建筑能源系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與傳輸質(zhì)量保障方法.pdf

1、建筑節(jié)能，以提高建筑能源利用效率、降低能源消耗為目標(biāo)，已成為我國(guó)緩解能源供給不足、降低污染物排放，實(shí)現(xiàn)建筑能源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要課題之一。建筑能耗監(jiān)測(cè)及建筑能源系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Building Energy Systems，iBES)為量化考評(píng)我國(guó)建筑節(jié)能工作、促進(jìn)建筑能效評(píng)價(jià)與節(jié)能改造工作的深入開(kāi)展，提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，具有重要的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。能耗數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)建筑系統(tǒng)運(yùn)行管理、節(jié)能診斷和能效評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2、，其正確性和可靠性至關(guān)重要。但通過(guò)對(duì)建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和實(shí)際運(yùn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在底層能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，仍然存在較大的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題，特別是因感知層信道干擾造成的異常能耗數(shù)據(jù)、傳輸層因網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的數(shù)據(jù)傳輸障礙等問(wèn)題亟需進(jìn)一步解決。為此，本文將以建筑能源系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)，通過(guò)理論和試驗(yàn)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)等手段，以提高建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量為目標(biāo)，開(kāi)展以下研究工作。
　　首先，針對(duì)建筑能

3、耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中普遍采用的RS485總線因工作環(huán)境惡劣、強(qiáng)電磁干擾等因素引起的通信可靠性較差問(wèn)題，研究iBES感知層數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)質(zhì)量保障方法。以總線的偏置電阻、終端電阻、總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)為研究對(duì)象，建立了RS485總線的等效電路模型，通過(guò)基爾霍夫電流定律及限流法確定了偏置電阻的合理取值范圍，進(jìn)一步分析了偏置電阻對(duì)終端電阻以及總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量的影響。結(jié)果表明，偏置電阻的理論最小值為556Ω，最大值為716Ω，當(dāng)偏置電阻取值為665Ω時(shí)，可以確

4、保RS485總線穩(wěn)定通信的前提下得到總線的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量，為RS485總線在iBES工程應(yīng)用提供了技術(shù)指導(dǎo)。
　　其次，針對(duì)iBES傳輸層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)類型多樣化、跨網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，以能夠評(píng)價(jià)能耗監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通信性能的關(guān)鍵參數(shù)——網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的特性研究為切入點(diǎn)，研究分析iBES網(wǎng)絡(luò)時(shí)延組成，通過(guò)S-Ping測(cè)量方法從不同角度探究網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的分布特性，在此基礎(chǔ)上，提出了基于小波濾波-差分自回歸滑動(dòng)平均模型(W-ARIMA)的能耗監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

5、時(shí)延預(yù)測(cè)方法。結(jié)果表明，W-ARIMA算法具有較高的預(yù)測(cè)精度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信擁塞程度的預(yù)判，為優(yōu)化能耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)於ɑA(chǔ)。
　　第三，針對(duì)iBES傳輸層網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的傳輸障礙、數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，基于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延特性的預(yù)測(cè)結(jié)果，研究改變能耗數(shù)據(jù)包發(fā)包間隔(VPI)和發(fā)包大小(VPS)的模糊自適應(yīng)傳輸方法。Matlab仿真結(jié)果表明，與采用“定時(shí)、定量、定間隔”傳輸方法相比，采用VPI-FATC方法傳輸時(shí)，能耗數(shù)據(jù)包丟包率下降了23％，采用

6、VPS-FATC方法傳輸時(shí)，丟包率下降了71％;采用VPIS-FATC方法傳輸時(shí)，丟包率下降了79％。
　　最后，在上述理論研究結(jié)果的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了iBES智能數(shù)據(jù)采集器，其具體智能功能體現(xiàn)在:(1)自配置功能，當(dāng)遇到網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，可自主讀取SD卡中存儲(chǔ)的配置信息，避免丟失能耗數(shù)據(jù);(2)智能采樣功能，可通過(guò)變頻采樣、勒貝格采樣方式對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化采樣，在保證能耗數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)要求的基礎(chǔ)上，節(jié)約大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間;(3)智能傳輸控制方