摘要：近年来，我国经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。提高能源利用率、实现节能减排已成为我国保障能源安全的重大举措，其中能源计量是关键。能源计量是指在能源流程中，对各环节的数量、质量、性能参数、相关的特征参数等进行检测、度量和计算。本文分析了基于物联网技术的能源计量城域管理系统的相关内容。
关键词：物联网技术；能源计量；管理系统；
受技术水平限制，目前无论在能源计量措施或者政府能源计量监管方面都以巨大的人力物力为代价，缺乏经济、适用和可靠性高的计量手段，不足以全面全天候地监测企业用能状况，无法做到动态采集、即时传送和提供决策依据。该系统采用物联网技术，将采集到的企业用能动态信息实时传送到监测平台。
一、概述
通过物联网技术、高速网络传输技术、地理信息技术等信息采集手段和信息化技术，将企业的一次能源、二次能源、载能工质等能源信息数据传输到监测系统，进行收集、统计、分析、预警，及时掌握和处理企业用能状况，根据数据的时序变化可分析生产设备在老化过程中的耗能程度。从而，一方面通过此系统的动态监测来督促企业清洁生产、低碳生产，以常态化的管理手段来保证节能降耗长期目标的实现；另一方面对企业用能状况的动态监测有利于做出及时预警和危险告警，使重大能源浪费情况可控，为经济的绿色增长方式筑起坚固的屏障。
二、物联网技术的能源计量城域管理系统
城市能源计量物联网计量测试和监控的对象是用能单位一次能源、二次能源和载能工质的消耗量以及与之相关的各种设备的运行参数、控制参数、环境参数等。结合城市资源的现有配置情况，设计了城市能源计量物联网的管理系统。
1.感知层。城市能源计量物联网的感知层由一级计量网( 监测网) 和二级计量网( 诊断网) 组成，分别涉及用能单位的总表计量和分表计量，具体是由电、气、油、水、煤等的相关计量仪表和在线采集终端组成，负责对电、气、油、水、煤等的能耗量值和相关参数进行计量和在线采集。
（1）传感器设备。需安装的传感器设备包括电能表、燃气表、流量计、温湿度传感器、压力传感器、CO2浓度传感器等，它们负责对用能单位一次能源、二次能源和载能工质的消耗量以及与之相关的运行参数、控制参数、环境参数等进行感知和测量。所安装计量仪表的位置、精度等级、检定/校准状态等需满足用能单位能源计量器具配备和管理通则的要求。
（2）数据采集终端。数据采集终端是能源计量物联网的重要组成部分，负责按照预先设定的采集周期从传感器设备读取数据，对数据进行打包、封装和暂存，并按约定的协议进行数据传送。此外，数据采集终端还负责传感器节点进入传感网络前的认证工作，以保证网络和节点安全。
（3）连接方式。目前，数据采集终端集成长距离通讯模块，支持以GPＲS /GSM/CDMA/3G/Internet 等通讯方式与中心主站服务器进行长距离数据传送。
2.网络层。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通讯网、网络管理系统等组成，主要采用了如下几种数据传送方式。
（1）现场能源数据传送。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆用能单位现场采集到的能源数据可通过如下四种途径传输至数据中心主站: 一是数据采集终端通过GPＲS /GSM/CDMA/3G/Internet 等通讯方式首先将数据传送至部署于供能集团的数据中转站，再由中转站通过宽带专线传送至能源计量数据中心主站; 二是数据采集终端通过通讯方式直接将数据传送至能源计量数据中心主站;三是数据采集终端首先通过局域网将数据传送至用能单位自建的企业能源站，再由企业能源站通过Internet 网络传送至能源计量数据中心主站; 四是数据采集终端通过通讯方式将数据传送至节能服务公司数据中心，再由节能服务公司传送至能源计量数据中心主站。
（2）数据中心主站内服务器间数据传送。数据中心主站内服务器间通过局域网进行连接，基于云计算平台在局域网内进行数据传递。
（3）数据中心数据对外发布应用。数据中心建立了进行能源数据监测、查询和管理的门户网站，通过Internet网络向终端用户发布信息和提供应用服务。
3.应用层。城市能源计量物联网应用层运行于云计算服务平台之上，又可分为云计算基础设施层、云计算平台层、云计算应用层三个子层次。云计算基础设施层提供虚拟化的硬件资源和软件集合，如分布式文件系统、海量数据库等。云计算平台层提供分布式应用组件的运行、调试和测试环境，并提供管理工具监控任务执行情况。云计算应用层集中了许多分布式应用，实现城市能源数据的整合、存储、管理、远程监测、统计、分析等，可为政府管理和决策提供科学、法定的数据支持，借助大数据挖掘分析技术，可为社会提供包括能源监测、节能检测、节能诊断、节能评价、节能认证、节能项目交易等全方位的节能服务。
三、系统关键技术
1.基于无线传感器网络的信息采集技术。系统无线传感器网络是基于GSM 通信网组成的传感器网络，它是由大量的无线传感器节点（簇）、汇聚节点（簇头）和GSM 数据传输模块组成的分布式系统。传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块4 部分组成。其中，传感器模块负责对监测区域内的信息（如压力、流量、温度、质量、长度等数据）感知和A/D 转换；无线通信模块带有射频收发器，通过技术将数据信息传送给汇聚节点；数据在汇聚节点进行融合后，再通过GSM 网络传送给中心服务器，最终实现数据信息的实时监测与采集。
2.数据挖掘模型。监测过程中，每个时刻都会产生来自传感器节点采集的数据信息，大量的原始数据聚集在网络中心服务器，形成超海量的数据库。知识发现是从数据库中提取潜在有用的信息的过程。知识发现的过程大致可分为数据准备、数据选择、数据预处理、数据缩减或者数据变换、确定数据挖掘目标、确定知识发现算法、数据挖掘、模式解释、知识评价等。其中，数据挖掘是关键。根据物联网，系统采用物联网多层数据挖掘模型，其分为数据收集层、数据管理层、事件处理层和数据挖掘服务层4 层，在目标识别、数据抽象和压缩后，一系列数据被储存在相应数据库或数据仓库中，并记录成表。数据管理层利用数据仓库去储存和管理相关数据。事件处理层实现基于事件（数据、时间和其他因素的整合）的提问分析。将观察到的原始时间过滤后，就可获得复杂事件或用户关注的事件。数据挖掘服务层建立在数据管理和事件处理的基础上。各种基于对象或基于事件的数据挖掘服务，如分类、预测、聚类、孤立点检测、关联分析或类型挖掘等，都提供给应用。
进入本世纪以来，我国能源消费急剧增长，节能减排形势日益严峻。通过精细化管理手段提高能源管理水平和能源利用效率是节能工作的必然趋势。由于借助物联网技术可高效地实现“物与物”、“人与物”的互联互通，因而，更便于实时获取准确、可靠的能源计量数据，通过分析处理可对用能系统的运行和管理及时做出反应，对于提高能源利用效率和节能管理水平有重要意义。
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论文作者:梁晓坤
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/9
标签：能源论文; 数据论文; 传感器论文; 终端论文; 节能论文; 数据中心论文; 技术论文; 《电力设备》2017年第1期论文;