建筑能源系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測與傳輸質(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)，已成為我國緩解能源供給不足、降低污染物排放，實現(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)測及建筑能源系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Building Energy Systems，iBES)為量化考評我國建筑節(jié)能工作、促進(jìn)建筑能效評價與節(jié)能改造工作的深入開展，提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，具有重要的現(xiàn)實和長遠(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)能診斷和能效評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2、，其正確性和可靠性至關(guān)重要。但通過對建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和實際運(yùn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)在底層能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸過程中，仍然存在較大的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，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，通過理論和試驗研究、技術(shù)開發(fā)等手段，以提高建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量為目標(biāo)，開展以下研究工作。
　　首先，針對建筑能

3、耗監(jiān)測系統(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題，研究iBES感知層數(shù)據(jù)監(jiān)測質(zhì)量保障方法。以總線的偏置電阻、終端電阻、總線節(jié)點數(shù)量三個關(guān)鍵參數(shù)為研究對象，建立了RS485總線的等效電路模型，通過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終端電阻以及總線節(jié)點數(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，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，以能夠評價能耗監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)通信性能的關(guān)鍵參數(shù)——網(wǎng)絡(luò)時延的特性研究為切入點，研究分析iBES網(wǎng)絡(luò)時延組成，通過S-Ping測量方法從不同角度探究網(wǎng)絡(luò)時延的分布特性，在此基礎(chǔ)上，提出了基于小波濾波-差分自回歸滑動平均模型(W-ARIMA)的能耗監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

5、時延預(yù)測方法。結(jié)果表明，W-ARIMA算法具有較高的預(yù)測精度，可以實現(xiàn)對網(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)丟失等問題，基于網(wǎng)絡(luò)時延特性的預(yù)測結(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、定量、定間隔”傳輸方法相比，采用VPI-FATC方法傳輸時，能耗數(shù)據(jù)包丟包率下降了23％，采用

6、VPS-FATC方法傳輸時，丟包率下降了71％;采用VPIS-FATC方法傳輸時，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，可自主讀取SD卡中存儲的配置信息，避免丟失能耗數(shù)據(jù);(2)智能采樣功能，可通過變頻采樣、勒貝格采樣方式對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化采樣，在保證能耗數(shù)據(jù)變化趨勢要求的基礎(chǔ)上，節(jié)約大量的數(shù)據(jù)存儲空間;(3)智能傳輸控制方