CN112650335A - 一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***及方法，采集各区域的温度、声音、图像和湿度信息；采集电表回路开关状态信息、采集供水回路的压力和流量数据、检测供水管线的状态；根据接收的环境影响参数信息和居住信息，进行用户的行为模型挖掘，掌握并预测用户行为，根据预测结果，进行相应空间的资源调配；根据资源调配指令，对相应的空间进行资源的供应或中断，实现能耗的管控；根据预测的设备运行情况，进行维护和排除潜在故障，实现建筑物的公用设施运维管理。

Description

一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***及方法

技术领域

本发明涉及一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***及方法。

背景技术

随着各类建筑的不断发展，建筑规模越来越大，层次越来越高，建筑的标准也越来越高。

对于大型建筑物，影响建筑能耗的因素有很多，比如建筑类型、各房间的用途、房间的层高、墙体厚度、房间温度、房间湿度、居住人员密度、照明时间、共用空间的温度和湿度、各资源使用周期、建筑电能消耗或/和建筑用热量等。

如何对上述大量的影响因素进行有机的融合或排序，如何进行综合平衡，以获得较为优选的、经济、高效的能耗管控是现在面临的重要问题。

同时，对于公共空间内的资源，如照明设备、饮水设备、中央空调或灭火设备等，如何进行有效的管理，如何结合上述能耗影响因素，科学的对公共空间的资源进行分配、更新和维护，也是急需解决的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***及方法，本发明通信网络和末端传感器对楼宇内公共设备和房间设备进行状态监测和智能控制，构建大数据***，采集用户行为、环境状态等数据，分析数据并辅助进行资源分配和管理。

一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***，其特征是：包括：

环境影响参数采集单元，包括设置于各区域的相应传感器，接收采集的温度、声音、图像和湿度信息；

居住信息采集单元，包括采集电表回路开关状态信息的用电信息采集模块、安装在各节点的采集供水回路的压力和流量数据、检测供水管线的状态的供水信息采集模块、以及集中供暖***和中央空调***工作状态的暖通信息采集模块；

资源调度单元，被配置为根据接收的环境影响参数信息和居住信息，进行基于大数据的用户的行为模型挖掘，掌握并预测用户行为，根据预测结果，进行相应空间的资源调配；

资源需求预测模块，被配置为根据接收的环境影响参数信息和居住信息挖掘建筑物的后勤服务需求，结合用户行为与分布，辅助进行后勤服务需求预测与分配，进行设备的自适应的维护和故障风险的预测；

信息交互单元，被配置为接收资源调配指令，对相应的空间进行资源的供应或中断，实现能耗的管控，根据预测的设备运行情况，进行维护和排除潜在故障，实现建筑物的公用设施运维管理。

进一步的，所述环境影响参数采集单元，包括设置于楼宇内各个楼层处的多个温度传感器、湿度传感器、图像采集模块、红外线传感器、紫外线传感器和声音采集模块。

进一步的，所述供水信息采集模块包括设置于各供水总管道的供水溢流传感器，以及设置于各供水支路、采集相应供水支路流量与压力的传感器。

进一步的，所述用电信息采集模块包括通过采集电表回路信息的采集器，获知当前电力回路的开关状态。

进一步的，所述环境影响参数采集单元包括多个图像采集模块，所述图像采集模块组成监控网络，能够全方位地记录行人移动轨迹，各个图像采集模块相互配合能够对处于不同头部姿态的人脸进行检测。

进一步的，每个区域设置的传感器或采集器都具有唯一的ID和IP地址，采集与之对应区域的环境影响参数采集单元的信息。

本发明的第二目的是提供一种基于大数据挖掘的能耗智能管控方法，包括：

采集各区域的温度、声音、图像和湿度信息；

采集电表回路开关状态信息、采集供水回路的压力和流量数据、检测供水管线的状态；

根据接收的环境影响参数信息和居住信息，进行用户的行为模型挖掘，掌握并预测用户行为，根据预测结果，进行相应空间的资源调配；

根据资源调配指令，对相应的空间进行资源的供应或中断，实现能耗的管控；根据预测的设备运行情况，进行维护和排除潜在故障，实现建筑物的公用设施运维管理。

作为可选择的实施方式，将环境影响参数信息和居住信息存入数据库，并把上传数据进行提前录入，对数据进行分布式管理。

作为可选择的实施方式，预先配置所有的采集元件参数的数据最大阈值和最小阈值，当接收数据超出设置的阈值范围时，进行相应设备报警，通过传感器ID信息找到传感器所在位置。

作为可选择的实施方式，根据接收的环境影响参数信息和居住信息，进行用户的行为模型挖掘，掌握并预测用户行为的具体过程包括：根据接收的环境影响参数信息和居住信息，确定相应用户的使用习惯，对用户的具体行为进行刻画，包括相应用户各时段的用电情况、用水情况和身体温度，并进行分析计算，确定用户最舒适体温，以及用电、用水的高峰期和低谷期，根据确定结果调节水、电的用量。

相同的数据计算，可得到一天中不同楼宇的资源消耗情况，通过资源消耗对比，可以对使用量大的楼宇进行资源管控，控制用电用水量等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明能够基于通信网络和末端传感器对楼宇内公共设备和房间设备进行状态监测和智能控制，构建大数据分析，采集用户行为、环境状态等数据，分析数据并辅助进行资源分配和管理，实现经济、高效的能耗管控；

2、本发明挖掘建筑物的公共空间使用模型，基于用户行为模型辅助进行空间资源调配，以图表/3D形式展现，并输出参考分配方案；

3、本发明能够根据挖掘出的数据特点进行设备运维，挖掘设备运营维护情况，预测设备可能发生故障风险，预防事故的发生。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实施例提供的***架构图；

图2为本实施例提供的数据处理流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

以教学宿舍楼为待管理的楼宇作为具体实施例进行详细的描述。

首先，提供一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***，该处理***具有以下的功能：

(1)人机交互：降低人际交流成本与门槛，针对不同职责的后勤工作人员分配对应的管理职责权限，实现多个层级用户的无障碍交流、人机交互工作，显著提高后勤工作效率；

如图1所示，人机交互至少包括语音通讯模块，具体包括语音采集的麦克风阵列，利用麦克风阵列的空域滤波特性，在目标说话人方向形成拾音波束，抑制波束之外的噪声和反射声。

还包括语音处理单元，被配置为对采集的声音进行降噪、回声消除、语音唤醒等语音前端处理，输出降噪后的音频信号、声源角度数据和唤醒触发信号。

语音交互可用于的拟交互范围可以包括：离线唤醒、房间区域状态查询、接受控制指令、反馈控制结果、请求身份验证、危险人员提示、人员撤离提示、设备状态查询、设备维修方案建议、房间资源查询、能耗使用提醒或/和后勤人员考勤请求。

(2)楼宇自主管理：通过通信网络和末端传感器对楼宇内公共设备和房间设备进行状态监测和智能控制。

其中，末端传感器至少包括设置于楼宇内各个楼层处的多个红外线传感器、紫外线传感器、温度传感器、图像采集模块和声音采集模块；还包括设置于各供水总管道的供水溢流传感器与设置于各电表回路中的电流/电压传感器。

通信网络可以是无线传输网络，也可以是物联网与无线传输网络的结合。

(3)机器视觉识别：实时识别楼宇人员，并读取身份、权限等信息，智能识别楼宇火灾等安全事件，辅助后勤服务与安保部门；协助进行后勤工作自动分工管理，进而实现故障检测与止损，并基于流程分配维修工作及情况通报。

其中，识别楼宇人员具体通过设置于大门门禁处的视频采集模块、图像采集模块和身份识别***。

具体包括前端图像采集摄像头和后端图像处理***组成。前端由多个图像采集摄像头组成监控网络，能够全方位地记录行人移动轨迹，多摄像头配合能够对处于不同头部姿态的人脸进行更为可靠有效的检测。后端图像处理***采用机器学习对检测到的人脸图像进行识别，对该行人的身份进行比对确认，根据不同的人员分组采取不同的后续处理。完成人脸识别需进行以下过程：人脸图像采集及检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取以及匹配与识别。***采用网络信息加密传输，支持远程进行控制和管理。

首先通过前端图像采集***采集楼宇内的住户人员及工作人员的脸部图像，通过深度学习算法提取特征，进行身份注册。***工作时，前端摄像头实时采集图像，采用深度学习算法对图像中出现的人体以及人脸进行识别，获取人脸特征之后，在已经注册的住户数据表及工作人员数据表中进行检索比对。

若该人脸属于住户列表，开启门禁；若该人脸属于工作人员列表，则对该工作人员进行打卡考勤，并接入工作人员的绩效***；对于校内危险人员及校外可疑人员，则调用前端摄像头对该行人进行全楼宇无缝跟踪，并向楼宇安保部门发送警告。

(4)基于规范标准的事件管理：针对后勤管理中突发事件应对的情况，设计标准事件处理规范，检测突发事件情况并自主启动解决流程，协调组织人员进行处理，评估该事件处理情况。

为了完成上述功能，需要投入的配套设施具有：设置于楼宇各个区域(尤其是重要区域，如居住区、楼道口等)的烟感报警器、自动喷淋头、手动报警器、通讯模块和扩展摄像头；以及设置于大门处的门禁***和人机交互屏幕。

具体的，进行人机交互时以语音交互为主，配合图像等手段构建人机交互***。语音交互模块采用基于硬件识别的智能语音***，实现非特定人(SI)的语音识别。

语音交互模块配备VUI(Voice User Interface)编辑器让用户更方便修改识别流程、随时可以增删控制指令，基于识别分数的拒识算法可以大幅度降低误触发率，提高安全系数；此外，语音交互模块增加语音应答的功能，用户可以方便地对语音应答的内容进行更改，更好的实现人机交互的功能；人机交互配有图形显示界面对人机交互内容及楼宇内相关信息等进行显示，以达到更加直观的交互效果。

在本实施例中，将上述人机交互***作为信息交互单元，通知相应区域的人员相应的突发事件信息和预案中的疏导措施，协同处理突发事件。

本实施例中，通过通信网络和末端传感器对楼宇内公共设备和房间设备进行状态监测和智能控制，管控的***主要为电力***、供水***和暖通***、数据采集***。

通过采集器采集的电表回路信息，可以获知当前电力***的开关状态，并可以通过管理员配置自动控制参数进行自动控制，自动控制参数包括定时参数、分时控制参数等。

楼宇内控制的电力子***包括以下子***：室内照明子***、公共区域照明子***、多媒体设备子***、生活热水器子***、电梯子***、通风机子***以及消防设备子***。

通过安装在各节点的采集器采集回的压力、流量数据检测供水管线的状态，及时发现跑冒滴漏异常现象，并针对大量跑水事故自动处理，根据节点流量和压力数据及时关闭阀门，减少损失。同时对楼宇内用水子***进行实时监测，对于异常用水情况告警，子***包括：清洁用水子***和生活用水子***。

楼宇内集中供暖***管控主要包括基于采集的压力、流量的管线检测和末端暖气阀的自动控制，管线检测和供水***类似，暖气阀的自动控制主要为分时分温控制。中央空调***管控包括中央空调机组控制、供冷管线检测和末端风机控制，机组控制主要通过设定机组自动运行参数，末端风机控制包括基于室内人员状态和温度进行设备开关和温度设定，对于安装单体空调房间，通过红外控制设备进行远程控制。

根据各个、各类型传感器的运行状态和网络通讯状态，并及时反馈报警信息；识别和传输计量装置运行状态，支持对传感器连接的计量装置的故障定位和诊断，并及时将故障信息传输到远程控制端；支持数据采集器远程升级和重启，并且能根据故障原因，设备自行重启，将重启信息上传远程控制端，解决数据卡死的问题；针对传输网络故障等原因未能成功传输的数据，则待传输网络恢复正常后利用采集器存储的数据进行断点续传。

作为突发事件管理***，本发明的核心处理***结合楼宇管理站、机器视觉和人机交互***，指定事件应对标准机制，基于后勤管理规章制度和管理专业设计，辅助管理人员发现突发事件(管道漏水、区域断电等)，自主启动对应预案，基于人机交互***组织多部门后勤服务人员联动，协同处理事件，并反馈处理结果。

针对火灾情况，及时启动自动喷淋设备，通知楼宇管理人员和上级保卫部门，按照校园应急预案辅助组织人员撤离、消防人员引导等；

火灾突发事件的处理具体包括以下步骤：

紧急事件发现：结合红外线传感器、紫外线传感器、温度传感器和图像采集模块的信息，依次根据紫外、红外和温度信息判断是否有火灾，若三个值均超过设定阈值，则结合图像采集模块的信息，确认是否发生火灾突发事件。

同时，集成烟感报警器和手动报警装置，及时发现火情位置，估计火情大小。

向值班室发送语音提示，告知火情发生和位置，启动自动喷淋。

启动火灾应急预案，向上级部门发送火灾提示。

人工或自动启动撤离楼宇的语音提示，通过设置于楼宇中各区域的语音提示装置提示相关楼层的师生相应的撤离路线和注意事项。

针对后勤服务中漏水、跳闸等事件，及时进行区域断水断电等止损操作，把事件详情和维修建议通知维护人员进行抢修，反馈记录维修情况。针对设备损坏等事件，及时通报维修人员，辅助提供维修方案或厂家人员，反馈记录维修情况。

具体的，根据楼宇设备管控***，发现故障报警信息，初步诊断分析报警信息，对于漏水区域及时进行断水处理。向楼管值班人员发送事件信息和位置，值班人员通知维护人员处理。

针对楼宇使用过程中建筑设施升级施工事件，辅助管理施工人员，查实身份和权限，提供断电断水等施工辅助，记录并上报施工进展。

值班人员登记施工时间、位置、人员等信息，通过门禁的视频采集模块、图像采集模块和身份识别***对施工人员核实身份，给予相应的门禁权限；

利用设置于楼宇的声音传感器和图像传感器，收集施工进展定时上报楼宇管理人员，形成有效监督。

针对后勤管理人员定期不定期巡检工作，辅助安排巡检日程事项，及时通报组织相关部门和人员，通过视频手段自动巡检楼宇区域、设备情况等部分内容，评价巡检效果并反馈。

结合视频或图像采集信息对安保、保洁、维护***巡检时间，发送提示指令。

上述事件的处理过程中，大数据的采集是指利用多个数据库来接收发自客户端(Web、App或者传感器等)的数据，可以通过这些数据库来进行简单的查询和处理工作。对关系突发事件管控***的数据类型、数据大小、读写量级、读写比例、并发数、一致性、延迟度、分析的复杂度乃至需不需要引入较复杂的数据挖掘算法等进行甄别，构建满足能耗管控***需要的数据采集硬件、数据传输硬件和数据采集检测软件，实现大数据采集。

由于采集的环境信息和人员信息的大数据可能由TB级(或者甚至PB级)信息组成，包括结构化数据(数据库、日志、SQL等)以及非结构化数据(传感器、多媒体数据)。这些数据缺乏索引或者其他组织结构，可能由很多不同文件类型组成，使存储数据的成本在不断地增加，数据存储容量***性增长且难以预估，越来越复杂的环境使得存储的数据无法管理，对数据库的存储功能构成了挑战。

如图2所示，本***在处理过程中对这些数据进行分区操作，通过建立广泛的索引与缓存机制，加大虚拟内存和分批处理，使用临时表和中间表优化查询语句，使用文本格式进行处理，定制清洗规则和出错处理机制，使用数据仓库和多维数据库完成数据的存储。

对楼宇内所有的传感器信息数据存入hadoop数据库，并把上传数据进行提前录入，并采用HDFS来进行分布式管理，将所有的传感器参数设置数据最大阈值和最小阈值，当接收数据超出设置的阈值范围时，通过实时数据平台发出设备报警，通过提前录入的传感器信息找到传感器所在位置，进而确定问题位置信息。在数据库不断被调用和新数据不断存储的过程中，通过传感器实时上传的数据走向即可预测该传感器是否会出现问题。

数据处理过程中，从其数据采集、数据转换、数据分组、数据组织、数据计算、数据存储、数据检索和数据排序规则上设计相应的数据处理***架构软件和***集成软件，并在这些数据的准备阶段，完成这些数据的录入。待这些数据录入后，按程序的指示和要求对这些数据进行处理，最后输出满足需求的有效信息，完成基于大数据技术的数据的处理。

基于数据挖掘算法，分割、集群、孤立点分析精炼数据，挖掘价值。进而进行预测分析，数据挖掘可对数据承载信息更快更好地消化理解，进而提升判断的准确性，最终形成供能辅助决策。挖掘校园内能耗使用情况，预测能耗使用情况，辅助进行能源供给决策，以图表/3D形式展现，并输出参考分配方案。

例如，可以针对不同用户的使用习惯，对各个用户的具体行为进行刻画，确定其用电情况、用水情况，同时记录红外线检测到的用户身体温度在不同一天的同一时刻的变化数据记录下来，通过对这些数据的分析计算，得出用户最舒适体温，用电、用水的高峰期和低谷期分别在这一天的哪个时刻，根据这个时刻来实现自动调节水电等的用量，从而达到使客户满意并减少能耗的效果。

当然，还可以具有以下功能：

后勤服务需求预测。挖掘校园内保洁、安保等后勤服务需求，结合用户行为与分布，辅助进行后勤服务需求预测与分配，以图表/3D形式展现，并输出参考分配方案。

突发事件预测。挖掘设备运营维护情况，预测设备可能发生故障风险，及时通知机器人***分配人员，并提供事件处理相关策略，人机协同处理相关风险。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***，其特征是：包括：

环境影响参数采集单元，包括设置于各区域的相应传感器，接收采集的温度、声音、图像和湿度信息；

居住信息采集单元，包括采集电表回路开关状态信息的用电信息采集模块、安装在各节点的采集供水回路的压力和流量数据、检测供水管线的状态的供水信息采集模块、以及集中供暖***和中央空调***工作状态的暖通信息采集模块；

资源调度单元，被配置为根据接收的环境影响参数信息和居住信息，进行基于大数据的用户的行为模型挖掘，掌握并预测用户行为，根据预测结果，进行相应空间的资源调配；

资源需求预测模块，被配置为根据接收的环境影响参数信息和居住信息挖掘建筑物的后勤服务需求，结合用户行为与分布，辅助进行后勤服务需求预测与分配，进行设备的自适应的维护和故障风险的预测；

信息交互单元，被配置为接收资源调配指令，对相应的空间进行资源的供应或中断，实现能耗的管控，根据预测的设备运行情况，进行维护和排除潜在故障，实现建筑物的公用设施运维管理。

2.如权利要求1所述的一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***，其特征是：所述环境影响参数采集单元，包括设置于楼宇内各个楼层处的多个温度传感器、湿度传感器、图像采集模块、红外线传感器、紫外线传感器和声音采集模块。

3.如权利要求1所述的一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***，其特征是：所述供水信息采集模块包括设置于各供水总管道的供水溢流传感器，以及设置于各供水支路、采集相应供水支路流量与压力的传感器。

4.如权利要求1所述的一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***，其特征是：所述用电信息采集模块包括通过采集电表回路信息的采集器，获知当前电力回路的开关状态。

5.如权利要求1所述的一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***，其特征是：所述环境影响参数采集单元包括多个图像采集模块，所述图像采集模块组成监控网络，能够全方位地记录行人移动轨迹，各个图像采集模块相互配合能够对处于不同头部姿态的人脸进行检测。

6.如权利要求1所述的一种基于大数据挖掘的能耗智能管控***，其特征是：每个区域设置的传感器或采集器都具有唯一的ID和IP地址，采集与之对应区域的环境影响参数采集单元的信息。

7.一种基于大数据挖掘的能耗智能管控方法，其特征是：包括：

采集各区域的温度、声音、图像和湿度信息；

采集电表回路开关状态信息、采集供水回路的压力和流量数据、检测供水管线的状态；

根据接收的环境影响参数信息和居住信息，进行用户的行为模型挖掘，掌握并预测用户行为，根据预测结果，进行相应空间的资源调配；

根据资源调配指令，对相应的空间进行资源的供应或中断，实现能耗的管控；根据预测的设备运行情况，进行维护和排除潜在故障，实现建筑物的公用设施运维管理。

8.如权利要求7所述的一种基于大数据挖掘的能耗智能管控方法，其特征是：将环境影响参数信息和居住信息存入数据库，并把上传数据进行提前录入，对数据进行分布式管理。

9.如权利要求7所述的一种基于大数据挖掘的能耗智能管控方法，其特征是：预先配置所有的采集元件参数的数据最大阈值和最小阈值，当接收数据超出设置的阈值范围时，进行相应设备报警，通过传感器ID信息找到传感器所在位置。

10.如权利要求7所述的一种基于大数据挖掘的能耗智能管控方法，其特征是：根据接收的环境影响参数信息和居住信息，进行用户的行为模型挖掘，掌握并预测用户行为的具体过程包括：根据接收的环境影响参数信息和居住信息，确定相应用户的使用习惯，对用户的具体行为进行刻画，包括相应用户各时段的用电情况、用水情况和身体温度，并进行分析计算，确定用户最舒适体温，以及用电、用水的高峰期和低谷期，根据确定结果调节水、电的用量。

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