多傳感器信息系統(tǒng)在能源計(jì)量管網(wǎng)中的應(yīng)用

一、 背景

近幾年我國經(jīng)濟(jì)快速增長，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但也付出了很大的資源和環(huán)境代價，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳。因此從源頭預(yù)防污染,有效減少資源消耗, 實(shí)施節(jié)能減排的意義重大。

“能源是國策、計(jì)量是基礎(chǔ)”，節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展，首先要以計(jì)量技術(shù)為基礎(chǔ)，采用智能化并具有物聯(lián)網(wǎng)功能的能源計(jì)量器具，并借助現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)等高科技手段，建立能源計(jì)量傳感網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)管理平臺，進(jìn)行能源計(jì)量活動，增強(qiáng)能源計(jì)量監(jiān)督管理、提升能效及能源管理水平，從而實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、數(shù)字化節(jié)能減排目標(biāo)。

二、概述

節(jié)能減排以能源計(jì)量技術(shù)為基礎(chǔ)，作為分支計(jì)量學(xué)科的能源計(jì)量是技術(shù)與管理結(jié)合體的、復(fù)雜的、邊沿性的重要社會活動。以量、質(zhì)、損、殘、存等的能源計(jì)量系統(tǒng)是能源量及使用程度的計(jì)量系統(tǒng)。

（1）多傳感器的能源計(jì)量信息場：

能源計(jì)量信息既是根據(jù)測量對象的用能屬性來分類的信息，又是復(fù)雜的多輸入多維的信息；涉及了幾何量、電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科的電學(xué)量、力學(xué)量、熱工量、光學(xué)量、化學(xué)量等參量，由這些專業(yè)參量同歸到能源計(jì)量的理論及工程應(yīng)用，形成了特定的信息內(nèi)容及形式，具有確定和不確定、過程各異、同步和非同步、同類和異類的復(fù)雜信息場的特點(diǎn)，這不是其他計(jì)量學(xué)科所能代替的。這樣的不確定信息需要用特定的定義及處理（算法）解決。舉例圖示： 

實(shí)現(xiàn)可測量的途徑：

　　明確原始信息源元素，形成基于能流的數(shù)字信息鏈；
　　量值轉(zhuǎn)換、傳遞的融合預(yù)處理算法集成；
　　建立融合的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)、綜合的信息提煉、再生；

（2）計(jì)量管理單元

能源計(jì)量脫離不了能源管網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)，探討計(jì)量管理單元的最小單元的形態(tài)及特征，有助于推廣經(jīng)濟(jì)、適用、可靠的系統(tǒng)產(chǎn)品。

根據(jù)能源計(jì)量理論及任務(wù)，最小單元應(yīng)該是以用能屬性劃分、多專業(yè)參量有機(jī)結(jié)合的、具有一種融合數(shù)學(xué)模型的單元。

用能單位的全過程及工藝多數(shù)是非常復(fù)雜的，如何保證連續(xù)的能流環(huán)節(jié)的能源計(jì)量不出現(xiàn)“偽信息”是個艱難的研究課題。計(jì)量過程表具的簡單組合解決不了全過程的量化跟蹤的可信度低的問題。所以采用自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的智能技術(shù)的計(jì)量管理單元及單元間組網(wǎng)才能使全過程量化跟蹤“可控制“成為可能。如圖所示：

（3）能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

能源計(jì)量以能量守恒定律及熵增原理來考核用能設(shè)備、用能系統(tǒng)的用能狀況，能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理要為決策系統(tǒng)服務(wù)。在這樣的多專業(yè)參量的信息系統(tǒng)中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理首先要解決能源數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)及融合問題。關(guān)聯(lián)處理快速、可靠、低錯誤率，建立基于各層次的融合數(shù)學(xué)模型、統(tǒng)計(jì)方法、動態(tài)特性描述的統(tǒng)一信息融合框架和結(jié)構(gòu)，是能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵技術(shù)。融合技術(shù)在分層數(shù)據(jù)管理上的實(shí)現(xiàn)才能將能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合、相互滲透、相互關(guān)聯(lián)地管理，才能給決策者管理帶來實(shí)用價值。

三、 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三層架構(gòu)，即感知層、M2M終端層和中心層。

感知層主要包括傳感器、計(jì)量裝置、執(zhí)行部件、過程儀表、信號適配器、攝像機(jī)等。主要負(fù)責(zé)向M2M終端層提供數(shù)據(jù)。

M2M終端層包括采集器、網(wǎng)絡(luò)/通信適配器、收發(fā)器、路由器、計(jì)量終端和視頻終端、監(jiān)控管理終端等。負(fù)責(zé)采集感知層數(shù)據(jù)，并把采集到的數(shù)據(jù)加工處理發(fā)送至中心層服務(wù)器。

中心層根據(jù)業(yè)務(wù)范圍又分為三層，分別是數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和訪問層。能源計(jì)量中心數(shù)據(jù)平臺包括了數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換平臺、應(yīng)用支撐平臺三大基礎(chǔ)軟件平臺建設(shè)。

能源計(jì)量模型建模

　　●能源需求預(yù)測模型
　　●能源供應(yīng)模型
　　●能源系統(tǒng)優(yōu)化模型
　　●能源環(huán)境分析模型
　　●能源經(jīng)濟(jì)模型
　　●能量平衡關(guān)系
　　●能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

四、意義

多傳感器信息“融合”技術(shù)在能源管網(wǎng)中的應(yīng)用是一個示范性工程，其實(shí)施對于加快物聯(lián)網(wǎng)的能源計(jì)量應(yīng)用示范，提高能源管網(wǎng)信息化水平，推進(jìn)科技創(chuàng)新具有十分重要的意義。主要表現(xiàn)在：

　　●對能源利用狀況提供實(shí)時監(jiān)測和管理的平臺
　　●為評估節(jié)能降耗技術(shù)改造提供科學(xué)、準(zhǔn)確、公正的技術(shù)支撐；
　　●為能源統(tǒng)計(jì)管理提供技術(shù)依據(jù)
　　●為用能單位的節(jié)能管理提供技術(shù)支撐：
　　●提供節(jié)能技術(shù)、節(jié)能工藝研究和推廣的技術(shù)服務(wù)；
　　●提供節(jié)能檢測方法研究的技術(shù)服務(wù)；

采用智能技術(shù)、節(jié)能技術(shù)與服務(wù)、管理有機(jī)融合，系統(tǒng)具有兼容性、擴(kuò)展性、設(shè)計(jì)科學(xué)、技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、較強(qiáng)的創(chuàng)新性和實(shí)用價值，也具備產(chǎn)業(yè)化前景，為產(chǎn)生良好的社會經(jīng)濟(jì)效益奠定的基礎(chǔ)。