基于物联网的园区能流图设计系统及方法与流程

1.本发明涉及物联网技术领域，具体地说是一种基于物联网的园区能流图设计系统及方法。


背景技术：

2.物联网(iot，internet of things)是新一代信息技术的重要组成部分，it行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思:其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于能源监控领域。
3.能流图是表示能量(如热能、电能等)流动状况的图表，可以动态呈现某地区、工业企业或某单独设备的能量流动。能流图不但能够直观、定量地展示能源供应、转换和使用数量的全貌,而且可以揭示各个环节的能源利用效率水平。
4.故如何基于物联网设计能流图，确保用户能够清晰查看能流图具体流动转化，为提高能源利用效率提供更多可行性方案是目前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的技术任务是提供一种基于物联网的园区能流图设计系统及方法，来解决如何基于物联网设计能流图，确保用户能够清晰查看能流图具体流动转化，为提高能源利用效率提供更多可行性方案的问题。
6.本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种基于物联网的园区能流图设计系统，该系统包括采集层、网关层、协议转换层、数据处理层、数据库层、服务层和视图层；
7.其中，采集层用于采集能源数据并将能源数据传输给网关层；
8.网关层用于接入采集层采集的能源数据，并完成网关注册和数据上报；
9.协议转换层用于对接网关、设备注册和计量数据上报；
10.数据处理层用于数据计算和数据清洗；
11.数据库层为数据库层为分布式关系型数据库，用于对接协议转换层、数据处理层和服务层对数据的插入、查询、修改及删除的需求；
12.服务层用于能流图配置、查询和分析；
13.视图层用于能流图配置和客户自定义查询分析展示。
14.作为优选，所述采集层包括电表、水表、光伏设备、蓄电池及其连接的能源监测装置。
15.作为优选，所述网关层包括数据接入模块、网关注册模块和数据上报模块；
16.其中，数据接入模块用于将采集层设备注册到网关，并定时获取设备计量数据；
17.数据注册模块用于将网关、计量设备注册到协议转换层；当新增网关时，网关会向协议转换层的server端registered topic发布网关注册请求；协议转换层接收网关注册请
求，并验证网关合法后，返回token令牌；
18.数据上报模块用于将数据接入模块获取到的计量数据与token令牌发送至registered topic即为数据上报过程。
19.更优地，所述协议转换层上部署server端和client端，server端是一个分布式发布订阅消息系统。
20.更优地，所述协议转换层包括注册模块和上报模块；
21.其中，注册模块用于当client端监听到server端registered topic队列变化时，主动从registered topic订阅消息，并对订阅的网关及设备信息进行分类入库；入库完成后生成token令牌，发布到registered topic，网关接收token令牌用于数据上报身份鉴权；
22.上报模块用于当client端监听server端reported topic队列变化时，主动从reported topic订阅消息，并对拉取到的计量数据关联到具体设备分类入库。
23.作为优选，所述数据处理层包括计算模型和清洗模型；
24.其中，计算模型用于定期对协议转换层入库的数据按照能源分类、能耗分项和分时段汇总计算；
25.清洗模型用于定期对协议转换层入库的数据表进行数据转移，做持久化存储。
26.作为优选，所述服务层包括能流图配置模块、能流图查询模块和能流图分析模块；
27.其中，能流图配置模块用于支撑视图层新增、修改和删除能流图操作；
28.能流图查询模块用于支撑视图层对能流图查询操作；
29.能流图分析模块用于支撑视图层通过自定义时间范围时，自动计算出同比、环比及自由比分析结果。
30.作为优选，所述视图层包括能流图配置模块和能流图展示模块；
31.能流图配置模块用于能流图新增、修改和删除的页面操作；
32.能流图展示模块用于能流图效果展示。
33.一种基于物联网的园区能流图设计方法，该方法具体步骤如下：
34.s1、安装部署计量设备：将智能电表、智能水表、光伏设备和各种监测终端按照空间规划需求在园区内进行采集层设备的安装部署，实现无需外设电源和附加通讯接口的情况下集成能源计量和无线传输功能；
35.s2、安装部署网关设备：安装部署网关设备，将步骤s1中计量设备接入到网关，实现设备计量数据获取；同时配置协议转换层的server端连接，第一次连接server端需进行网关注册，网关注册成功后，进行设备注册；
36.s3、网关注册：向协议转换层的server端registered topic发布网关设备信息进行网关注册；协议转换层的client端通过订阅registered topic，监听消息队列，消费注册数据并验证数据合法性后，生成token令牌并发布到registered topic供网关层订阅；其中，token令牌通过hash算法生成，是网关上报数据的身份凭证，具有唯一性；
37.s4、计量设备注册：向协议转换层的server端registered topic发布计量设备信息进行计量设备注册；如步骤s3中的网关注册订阅同一主题，不同的是，传入的数据有区别，计量设备注册发布数据时将携带网关token令牌用于身份认证；协议转换层订阅计量设备注册数据，将计量设备信息分类入库，计量设备支持树状结构模型；
38.s5、采集数据上报：网关层定时获取计量设备数据，并汇总后统一发布到协议转换
层的server端reported topic进行数据上报，周期默认15s；协议转换层的client端通过订阅reported topic，监听消息队列，消费上报数据并关联注册设备进行数据分类插入数据库层；
39.s6、数据处理：数据处理层设计匹配园区能源数据的计算模型，定期对协议转换层入库的数据按照能源分类、能耗分项和分时段汇总计算；清洗模型会定期对协议转换层入库的数据表进行数据转移，做持久化存储；
40.s7、能流图配置：通过服务层的能流图配置模块进行视图层能流图配置页面，添加能流图；添加能流图成功后，同时添加节点及链接；节点支持自定义，添加链接时选择源节点和目标节点，同时绑定计量设备；当展示多节点能量流动，添加多条链接；同时视图层的能流图配置页面支持对已配置的能流图、节点、链接的修改和删除；
41.s8、能流图展示：通过服务层的能流图查询模块进行视图层能流图查询操作，选择已配置的能流图可查看能流图信息，默认展示当天的能源流动数据；
42.s9、能流图分析：通过服务层的能流图分析模块进行视图层能流图分析查询，能流图展示页面同时支持自定义时间范围、比较类型及时间尺度查询能流图。
43.作为优选，步骤s6中的能源分类包括电能及水能；
44.步骤s6中的能耗分项包括储能、负荷及光伏；
45.步骤s6中的分时段汇总计算是指得出每15分钟、每小时、每天、每月、每年的能源数据；
46.步骤s9中的比较类型包括同比、环比及自由比；
47.步骤s9中的时间尺度包括日、月及年。
48.本发明的基于物联网的园区能流图设计系统及方法具有以下优点：
49.(一)本发明以物联网为技术底座，采用云平台、边缘网关等先进技术，在实现对园区能源智能分析的同时，降低系统成本、弹性可伸缩和快速部署；设备注册和数据上报均采用多线程高并发，对性能做了极大优化，单次接入5w计量设备数据5s可入库完成；同时提供自制能流图快速分析能量转化，基于同比环比分析提前预防风险，并为节能优化提供决策依据；
50.(二)利用本发明的技术方案，用于可通过视图层清晰查看能量具体流动转化，为提高能源利用效率提供更多可行性方案；
51.(三)本发明实现极大创新，不仅监测用电数据，同时接入水表、光伏发电、畜电池等计量设备；并利用物联网、边缘网关、云平台的先进技术优势，具备快速部署、弹性伸缩、分布式和低成本的特点；同时基于自定义节点和分时段汇总计量数据，可快速支撑用户查看任意线路的能量转化，基于同比环比分析提前预防风险，并为节能优化提供决策依据。
附图说明
52.下面结合附图对本发明进一步说明。
53.附图1为基于物联网的园区能流图设计系统的结构框图；
54.附图2为基于物联网的园区能流图设计方法的流程框图。
具体实施方式
55.参照说明书附图和具体实施例对本发明的基于物联网的园区能流图设计系统及方法作以下详细地说明。
56.实施例1：
57.如附图1所示，本实施例提供了一种基于物联网的园区能流图设计系统，该系统包括采集层、网关层、协议转换层、数据处理层、数据库层、服务层和视图层；
58.其中，采集层用于采集能源数据并将能源数据传输给网关层；
59.网关层用于接入采集层采集的能源数据，并完成网关注册和数据上报；
60.协议转换层用于对接网关、设备注册和计量数据上报；
61.数据处理层用于数据计算和数据清洗；
62.数据库层为数据库层为分布式关系型数据库，用于对接协议转换层、数据处理层和服务层对数据的插入、查询、修改及删除的需求；
63.服务层用于能流图配置、查询和分析；
64.视图层用于能流图配置和客户自定义查询分析展示。
65.本实施例中的采集层包括电表、水表、光伏设备、蓄电池及其连接的能源监测装置。
66.本实施例中的网关层包括数据接入模块、网关注册模块和数据上报模块；
67.其中，数据接入模块用于将采集层设备注册到网关，并定时获取设备计量数据；
68.数据注册模块用于将网关、计量设备注册到协议转换层；当新增网关时，网关会向协议转换层的server端registered topic发布网关注册请求；协议转换层接收网关注册请求，并验证网关合法后，返回token令牌；
69.数据上报模块用于将数据接入模块获取到的计量数据与token令牌发送至registered topic即为数据上报过程。
70.本实施例中的协议转换层上部署server端和client端，server端是一个分布式发布订阅消息系统。
71.本实施例中的协议转换层包括注册模块和上报模块；
72.其中，注册模块用于当client端监听到server端registered topic队列变化时，主动从registered topic订阅消息，并对订阅的网关及设备信息进行分类入库；入库完成后生成token令牌，发布到registered topic，网关接收token令牌用于数据上报身份鉴权；
73.上报模块用于当client端监听server端reported topic队列变化时，主动从reported topic订阅消息，并对拉取到的计量数据关联到具体设备分类入库。
74.本实施例中的数据处理层包括计算模型和清洗模型；
75.其中，计算模型用于定期对协议转换层入库的数据按照能源分类、能耗分项和分时段汇总计算；
76.清洗模型用于定期对协议转换层入库的数据表进行数据转移，做持久化存储。
77.本实施例中的服务层包括能流图配置模块、能流图查询模块和能流图分析模块；
78.其中，能流图配置模块用于支撑视图层新增、修改和删除能流图操作；
79.能流图查询模块用于支撑视图层对能流图查询操作；
80.能流图分析模块用于支撑视图层通过自定义时间范围时，自动计算出同比、环比
及自由比分析结果。
81.本实施例中的视图层包括能流图配置模块和能流图展示模块；
82.能流图配置模块用于能流图新增、修改和删除的页面操作；
83.能流图展示模块用于能流图效果展示。
84.实施例2：
85.如附图2所示，本实施例提供了一种基于物联网的园区能流图设计方法，该方法具体步骤如下：
86.s1、安装部署计量设备：将智能电表、智能水表、光伏设备和各种监测终端按照空间规划需求在园区内进行采集层设备的安装部署，实现无需外设电源和附加通讯接口的情况下集成能源计量和无线传输功能；
87.s2、安装部署网关设备：安装部署网关设备，将步骤s1中计量设备接入到网关，实现设备计量数据获取；同时配置协议转换层的server端连接，第一次连接server端需进行网关注册，网关注册成功后，进行设备注册；
88.s3、网关注册：向协议转换层的server端registered topic发布网关设备信息进行网关注册；协议转换层的client端通过订阅registered topic，监听消息队列，消费注册数据并验证数据合法性后，生成token令牌并发布到registered topic供网关层订阅；其中，token令牌通过hash算法生成，是网关上报数据的身份凭证，具有唯一性；
89.s4、计量设备注册：向协议转换层的server端registered topic发布计量设备信息进行计量设备注册；如步骤s3中的网关注册订阅同一主题，不同的是，传入的数据有区别，计量设备注册发布数据时将携带网关token令牌用于身份认证；协议转换层订阅计量设备注册数据，将计量设备信息分类入库，计量设备支持树状结构模型；
90.s5、采集数据上报：网关层定时获取计量设备数据，并汇总后统一发布到协议转换层的server端reported topic进行数据上报，周期默认15s；协议转换层的client端通过订阅reported topic，监听消息队列，消费上报数据并关联注册设备进行数据分类插入数据库层；
91.s6、数据处理：数据处理层设计匹配园区能源数据的计算模型，定期对协议转换层入库的数据按照能源分类、能耗分项和分时段汇总计算；清洗模型会定期对协议转换层入库的数据表进行数据转移，做持久化存储；其中，能源分类包括电能及水能；能耗分项包括储能、负荷及光伏；分时段汇总计算是指得出每15分钟、每小时、每天、每月、每年的能源数据；
92.s7、能流图配置：通过服务层的能流图配置模块进行视图层能流图配置页面，添加能流图；添加能流图成功后，同时添加节点及链接；节点支持自定义，添加链接时选择源节点和目标节点，同时绑定计量设备；当展示多节点能量流动，添加多条链接；同时视图层的能流图配置页面支持对已配置的能流图、节点、链接的修改和删除；
93.s8、能流图展示：通过服务层的能流图查询模块进行视图层能流图查询操作，选择已配置的能流图可查看能流图信息，默认展示当天的能源流动数据；
94.s9、能流图分析：通过服务层的能流图分析模块进行视图层能流图分析查询，能流图展示页面同时支持自定义时间范围、比较类型及时间尺度查询能流图；其中，比较类型包括同比、环比及自由比；步骤s9中的时间尺度包括日、月及年。
95.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。