制调节单元4，建模显示模块22接收分析对比后的数据，并对分析比对后的数据进行建立模板数据，再对模板数据进行显示，将显示出的模板数据传入预处理模块11中，智能决策单元3接收数据分析模块23中分析比对后的数据，并根据分析比对后的数据自动生成节能策略，将生成节能策略的数据传入建模显示模块22和控制调节单元4中，控制调节单元4接收生成节能策略的数据，并根据生成节能策略的数据进行控制调节功能，当安全警报模块51接收监测采集单元1中采集后的数据时，并触发安全警报功能，同时利用建模显示模块22向外界发出救援信号。
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仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，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 (5)
1.基于物联网的智能建筑能源管理系统，其特征在于：包括监测采集单元（1）、数据分析单元（2）、智能决策单元（3）、控制调节单元（4）、检修警报单元（5）；
所述监测采集单元（1）用于采集数据，并对采集后的数据进行预处理操作，将预处理操作后的数据传入数据分析单元（2）中；
所述数据分析单元（2）用于接收预处理操作后的数据，并对预处理操作后的数据进行处理和分析，并对处理和分析后的数据进行建模显示，将处理和分析后的数据传入智能决策单元（3）和控制调节单元（4）中，同时将数据分析单元（2）中的建模显示的数据向监测采集单元（1）传输；
所述智能决策单元（3）用于接收处理和分析后的数据，并根据处理和分析后的数据生成节能策略，将生成节能策略的数据传入数据分析单元（2）和控制调节单元（4）中；
所述控制调节单元（4）用于接收处理和分析后的数据和生成节能策略的数据，并根据分析后的数据和生成节能策略的数据进行自动控制调节功能；
所述检修警报单元（5）用于对监测采集单元（1）、数据分析单元（2）、智能决策单元（3）、控制调节单元（4）进行检修，同时接收监测采集单元（1）中采集后的数据，并触发警报功能；
所述智能决策单元（3）接收数据分析单元（2）中处理和分析后的数据，并根据处理和分析后的数据生成节能策略，将生成节能策略的数据传入控制调节单元（4）中，并进行自动控制调节功能。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能建筑能源管理系统，其特征在于：所述监测采集单元（1）包括预处理模块（11），预处理模块（11）用于接收传感器采集的数据，并对采集后的数据进行预处理操作，将预处理操作后的数据传入数据分析单元（2）中，同时将监测采集单元（1）中采集后的数据向检修警报单元（5）中传输。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能建筑能源管理系统，其特征在于：所述数据分析单元（2）包括数据处理模块（21）、建模显示模块（22）和数据分析模块（23）；
所述数据处理模块（21）用于接收预处理模块（11）中预处理操作后的数据，并对预处理操作后的数据进行再次处理，将再次处理后的数据传入数据分析模块（23）中；
所述数据分析模块（23）用于接收再次处理后的数据，并对再次处理后的数据进行分析比对，将分析比对后的数据传入建模显示模块（22）、智能决策单元（3）和控制调节单元（4）中；
所述建模显示模块（22）用于接收分析对比后的数据，并对分析比对后的数据进行建立模板数据，再对模板数据进行显示，将显示出的模板数据传入预处理模块（11）中。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的智能建筑能源管理系统，其特征在于：所述智能决策单元（3）用于接收数据分析模块（23）中分析比对后的数据，并根据分析比对后的数据自动生成节能策略，将生成节能策略的数据传入建模显示模块（22）和控制调节单元（4）中，控制调节单元（4）接收生成节能策略的数据，并根据生成节能策略的数据进行控制调节功能。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的智能建筑能源管理系统，其特征在于：所述检修警报单元（5）包括安全警报模块（51）和功能检修模块（52）；
所述安全警报模块（51）用于接收监测采集单元（1）中采集后的数据，并触发安全警报功能，同时利用建模显示模块（22）向外界发出救援信号；
所述功能检修模块（52）对预处理模块（11）、数据处理模块（21）、建模显示模块（22）、数据分析模块（23）、智能决策单元（3）、控制调节单元（4）和安全警报模块（51）进行检修，检修功能是否含有运行延迟。
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