高校能源實時監控平臺建設與研究

韋 剛 邢益軍

（南京工業職業技術學院，江蘇 南京 21000）

高校能源實時監控平臺建設與研究

韋 剛 邢益軍

（南京工業職業技術學院，江蘇 南京 21000）

資源節約目前已經成為了全球關注的焦點問題。高校既是高等人才的聚集地也是能源消耗重要單位。如何對高校內部能源消耗進行實時監控和科學化管理受到了廣泛的關注。本文對高校能源實時監控平臺進行了研究，利用物聯網技術實現對水、電等資源進行監控和管理，為高校的節能工作提供數據支撐。高校能源實時監控平臺利用St o r m實時流處理計算框架為高校提供了實時數據監測、照明系統控制、空調系統控制、水資源控制等功能。該平臺對提高后勤部門能源管理水平，降低高校能源開銷都具有非常重要的意義。

實時監控；能耗；節能管理；遠程控制

1 引言

改革開發以來，國內經濟高速發展，對水、電等能源的消耗也在不斷增加。高校既是高等人才的聚集地也是能源消耗重要單位。進入二十一世紀，高等院校的辦學規模不斷擴大，學校的基礎設施建設（教學樓、實驗設備、圖書館、宿舍）、生活、科研等各個方面對能耗的需求不斷增加。能源管理工作已近成為高校后勤部門一項重要工作。

目前，高校后勤部門對于能耗的管理普遍存在測量設備丟失、數據不準確、無法實時獲取能源消耗數據，教學生活場所浪費水、電資源等問題。由于后勤部門缺乏相應的技術人員，主要依靠人工抄錄的方式獲取數據。這種方式獲取的數據在實時性和準確性上無法得到保證。隨著計算機、互聯網技術的快速發展，如何利用互聯網思維實現對能耗的監控逐漸成為了關注的焦點。對能耗的管理便捷化、實時化、簡單化，勢必需要建設一套全新的高校能源實時監控平臺。本文對高校能源實時監控平臺進行了研究，利用Storm實時流處理計算框架為高校提供了實時數據監測、照明系統控制、空調系統控制、水資源控制等功能。

2 能源實時監控平臺系統功能

高校能源實時監控平臺通過實時采集水、電等能耗數據，利用Storm流計算框架對上報的數據進行處理，提供多維度的數據分析報表、警報預測、實時監控等功能于一體的監控平臺。高校能源實時監控平臺主要涉及的功能模塊：水資源管理、照明系統管理、空調系統管理、實時數據監測等。

2.1 水資源管理

對水資源的使用量監測和安裝可用于遠程控制的節水裝置，實現全校水資源終端流量的統計和分析。

利用智能水表（具備實時上傳水流量數據的水表）代替傳統水表，實時上傳水流量數據到監控平臺的消息隊列中（同時存儲到持久化工具中），Storm流計算框架從消息隊列中獲取數據進行實時分析，將實時分析的結果存儲在數據庫中，同時利用圖表展現在平臺中。通過對不同時段、不同季節、不同年月、極限條件下水流量數據的對比分析，掌握出高校水資源的使用情況。如果發現水流量數據出現異常情況，平臺將自動啟動節水設備，同時發送短信給設備維修人員現場查看。

2.2 照明系統管理

對高校內部全部的照明用電進行實時控制和實時用電數據分析，實現對高校內部用電情況的實時監控。

利用智能電表（具備實時上傳用電數據的電表）代替傳統電表，將收集到的用電數據發送到監控平臺的消息隊列中，照明系統管理的實時數據監控模塊對消息隊列中的數據進行分析，在電數據出現異常（波動較大）的情況下，系統將會發出警報信息，同時發送短信給響應區域的設備維護人員進行檢修。同時照明系統管理模塊通過對不同時段、不同季節、不同年月、極限條件下用電數據的對比分析，從而分析出高校內部照明用電情況。

2.3 空調系統管理

空調管理系統主要對空調工作過程中涉及的參數（室外溫度、室內房屋面積、室內溫度等）進行實時監控。將上報的數據與空調在節能運行下工作參數進行對比，自動調整空調運行狀態為節能運行。同時空調系統管理模塊通過對不同時段、不同季節、不同年月、極限條件下室內溫度變化，從而分析出高校內部空調使用情況。

2.4 實時數據監測

實時數據監測模塊主要實現對水、電等信息數據分類統計。利用通信技術、互聯網技術采集和分析能耗數據。監控平臺對能耗數據集中式存儲，同時提供各種類型的查詢、分析功能。實現學校整體、二級學院和部門、建筑物在不同時間段、不同季度等多個維度的信息統計和對比分析。按照時間節點生成數據分析報告，后勤管理人員根據數據分析報告可以快速定位節能位置，便于預測節能水平。

3 基于Storm框架能源實時監控平臺架構模式

高校能源實時監控平臺主要實現的功能包括了能耗數據的實時監控和遠程節能控制。利用無線通信技術實現了數據傳輸，利用Storm流計算框架實現數據實時計算，對水、電數據進行實時采集、傳輸、分析、存儲、數據可視化等過程，實現對高校內部各部門、各教學樓宇、宿舍的水、電消耗實時監控并進行大數據分析，為部門決策提供數據基礎、數據分析、節能方案規劃等。圖1描述了高校能源實時監控平臺工作流程。

圖1 描述了高校能源實時監控平臺工作流程

3.1 Storm框架分析

Storm是一個免費的、開源的、分布式、高容錯性的實時計算系統。Storm經常用于實時分析、在線機器學習、持續計算、分布式遠程調用和ETL等領域。

Storm集群主要由一個主節點（Nimbus后臺程序）和一群工作節點（worker node）Supervisor的節點組成，通過Zookeeper進行協調。Nimbus類似Hadoop里面的JobTracker。Nimbus負責在集群里面分發代碼，分配計算任務給機器，并且監控狀態。每一個工作節點上面運行一個叫做Supervisor的節點。Supervisor會監聽分配給它那臺機器的工作，根據需要啟動/關閉工作進程。每一個工作進程執行一個topology的一個子集；一個運行的topology由運行在很多機器上的很多工作進程組成。

圖2給出了Storm集群的架構圖。

圖2 Storm集群的架構圖

（1）Nimbus主節點

主節點通常運行一個后臺程序——Nimbus，用于響應分布在集群中的節點，分配任務和監測故障。這個很類似于Hadoop中的Job Tracker。

（2）Supervisor工作節點

工作節點同樣會運行一個后臺程序——Supervisor，用于收聽工作指派并根據要求運行工作進程。每個工作節點都是topology中一個子集的實現。而Nimbus和Supervisor之間的協調則通過Zookeeper系統或者集群實現。

（3）Zookeeper

Zookeeper是完成Supervisor和Nimbus之間協調的服務。應用程序實現實時的邏輯被封裝進Storm中的topology。topology是一組由Spouts（數據源）和Bolts（數據操作）通過Stream Groupings進行連接的圖。

（4）Worker

Worker是運行具體處理組件邏輯的進程。

（5）Task

Worker中每一個spout/bolt的線程稱為一個Task。在Storm0.8之后，Task不再與物理線程對應，同一個spout/bolt的Task可能會共享一個物理線程，該線程稱為Executor。

圖3給出了基于Storm框架能源實時監控平臺的架構圖。

圖3 監控平臺架構圖

Storm為分布式實時計算提供了一組通用原語，可被用于“流處理”之中，實時處理消息并更新數據庫。Storm也可被用于“連續計算”，對數據流做連續查詢，在計算時將結果以流的形式輸出給用戶。

監控平臺各部分主要功能描述：

監控平臺中的數據接入層主要負責對智能硬件實時上報的數據進行存儲，作為Storm實時處理系統的數據來源。同時也將原始數據存儲在本地，作為數據備份。

Strom實時處理系統從數據接入層源源不斷地獲取數據，進入處理系統進行數據處理。同時將處理后的結果存入Mysql或者寫入HDFS（被Hadoop框架再次使用）。

HDFS，Mysql，Lustre組成了本地存儲層，主要負責將分析完成的數據進行存儲，并提供給Web端進行調用。

4 結束語

本文對高校能源實時監控平臺的系統架構和系統功能做了詳細的論述。高校能源實時監控平臺不僅節約能源，給高校帶來巨大的經濟價值，同時也促進了后勤部門對于能耗管理工作的改革和創新。隨著計算機、互聯網技術的不斷發展以及數字化校園的建設，傳統的管理模塊已經無法適應智能化校園的需求。利用高校能源實時監控平臺可以充分展示整個高校內部的能耗情況，為決策者的決策提供強大的數據支撐。

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The Construction and Research of the Real-time Energy Monitoring System in the University

Wei Gang Xing Yijun
(Nanjing Vocational Institute of Industry Technology,Nanjing 21000,Jiangsu)

Resource saving has become the focus of global attention.Colleges and universities are not only the gathering place of higher talents,but also the important unit of energy consumption.How to carry on the real-time monitoring and scientific management to the university internal energy consumption has been widely concerned.In this paper,we study the real-time monitoring platform of energy,using the Internet of things technology to monitor and manage water,electricity and other resources,to provide data support for energy-saving work in colleges and universities.The real-time data monitoring platform based on Storm is used to provide real-time data monitoring,lighting system control,air conditioning system control,water control and so on.It is very important to use this platform to improve the energy management level of logistics department and to reduce the energy expenditure in universities.

real-time monitoring;energy consumption;energy saving management;remote control

TP311.52

A

1008-6609(2016)12-0068-03

韋剛（1982-），男，江蘇揚州人，碩士，實習研究員，研究方向為實時監控、節能管理、遠程控制化。