陳瀟瀟+肖莎

摘要：本文主要探討數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校節(jié)能監(jiān)管的應(yīng)用，介紹如何利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行能耗分析，以提高節(jié)能管理水平，減少高校的能源消耗，為高校的節(jié)能監(jiān)管工作提供系統(tǒng)、科學(xué)化的決策指導(dǎo)，從而提塑造年輕一代的節(jié)能意識(shí)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；高校；節(jié)能監(jiān)管；決策

1.高校節(jié)能監(jiān)管現(xiàn)狀

當(dāng)今社會(huì)，節(jié)能減排已經(jīng)引起人們的普遍關(guān)注，越來(lái)越多的政府單位、企業(yè)、組織機(jī)構(gòu)和個(gè)人自發(fā)地投入到節(jié)能減排的工作中。高校在一個(gè)城市能源消耗中占很大的部分，大學(xué)生的在校能耗人均量明顯大于全國(guó)城鎮(zhèn)居民能耗人均量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)在校大學(xué)生人均用水量是全國(guó)居民人均用水量的2倍，能耗是全國(guó)居民平均值4倍多。高等院校能源使用缺少科學(xué)的計(jì)算和管理。如何采用合適的技術(shù)手段，將高校能耗的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)處理，提取出有用的規(guī)則和知識(shí)，挖掘出隱含在這些數(shù)據(jù)背后有價(jià)值的規(guī)律和知識(shí)，為高校的節(jié)能監(jiān)管工作提供系統(tǒng)、科學(xué)化的決策指導(dǎo)，從而提高節(jié)能管理水平，減少高校的能源消耗，塑造年輕一代的節(jié)能意識(shí)。

2.國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究

國(guó)外的高校在資金方、經(jīng)費(fèi)等原因在一定的程度上加速了節(jié)能監(jiān)管的開(kāi)發(fā)和研究的推進(jìn)，所取得的成果也是比較大的，國(guó)外的高校在節(jié)能監(jiān)管信息化比較的成熟。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的節(jié)能監(jiān)管信息化建設(shè)歷程中，國(guó)外的高校使用了成熟的技術(shù)框架，立足學(xué)校的實(shí)際情況對(duì)節(jié)能監(jiān)管實(shí)現(xiàn)可視化的監(jiān)管，很大的程度上提高了學(xué)校的能源使用率。美國(guó)高校建筑和設(shè)施的節(jié)能改造工程已經(jīng)進(jìn)行了十多年，這些學(xué)校中比較典型的是位于美國(guó)德克薩斯的A&M大學(xué)，校園節(jié)能監(jiān)管項(xiàng)目改造工程的投入了不少的資金，節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)實(shí)測(cè)的節(jié)能收益超過(guò)了平臺(tái)建設(shè)的資金多倍。

我國(guó)重視校園節(jié)能監(jiān)管的構(gòu)建起始于上世紀(jì)九十年代，在經(jīng)過(guò)了積極宣傳節(jié)能監(jiān)管概念、初期的示范性建設(shè)和全方位實(shí)行構(gòu)建的幾個(gè)階段。政府以12所高校為首批試點(diǎn)建設(shè)節(jié)約型校園的學(xué)校，并于2009年制定了有關(guān)校園建設(shè)節(jié)約型校園的建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)構(gòu)建和管理技術(shù)的一系列技術(shù)指導(dǎo)方法，并將作為今后院校建設(shè)校園能源監(jiān)管平臺(tái)的理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。政府近些年加大了節(jié)能監(jiān)管的投入力度，建設(shè)節(jié)約型校園在經(jīng)過(guò)這些年的研究獲得得了不少進(jìn)步，啟動(dòng)了所節(jié)約型校園建設(shè)試點(diǎn)。

敖四江[1]等人對(duì)目前我國(guó)高校校園能源管理存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決方案，例如嘗試引入市場(chǎng)的機(jī)制、建立相關(guān)機(jī)構(gòu)管理能源、完善管理體系等。高彪[2]等人通過(guò)研究上海某綜合型大學(xué)，對(duì)科研樓、圖書(shū)館、教學(xué)樓、辦公樓、宿舍樓等校園典型建筑的用能特點(diǎn)及節(jié)能潛力進(jìn)行了探討。王旭東[3]通過(guò)對(duì)天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)校園能源消耗現(xiàn)狀的研究，提出在高等學(xué)校構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能源管理平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要手段。李道洋、蒙艷玫[4]等以廣西大學(xué)校園內(nèi)40棟校園公共建筑為樣本建筑，通過(guò)多元線(xiàn)性回歸分析方法對(duì)建筑能耗和影響因子進(jìn)行分析，得到影響樣本建筑能耗的主要因子，并建立了相應(yīng)的能耗預(yù)測(cè)模型。季文娟[5]、喻偉[6]等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用于建筑能耗預(yù)測(cè)，建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑能耗預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑能耗的預(yù)測(cè)。在校園節(jié)能監(jiān)管的研究上，主要集中于相關(guān)理論和對(duì)策制定方面，結(jié)合校園節(jié)能監(jiān)管實(shí)踐的應(yīng)用研究方面還不夠深入，較多的研究集中在利用統(tǒng)計(jì)分析研究方法或者數(shù)學(xué)模型對(duì)建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的研究亟待提高與完善。

3.數(shù)據(jù)挖掘在高校能源監(jiān)管中的應(yīng)用

在數(shù)據(jù)的分析和處理上面，數(shù)據(jù)挖掘會(huì)發(fā)揮重要的作用，它能從數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息。從應(yīng)用層面來(lái)講，數(shù)據(jù)挖掘是一種決策支持過(guò)程，主要基于數(shù)據(jù)庫(kù)、人工智能、數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)，高度自動(dòng)化地分析數(shù)據(jù)，做出歸納性的推理，從中挖掘出潛在模式，幫助決策者減少風(fēng)險(xiǎn)、做出正確的決策。以高校不同類(lèi)型建筑能耗為例，圍繞數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程的主要步驟，探討數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校節(jié)能監(jiān)管中的應(yīng)用。本文的數(shù)據(jù)挖掘目標(biāo)為建立起高校建筑能效分析的聚類(lèi)挖掘模型，通過(guò)模型分析，制定降低能耗的策略。

3.1 數(shù)據(jù)清理、集成與選擇

從高校能源數(shù)據(jù)庫(kù)中提取近五年來(lái)的建筑能耗原始數(shù)據(jù)，去除無(wú)效缺失數(shù)據(jù)，挑選出科學(xué)的、安全的、適用于數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)于高校建筑能耗歷史數(shù)據(jù)，由于測(cè)量和記錄的嚴(yán)重失誤，或由于儀器儀表的突然波動(dòng)，都會(huì)造成數(shù)據(jù)的缺失。對(duì)于有多個(gè)屬性缺失值的記錄，直接將其從樣本中刪除；缺失的水電能耗數(shù)據(jù)，用當(dāng)月系統(tǒng)能耗平均值填補(bǔ)。在不影響數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果質(zhì)量的前提下，盡可能保持了原數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)清洗后，對(duì)某些原來(lái)沒(méi)有的屬性按需要進(jìn)行生成，通過(guò)泛化、屬性離散化處理將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以構(gòu)成一個(gè)適合數(shù)據(jù)挖掘的描述形式。

3.3數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用

從數(shù)據(jù)挖掘角度看，高校建筑能耗是較好的數(shù)據(jù)挖掘?qū)ο?。因高校建筑用能所受到的不確定因素干擾遠(yuǎn)小于商業(yè)、工業(yè)等行業(yè)，能耗數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的規(guī)律性更強(qiáng)。數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用一般圍繞特定的數(shù)據(jù)主題進(jìn)行，高校建筑能耗數(shù)據(jù)挖掘可應(yīng)用的主題如下：

（1）能耗預(yù)測(cè)：高校建筑能耗與建筑地域、建筑類(lèi)型、建筑年代、建筑面積、建筑用途、建筑材料等眾多因素相關(guān)，可以使用分類(lèi)或者回歸分析的方法建立起能耗預(yù)測(cè)模型。

（2）基準(zhǔn)評(píng)價(jià)：通過(guò)基準(zhǔn)評(píng)價(jià)，校園管理者可以了解其建筑運(yùn)行情況，對(duì)比本建筑與其它類(lèi)似建筑的能源消耗差異，如果發(fā)現(xiàn)目標(biāo)建筑比其它同類(lèi)建筑能耗高，可以采取措施降低能耗；對(duì)樣本建筑生成關(guān)聯(lián)規(guī)則，然后將這些規(guī)則應(yīng)用于待評(píng)價(jià)的目標(biāo)建筑，從而對(duì)目標(biāo)建筑的能耗狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（3）運(yùn)行優(yōu)化：高校建筑運(yùn)行能耗的高低很大程度上取決于設(shè)備運(yùn)行管理、維護(hù)水平的高低，可以運(yùn)用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，也可采用聚類(lèi)挖掘出不同的運(yùn)行模式，從而為節(jié)能決策提供支持。

4.結(jié)束語(yǔ)

高校節(jié)能監(jiān)管是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，更是一個(gè)剛剛起步的節(jié)能重點(diǎn)項(xiàng)目。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校能耗數(shù)據(jù)分析方向的應(yīng)用才剛剛起步。但隨著節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不斷完善、能耗數(shù)據(jù)的不斷豐富，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的不斷深化，必將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]敖四江.高校能源管理的現(xiàn)狀分析及對(duì)策探討[J].能源研究與管理，2010（4）：38-41.

[2]高彪，譚洪衛(wèi)，宋亞超.高校校園建筑用能現(xiàn)狀及存在問(wèn)題分析一以長(zhǎng)三角地區(qū)某綜合型大學(xué)為例[J].建筑節(jié)能，2011（39）：41-44.

[3]王旭東.試論高校校園能源管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之構(gòu)建[J].職業(yè)教育研究，2011（3）：17-19.

[4]李道洋.基于分項(xiàng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的建筑能耗數(shù)值分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，37（5）：965-971.

[5]季文娟.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑能耗巧估模型與預(yù)測(cè)模型研究[D].南京工業(yè)大學(xué)，2012.

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