云计算环境下大型公共建筑能耗监测方法的研究与实现

于秋红

（吉林建筑大学城建学院，吉林 长春 130111）

云计算环境下大型公共建筑能耗监测方法的研究与实现

于秋红

（吉林建筑大学城建学院，吉林 长春 130111）

文章首先对大型公共建筑能耗的研究现状以及对其监测的研究意义进行了阐述，其次对云计算下其内容及其实现的理论依据进行了论述，最后对其检测实现过程中的关键技术进行了分析探讨。旨在对大型公共建筑用能的具体特点及大型公共建筑耗能的统计平台搭架构建进行全面了解，以便为大型公共建筑的节能运行提供有力的科学依托，强力促进大型公共建筑由耗能向节能的转变。

云计算；大型公共建筑能耗；ZigBee；监测方法

随着社会的不断发展和大型公共建筑的不断增加，能源消耗问题也在迅速加多，尤其是大型公共建筑的节能问题有很大的潜力可以通过相应工作进行整改。基于云计算环境下对大型公共建筑能耗进行监测能够通过对大型公共建筑能耗数据的分析，全面掌握大型公共建筑在不同时间点、不同设备下的不同能耗特点，充分挖掘其节能潜力，为大型公共建筑的节能运行提供科学的理论依据，从而有力地促进大型公共建筑节能潜力向现实节能的转化。

本文以云计算环境下大型公共建筑的能耗监测为研究对象，对其研究现状、关键技术等进行了阐述。

1　大型公共建筑能耗研究现状及对其实现云计算监测的意义

1.1大型公共建筑能耗的研究现状

大型公共建筑是指单体面积超20 000 m2并采用中央空调的公用或商用建筑物，医院、大型商场、购物超市、办公写字楼和公共交通枢纽等都属于大型公共建筑。这些大型公共建筑因必须配备相应的照明、空调、电梯等，因此除建筑能耗外，能源耗费也极其严重。大型公共建筑因国力增强，人民生活水平及经济、文明程度的不断提高。我国《建设科技》研究发现，以北京市为例，从2004—2008年，北京大型公共建筑的建筑面积增长了近一倍［1］。

诚然，不断增加的大型公共建筑大大提高了为其所在地居民提供生产生活服务的能力，又间接促进了当地社会经济文明的发展。但是大型公共建筑在发展过程中因能耗问题给生存环境带来的巨大影响也是不容小觑的。有研究曾指出大型公共建筑能耗已经占我国总能耗的1/3。我国虽然地大物博，拥有丰富的能源矿产资源，但是人均资源数量却依旧相对紧张，这样巨大的大型公共建筑耗能打不起旷日持久的消耗战，而且这种做法与我国“可持续发展”的理念也是相背离的。但是，我国并没有建立起全面有效的大型公共建筑能耗数据库，传统的依赖于人工调查、查表等方式来收集大型公共建筑能耗已经不能满足当下大型公共建筑复杂的能源消耗情况，这样就难以发现大型公共建筑中能源运行存在的问题，就会缺少对问题进行原因分析的条件和正确改造的依据。

因此，自2008年我国政府就结合现状发布了一系列对大型公共建筑能耗监测系统的相应文件以及导则，在政府的正确指引下全国大面积开展了针对大型公共建筑能耗监测系统的设计和研发。

1.2对云计算环境下大型公共建筑耗能监测方法研究的意义

就目前而言，我国的工业耗能、交通耗能和建筑耗能并列为“三大耗能户”。而且随着经济文化的不断发展，建筑耗能呈现出“不降反升”的趋势。

在计算机时代，我们也应该运用新技术于大型公共建筑耗能数据监测中。这种新兴的云计算采用共享基础架构的方法，把巨大的系统池连接在一起来提供各种技术性服务，其数字元器件性能的不断提升可以对大型公共建筑数据库进行全面的搜索分析，并且其实时数据流、信息搜寻、开放协作、超高的存储、计算数据等功能还能够满足对大型公共建筑耗能数据库进行由统一的云进行管理的需求。

2　云计算环境下对大型公共建筑耗能的监测研究内容及实现的理论依据

2.1云计算环境下对大型公共建筑耗能的监测研究内容

云计算环境下对大型公共建筑耗能的监测研究主要是通过实时在线对大型公共建筑耗能提供数据监测、审核、控制和管理等服务，并通过对监测系统整理的数据对大型公共建筑耗能进行规律的查找，来发现节约能源的有效途径，这样就能够充分发挥出云计算的强大计算能力，在巨大的数据库中寻找最优解决问题的方法，大大降低节约大型公共建筑耗能的难度。

2.1.1底层数据的采集与传输

对大型公共建筑能耗数据的采集是整个云计算环境下对大型公共建筑耗能的监测系统中投资最大的板块。各个采集模块对大型公共建筑中的若干个电表或者传感器的数据进行采集后把数据传送到数据终端。数据传输是指每栋建筑里由通信模块和服务器之间数据传输的一个过程。通信模块可以通过以下两种方式把数据送达服务器：第一种是直接把数据送到服务器上。第二种是把数据送到GPRS网络中，然后通过GPRS的网关支持节点—GCSN路由，把数据送达服务器。在采集模块和数据终端组成的网络中有总线型网络和无线网络两种可选。有线安装费用高，技术成熟可靠性高。无线简便，但是ZigBee节点造价高，技术也不甚完善。

2.1.2能耗数据库的设计

能耗监测系统需要处理百万亿的数据，这些数据种类繁多，错综复杂。能耗数据库是大型公共建筑海量能耗数据存储和分析的基础。由于对这些数据的处理不仅是收集那么简单，还需要进行合理地分析、分类，因此能耗数据库除了全面管理收集到的数据，还要对数据进行展示、分析。基于这些需要，能耗数据库依据云计算技术为整个大型公共建筑能耗监测系统提供强有力的技术支撑，它需要具备4个功能：①搜索分析功能。这个功能可以以图形显示各个计量电表的数据，显示的数据不光可以被搜索查询到，还可以导出备份，以便于做其他分析研究。②管理数据功能。这个功能的目的是维护大型公共建筑耗能数据库，用于提供表格间数据的生成、提供数据的导出备份以及对过时数据的删除功能。③数据表功能。对数据库中所有表格中的数据进行管理。④用户自定义设置功能。为用户提供自定义分项计量接口，使用者可根据具体需要定义某些监测量的数据组合，这些定义的量都能在搜索分析功能中查询显示。

2.2云计算环境下对大型公共建筑耗能实现监测的理论依据

云计算技术体系由4层组成：物理资源层、资源池层、管理中间件层和面向服务的结构（Service-Oriented Architecture，SOA）构建层。物理资源层主要是计算机、存储器、网络设施、数据库和软件。资源池层主要是把对大型公共建筑耗能监测系统中一些类型相同的资源放到一起构成资源池，比如大批量相近数据可以构成数据资源池，资源池层还负责对云资源节点进行均衡使用，若节点出现故障，还可自行试图修复或屏蔽，并且能够对资源使用状况进行监视统计，所以资源池层是云计算技术中最关键的技术部分之一。管理中间件层主要是对云计算的资源进行相应管理，如果有多个任务也是由管理中间件层进行任务调度，使资源能够高效、安全地为具体应用提供服务。SOA构建层可以把云计算能力打包成网站资源节点服务，并运用于SOA体系进行服务注册、搜索等管理使用，这个功能的完成主要依赖于外部设施。这种基于云计算环境下的耗能监测，特别适用于建筑内的通信应用。

3　云计算环境下对大型公共建筑耗能的监测实现过程中关键技术概述

云计算以数据处理为重点，是一种数据密集型的新型超级计算方法。云计算作为一种全新的网络服务模式能够提供复杂的数据存储、计算、网络协作、信息服务等功能，云计算环境下对大型公共建筑耗能监测实现过程中的关键技术包括：编程模式、数据存储、管理技术和虚拟化技术。

3.1编程模式

越来越简便的编程模式成为云计算发展的未来趋势，目前应用最广的云计算编程模式是Google公司提出的MapReduce编程模式，这个过程主要分为Map过程、Combine过程和Reduce过程，整个过程反映的是映射和规约的过程。应用程序只需要关注应用程序自身，对于集群的处理问题以及可靠性和可扩展性等都由平台来处理。

3.2数据存储和管理技术

大型公共建筑耗能监测中密集复杂的数据需要高效化的处理，基于云计算的数据存储技术主要有两种，一种是Google公司的GFS，另一种是Hadloop团队开发的HDFS。其中HDFS非常适用于商业硬件的分布式存储和分布式处理，它有较强的容错性和可扩展性，在应用于大型公建建筑耗能监测中只需调整下资源配置即可。云计算的数据管理主要有Google的Bigtable，是较先进的数据管理模式，能够对大型公建建筑耗能监测中大量的数据进行管理、搜寻和分析。

3.3虚拟化技术

云计算环境下对大型公共建筑耗能监测的实现也离不开云计算的虚拟化技术。虚拟化技术能够同虚拟机平台运行的应用程序同时工作。云计算中的虚拟化技术还能够节约主机资源，可以把多个负载次要的虚拟机节点合并到一个物理节点上，能够最大化地完成负载均衡。虚拟化技术在大型公共建筑耗能巨大的数据库中能灵活地进行资源管理和分配，能够大幅度提升云计算资源管理的效率。

4　结语

我国大型公共建筑耗能相较于西方发达国家而言还是有点偏高，对能源的利用率也比较低。因此发展完善基于云计算下的大型公共建筑耗能监测的相关系统，既能够充分发挥出信息技术在节能减排中的重要作用，又能够为我国节能工作提供科学严谨的技术支持，对实现资源节约、环境友好、人与自然和谐的可持续发展具有重要的现实意义。

[1]江亿.我国建筑能耗状况与节能重点[J].建筑科技，2007（5）：26-29.

[2]李运华，张吉礼.大型公共建筑运行耗能数据库管理系统初步开发及应用[J].建筑科学，2007（10）：86-90.

[3]陈梅，张永坚，牛祺飞.公共建筑能耗监测系统研究[J].电子测量与仪器学报，2009（S1）：167-170.

Research and implementation of large scale public building energy consumption monitoring method in cloud computing environment

Yu Qiuhong
（Urban Construction College of Jilin Jianzhu University, Changchun 130111, China）

This paper firstly discussed the research status of energy consumption of large public buildings and the research significance of its monitoring, then discussed the theoretical basis of the content and implementation of cloud computing, finally analyzed and discussed the key technologies in the process of detection and implementation. Aiming at comprehensive understanding the specific characteristics of large public buildings energy and construction of the frame of statistical platform of consumption of large public buildings, to provide a strong scientific basis for the energy saving operation of the large-scale public building, and strongly promote the transformation of large public buildings from energy consumption to energy saving.

cloud computing; large scale public building energy consumption; ZigBee; monitoring method

于秋红（1980— ），女，吉林江源，硕士，教师，副教授；研究方向：电气工程教学。