實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)用

高曉佳 穆宇晨

（1.吉林建筑科技學(xué)院 吉林省長(zhǎng)春市 130000 2.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 黑龍江省哈爾濱市 150000）

在“綠色生態(tài)、節(jié)能減排”社會(huì)發(fā)展戰(zhàn)略之下，我國(guó)對(duì)建筑能耗監(jiān)管工作提起了重視。傳統(tǒng)建筑能耗監(jiān)測(cè)手段落后，一般都是采用人工手抄電表、人工查看水表的方式進(jìn)行建筑能耗數(shù)據(jù)搜集，不僅工作效率較低，而且無法對(duì)整個(gè)城市的能耗使用情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化把控。在科學(xué)技術(shù)與信息化技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步的當(dāng)下，國(guó)家機(jī)關(guān)辦公室提出了“構(gòu)建智能化、一體化、實(shí)時(shí)化在線建筑能耗監(jiān)測(cè)體系”。2015年之后，我國(guó)信息技術(shù)日漸完善，并且積極構(gòu)建了智能化建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，各單位與企業(yè)自行研發(fā)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)、收集、存儲(chǔ)，通過Internet 將數(shù)據(jù)信息以XML 文件形式進(jìn)行發(fā)送傳輸與存儲(chǔ)，并且將這些數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)中心庫(kù)當(dāng)中，在軟件加工下生成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化建筑能耗報(bào)告。本文將針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)用進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建出來的，在實(shí)際應(yīng)用的過程中主要有以下幾個(gè)層次的功能。

（1）數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)處理功能。在實(shí)際運(yùn)用的過程中，結(jié)合用戶們的需求，目對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、查詢，借助互聯(lián)網(wǎng)云端，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)永久保存與遠(yuǎn)程操作。

（2）開放式數(shù)據(jù)信息交互傳輸接口。通過數(shù)據(jù)庫(kù)功能運(yùn)行，為建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供各種交互式數(shù)據(jù)信息接口，滿足數(shù)據(jù)信息交互傳輸需求。

（3）數(shù)據(jù)異常報(bào)警。在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，若出現(xiàn)了超大數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)，與日常數(shù)據(jù)信息采集存在差異的數(shù)據(jù)趨勢(shì)，則會(huì)第一時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息異常預(yù)警[1]。

（4）對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行根源追溯，借助查詢歷史數(shù)據(jù)信息的手段，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖表生成，通過tag 屬性來追溯數(shù)據(jù)信息，有效為建筑能耗監(jiān)控管理打下良好技術(shù)保障。

（5）動(dòng)態(tài)化圖表生成。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)之下，能夠支持面向?qū)ο蟮牧鞒探M態(tài)工具和報(bào)表工具，這樣便可以自動(dòng)化的生成用戶所需要的報(bào)表，對(duì)建筑能耗數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面把控[2]。

（6）支持C/S、B/S 結(jié)構(gòu)，在規(guī)定的運(yùn)行方式之下，將多個(gè)數(shù)據(jù)信息源進(jìn)行有效連接，這樣便可以更加方便、高效的幫助用戶們對(duì)能耗數(shù)據(jù)信息進(jìn)行訪問。

（7）數(shù)據(jù)信息加密化處理。在開展數(shù)據(jù)信息處理分析時(shí)，可以對(duì)訪問的數(shù)據(jù)信息開展加密化處理，并且提供數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)加密、身份驗(yàn)證等諸多手段，促使數(shù)據(jù)信息更秘密嚴(yán)謹(jǐn)與可靠。

（8）支持手工錄入數(shù)據(jù)。通過手工錄入的形式，將無法自動(dòng)采集輸入的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，并且一同歸納到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中[3]。

（9）身份信息添加。結(jié)合不同系統(tǒng)操作人員的身份，自主的進(jìn)行身份添加并且開展差異化的功能模塊操作，讓建筑能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)更加具備針對(duì)性。

圖1：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)構(gòu)架

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將信息化技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)緊密結(jié)合，不僅數(shù)據(jù)信息的處理結(jié)果可以自動(dòng)生成，而且還可以對(duì)歷史能耗數(shù)據(jù)趨勢(shì)進(jìn)行分析，其運(yùn)行與調(diào)度更加強(qiáng)調(diào)效率。相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)相比，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)更加具備高效性，可以實(shí)現(xiàn)事物調(diào)度效率，在規(guī)范的時(shí)間內(nèi)可以獲取更多的數(shù)據(jù)信息，并且進(jìn)行結(jié)果分析處理[4]。為此，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)滿足當(dāng)前智能樓宇設(shè)計(jì)需求，在數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)和處理當(dāng)中具備快捷性和高效性，信息更好更快被挖掘，并且更加方便數(shù)據(jù)信息操作、處理、共享。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)目標(biāo)之間的約束，特別適用于海量、高頻、有時(shí)序特點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息采集處理[5]。在進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)運(yùn)用的過程中，應(yīng)該結(jié)合建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)各層次內(nèi)容進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，以便于滿足系統(tǒng)開發(fā)需求。

2.1 層次結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)層次結(jié)構(gòu)是由應(yīng)用層、數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)接口層，三個(gè)層次所構(gòu)建而成的。 針對(duì)數(shù)據(jù)接口層來說，主要負(fù)責(zé)的是數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)信息獲取來源。數(shù)據(jù)接口層可以借助RS485 和RS232 總線，與建筑現(xiàn)場(chǎng)的能耗設(shè)備、智能儀表及你聯(lián)系，并且按照預(yù)設(shè)的頻率來進(jìn)行數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)采集，服務(wù)器接口可以反映到數(shù)據(jù)管理層，并且對(duì)其數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)處理。此外，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息高質(zhì)量采集，數(shù)據(jù)接口層還需要通過相關(guān)通信協(xié)議[6]。針對(duì)數(shù)據(jù)管理層來說，在開展運(yùn)行的過程中，具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與審核功能、數(shù)據(jù)應(yīng)用與處理功能。針對(duì)該層次來說，主要的任務(wù)便是對(duì)獲取到的能耗數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，提供信息服務(wù)接口并且集成各類數(shù)據(jù)信息，將處理好的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存，同時(shí)向應(yīng)用層提供PAI 接口，用于訪問或者操作實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)信息。針對(duì)應(yīng)用層來說，主要涵蓋了兩個(gè)功能內(nèi)容，分別是實(shí)施數(shù)據(jù)監(jiān)控功能和訪問預(yù)警功能。

表1：硬件設(shè)施配制選擇

表2：數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)硬件配置表

2.2 功能結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示，功能結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，其中諸多功能之間存在交互情況，再功能結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要涵蓋了實(shí)時(shí)事物管理、實(shí)施數(shù)據(jù)管理、實(shí)施資源管理等環(huán)節(jié)。針對(duì)實(shí)時(shí)事物管理來說，其中涵蓋了對(duì)數(shù)據(jù)信息優(yōu)先調(diào)度、實(shí)時(shí)事務(wù)執(zhí)行全生命周期管理,借助優(yōu)先事務(wù)調(diào)度管理等手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息優(yōu)化配置，借助優(yōu)先級(jí)調(diào)配算法的手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)事務(wù)的調(diào)配處理，確保任務(wù)處理的時(shí)間限制。針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的控制模塊來說，主要是借助優(yōu)先級(jí)規(guī)劃策略手段實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的管控處理。充分借助實(shí)時(shí)事物管控技術(shù)手段，全面對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)事物數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管控處理。對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)日志管理和數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)恢復(fù)。實(shí)時(shí)資源管理當(dāng)中涵蓋了CPU 管理、緩沖管理、實(shí)施數(shù)據(jù)操控管理、存儲(chǔ)I/O 調(diào)度管理等內(nèi)容。在該功能模塊之下，可以基于優(yōu)先級(jí)的計(jì)算機(jī)資源配制方法，對(duì)優(yōu)先級(jí)任務(wù)和系統(tǒng)資源進(jìn)行科學(xué)合理配置。

3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)

本文將以某市為例，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在該市能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中的軟件設(shè)計(jì)與以便于硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析，展現(xiàn)出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中融入的方案和效果。

3.1 數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)

再開展硬件設(shè)置時(shí)，需要結(jié)合建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求，在完善的設(shè)計(jì)方案之下，選擇科學(xué)合理的硬件設(shè)施。數(shù)據(jù)采集器應(yīng)該向外提供串行通訊、以太網(wǎng)訪問接口，選擇具備VPN 的路由器，以便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息儀表監(jiān)測(cè)，對(duì)配電控制系統(tǒng)當(dāng)中采集數(shù)據(jù)信息，并且開展通信中心數(shù)據(jù)傳輸。針對(duì)本市智能建筑情況，文中增加了模擬量和數(shù)字量通訊接口，硬件設(shè)施選擇嵌入式計(jì)算機(jī)平臺(tái)、工業(yè)直流電源、工業(yè)VPN 路由器、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)輸入接口單元，如表1所示。在進(jìn)行軟件配制時(shí)，選擇Windows8/10在相匹配的系統(tǒng)，開發(fā)工具和運(yùn)行界面應(yīng)該具備嵌入式優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)信息采集的數(shù)據(jù)管控選擇施耐德電氣公司開發(fā)的Local Control Indusoft Web Studio SP7，該設(shè)備最大可以支持4000個(gè)Tag，切實(shí)滿足建筑能耗監(jiān)測(cè)需求。數(shù)據(jù)信息采集安裝使用微軟SQL Server。

3.2 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)中心是建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最為關(guān)鍵核心內(nèi)容，可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行接收、存儲(chǔ)、拆分、應(yīng)用。在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)，需要引入計(jì)算機(jī)設(shè)備、路由器、交換機(jī)等通訊設(shè)備以及電源等斷電設(shè)備。本案例引入的具體設(shè)備型號(hào)以及數(shù)據(jù)如表2 所示。

數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)的軟件配置來說，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器選擇的是vCenter Server 開展虛擬化配置，數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)選用施耐德電氣公司的高級(jí)控制室版 IWS7，為海量數(shù)據(jù)的管理提供了保障。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器安裝 SQL Server，可以存儲(chǔ)5年內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)信息。

4 結(jié)束語

總而言之，在社會(huì)環(huán)境不斷惡劣的當(dāng)下，節(jié)能減耗成為社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵，建筑節(jié)能減耗迫在眉睫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的技術(shù)支撐，為我國(guó)節(jié)能減耗工作穩(wěn)定發(fā)展提供了基礎(chǔ)保障。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)用，應(yīng)該結(jié)合建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)選型和軟硬件設(shè)計(jì)，切實(shí)有效對(duì)建筑能耗數(shù)據(jù)信息進(jìn)行搜集、分類、處理、分析，及時(shí)對(duì)建筑能耗情況進(jìn)行智能化在線監(jiān)測(cè)，為社會(huì)節(jié)能管理、節(jié)能改造提供強(qiáng)大數(shù)據(jù)信息支撐。