摘" 要：研究建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫運用，揭示了實時數(shù)據(jù)庫顯著提升系統(tǒng)實時性、數(shù)據(jù)處理能力及能源管理效率的優(yōu)勢。設計基于實時數(shù)據(jù)庫的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集建筑能耗的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并經虛擬專用網絡將采集的數(shù)據(jù)傳輸至實時數(shù)據(jù)庫，利用離散布谷鳥算法解碼建筑能耗數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)分析與處理效率，用戶在終端設備上可實時查詢建筑能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)建筑能耗監(jiān)測。

關鍵詞：建筑能耗" "監(jiān)測系統(tǒng)" "實時數(shù)據(jù)庫" 解碼

中圖分類號：TP391

Application and Research of Real-Time Database in Building Energy Consumption Monitoring System

HE Yiting

Huaqing College， Xi 'an University of Architecture and Technology， Xi' an， Shaanxi Province， 710000 China

Abstract： This article conducts research on the application of real-time database in building energy consumption monitoring system， reveals the significant advantages of real-time database in improving system real-time performance， data processing capacity and energy management efficiency. It designs a building energy consumption monitoring system based on a real-time database. The monitoring data of building energy consumption is collected through the data collection subsystem， and the collected data is transmitted to a real-time database through a virtual private network. The discrete cuckoo algorithm is used to decode the building energy consumption data， improving the efficiency of data analysis and processing. Users can query the building energy consumption monitoring data in real time on terminal devices， achieving building energy consumption monitoring.

Key Words： Building energy consumption; Monitoring system; Real-time database; Decode

建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)作為實現(xiàn)建筑節(jié)能目標的關鍵技術手段，已成為節(jié)能管理不可或缺的工具。它通過實時監(jiān)測和詳實記錄建筑的能源消耗情況，為管理者提供了全面、準確的數(shù)據(jù)支持，從而有效指導能源使用和優(yōu)化決策[1]。在信息化快速發(fā)展的背景下，實時數(shù)據(jù)庫的應用日益受到重視，這種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)專門針對實時數(shù)據(jù)處理而設計，能夠滿足建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵[2]。本研究旨在深入探討實時數(shù)據(jù)庫在建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中的應用效果，分析其在實時性、吞吐量和數(shù)據(jù)處理能力方面的優(yōu)勢。前人研究雖已對建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的構建和應用進行了廣泛探討，但在實時數(shù)據(jù)庫的集成與應用方面，仍存在研究不足和實際應用的挑戰(zhàn)。本研究緊貼當前研究熱點，通過對比分析，揭示實時數(shù)據(jù)庫在提升監(jiān)測系統(tǒng)性能中的作用。通過本研究，期望為建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化提供理論依據(jù)和實踐指導，同時為相關領域的研究提供新的視角和方法。

1" 建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫架構與實現(xiàn)

1.1" 系統(tǒng)的總體結構

建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)是一個復雜而關鍵的節(jié)能管理工具，它通過實時監(jiān)測和記錄建筑的能源消耗情況，為管理者提供全面、準確的數(shù)據(jù)支持。這個系統(tǒng)包括多個組成部分，如采集子系統(tǒng)、第三方運營中心、移動、遠程監(jiān)控與管理設備、國家數(shù)據(jù)中心等，它們共同協(xié)作，確保數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、存儲、分析和處理。

實時數(shù)據(jù)庫（Real-Time Database，RTDB）是一種專門設計用于處理實時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能夠在規(guī)定的時間內對數(shù)據(jù)進行處理并返回結果，以滿足實時性要求[3]。將實時數(shù)據(jù)庫應用于建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中，可以顯著提升系統(tǒng)性能，使得系統(tǒng)能夠更好地服務于建筑能耗管理和節(jié)能減排工作。系統(tǒng)功能的增強體現(xiàn)在數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析、報警與通知、智能優(yōu)化和歷史數(shù)據(jù)查詢等方面，有助于全面了解和優(yōu)化建筑能耗情況。圖1為基于實時數(shù)據(jù)庫的建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)總體結構圖。

由圖1可知，該系統(tǒng)主要包括由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中轉站、市節(jié)能監(jiān)控中心辦公室、國家數(shù)據(jù)中心和移動、遠程監(jiān)控與管理設備、虛擬專用網絡等組成。通過數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集建筑能耗的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并經虛擬專用網絡將采集的建筑能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至實時數(shù)據(jù)庫，利用離散布谷鳥算法解碼建筑能耗數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)分析與處理效率，全部用戶或機構均可以在移動終端、客戶端、瀏覽器實時查詢建筑能耗監(jiān)測與統(tǒng)計數(shù)據(jù)，完成建筑能耗監(jiān)測能力。

1.2" 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程設計

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程設計是將關系數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫相結合，完成建筑能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理與整合。其中：通過關系數(shù)據(jù)庫存儲歷史能耗數(shù)據(jù)，為以后的統(tǒng)計工作提供歷史能耗數(shù)據(jù)支持；另外，通過實時數(shù)據(jù)庫實施實時能耗信息的采集、傳送、質量控制、遠程診斷、管理、上報和展示，將兩者結合為用戶提供能耗數(shù)據(jù)服務。

在構建能耗監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測儀表的數(shù)據(jù)首先通過預設協(xié)議高效匯集至數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫內。針對既有的配電監(jiān)控系統(tǒng)，若其已符合能耗數(shù)據(jù)采集標準，系統(tǒng)將利用過程控制對象鏈接與嵌入?yún)f(xié)議（Object Linking and Embedding for Process Control，OPC）協(xié)議直接從配電監(jiān)控核心設備中提取實時的能耗數(shù)據(jù)，隨后實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)中心實時數(shù)據(jù)庫的即時同步。數(shù)據(jù)中心則依托OPC、簡單郵件傳輸協(xié)議（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）、可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）以及文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）等多種技術手段，向不同層級、類型的系統(tǒng)提供全面的能耗信息服務。為進一步擴展系統(tǒng)能力，若需增設數(shù)據(jù)中轉環(huán)節(jié)，流程將稍作調整：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)首先將捕獲的實時能耗數(shù)據(jù)同步至新設的數(shù)據(jù)中轉站，再由中轉站作為橋梁，將這些數(shù)據(jù)無縫對接至數(shù)據(jù)中心，后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與共享流程保持不變。此外，為了保障歷史能耗數(shù)據(jù)的可追溯性與安全性，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫會定期執(zhí)行數(shù)據(jù)歸檔操作，將累積的能耗信息存入一個暫存且支持轉發(fā)的關系型數(shù)據(jù)庫中。隨后，通過利用對象鏈接與嵌入數(shù)據(jù)庫訪問（Object Linking and Embedding， Database，OLEDB）這一強大的數(shù)據(jù)訪問接口，系統(tǒng)能夠定時將這些歷史能耗數(shù)據(jù)遠程傳輸并安全存儲在數(shù)據(jù)中轉站或數(shù)據(jù)中心的相應關系數(shù)據(jù)庫中，以確保數(shù)據(jù)的長期保存與高效利用。這一系列措施不僅優(yōu)化了數(shù)據(jù)流動路徑，還顯著降低了信息冗余與重復處理的風險[4]。

1.3" 數(shù)據(jù)中心實時數(shù)據(jù)庫的架構設計

數(shù)據(jù)中心實時數(shù)據(jù)庫是該系統(tǒng)重要組成部分，數(shù)據(jù)中心實時數(shù)據(jù)庫架構如下。

1.3.1" 數(shù)據(jù)源層

此層廣泛覆蓋全市，集成了各類建筑中的同源及異源數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫。為確保數(shù)據(jù)流通無阻，同構系統(tǒng)運用TCP/IP協(xié)議直接將實時能耗數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心，而異構系統(tǒng)則巧妙借助OPC技術，實現(xiàn)將數(shù)據(jù)高效傳輸至數(shù)據(jù)中心。

1.3.2" 實時數(shù)據(jù)服務層

作為數(shù)據(jù)中心的基石，該層聚焦于數(shù)據(jù)的整合、精細化處理、嚴格的質量控制、安全存儲及多樣化應用。首先，通過實時數(shù)據(jù)庫構建與數(shù)據(jù)源層的數(shù)據(jù)橋梁，匯聚來自各子系統(tǒng)的實時與歷史能耗數(shù)據(jù)。其次，依據(jù)預設參數(shù)對數(shù)據(jù)進行深度處理與質量控制，生成包括報警、事件、趨勢分析及故障診斷在內的綜合信息。處理后的數(shù)據(jù)及其衍生信息被妥善保存至關系型數(shù)據(jù)庫中，以備后續(xù)分析之用。同時，該層還充當了信息服務的樞紐，為本地及遠程用戶提供多樣化的訪問接口，確保數(shù)據(jù)的流通與共享[5]。

1.3.3" 應用層

應用層直接面向兩類用戶群體：數(shù)據(jù)中心本地用戶以及廣泛分布的其他數(shù)據(jù)中心用戶。這一層不僅支持本地用戶通過多樣化的終端實時訪問與交互數(shù)據(jù)，還實現(xiàn)了與其他數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的無縫對接，促進了能耗數(shù)據(jù)的跨平臺、跨系統(tǒng)共享與應用。

2" 建筑能耗數(shù)據(jù)的解碼與處理方法

建筑能耗數(shù)據(jù)是建筑節(jié)能管理的重要基礎，能夠反映建筑的能源消耗情況，為制定節(jié)能措施提供依據(jù)。實時數(shù)據(jù)庫能夠有效地存儲和管理建筑能耗數(shù)據(jù)，方便進行實時監(jiān)測和分析。然而，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)解碼方法效率較低，無法滿足實時數(shù)據(jù)庫的需求。因此，本文提出了一種基于離散布谷鳥算法的建筑能耗數(shù)據(jù)解碼方法，以提高解碼效率。離散布谷鳥算法是一種基于群體智能的優(yōu)化算法，通過模擬布谷鳥的覓食行為，搜索問題的最優(yōu)解。該算法具有收斂速度快、全局搜索能力強的特點，適用于解決復雜的優(yōu)化問題。

建筑能耗數(shù)據(jù)原始序列用表示，基于離散布谷鳥算法的建筑能耗數(shù)據(jù)解碼流程公式如下：

表示，基于離散布谷鳥算法的建筑能耗數(shù)據(jù)解碼流程公式如下：

式（1）中：表示序列長度；表示每個指令信號頻率分量；表示在該算法下監(jiān)測指令寄生巢選擇概率的實際偏移量；表示監(jiān)測指令實施系數(shù)，；表示偏移權重；表示建筑能耗數(shù)據(jù)解碼后序列。

式（1）中：表示序列長度；表示每個指令信號頻率分量；表示在該算法下監(jiān)測指令寄生巢選擇概率的實際偏移量；表示監(jiān)測指令實施系數(shù)，；表示偏移權重；表示建筑能耗數(shù)據(jù)解碼后序列。該公式通過迭代計算，逐步逼近最優(yōu)解，最終得到解碼后的建筑能耗數(shù)據(jù)序列。

離散布谷鳥算法能夠有效地提高監(jiān)測節(jié)點對數(shù)據(jù)處理的效率與準確性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）優(yōu)化響應策略：算法能夠根據(jù)監(jiān)測節(jié)點的狀態(tài)和能耗數(shù)據(jù)的特點，動態(tài)調整節(jié)點的響應策略，例如調整數(shù)據(jù)采集頻率、優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸路徑等，從而提高數(shù)據(jù)處理的效率。

（2）優(yōu)化趨近策略：算法能夠根據(jù)能耗數(shù)據(jù)的分布情況和變化趨勢，動態(tài)調整節(jié)點的趨近策略，例如選擇合適的解碼參數(shù)、調整解碼算法的搜索范圍等，從而提高數(shù)據(jù)解碼的準確性。

鑒于原始建筑能耗數(shù)據(jù)與經解碼的建筑控制數(shù)據(jù)在序列結構上的差異，智能化通信節(jié)點能夠靈活地傳輸建筑能耗數(shù)據(jù)信息，這一特性確保了監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的存儲機制能夠保持穩(wěn)定，不受數(shù)據(jù)序列形態(tài)轉變的影響。具體而言，采用離散布谷鳥算法對能耗數(shù)據(jù)進行解碼的過程，主要作用于優(yōu)化監(jiān)測節(jié)點對數(shù)據(jù)處理的效率與準確性，即影響節(jié)點的響應與趨近策略，而并不直接改變數(shù)據(jù)序列本身的格式或內容，能夠滿足實時數(shù)據(jù)庫的需求。

3" 結語

通過研究建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫運用表明，實時數(shù)據(jù)庫技術能夠顯著提升建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的實時性和數(shù)據(jù)處理能力。同時，本研究還針對建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的特點，對實時數(shù)據(jù)庫進行了相應的優(yōu)化和改進，如增強了對大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理能力、提高了并發(fā)控制的效率等。這些改進使得實時數(shù)據(jù)庫在建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中的表現(xiàn)更加出色盡管實時數(shù)據(jù)庫在建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。

參考文獻

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