樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化技術(shù)研究

摘要：本文就樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化技術(shù)展開研究，針對現(xiàn)代樓宇管理中的大數(shù)據(jù)量、高復(fù)雜度及實時性要求，分析了視頻流、環(huán)境參數(shù)、能耗數(shù)據(jù)等監(jiān)控數(shù)據(jù)來源與類型，探討了數(shù)據(jù)處理與預(yù)處理方法以提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，設(shè)計了一套集成多種可視化技術(shù)的樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化架構(gòu)，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)動態(tài)展示、異常檢測與預(yù)警可視化及多維度數(shù)據(jù)交互探索。應(yīng)用結(jié)果證明，該技術(shù)架構(gòu)有效提升了樓宇監(jiān)控效率，為管理決策提供了有力支持。

關(guān)鍵詞：樓宇監(jiān)控；數(shù)據(jù)可視化；實時數(shù)據(jù)展示；異常檢測；多維度數(shù)據(jù)探索

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.02.007

中圖分類號：TN 943.6；TP 3" " " " " 文獻標(biāo)志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）02-00-03

Research on Visualization Technology of Building Monitoring Data

ZHANG Ze

（Beijing Chaoyang diabetes Hospital， Beijing 100025， China）

Abstract： This article conducts research on the visualization technology of building monitoring data. In response to the large amount of data， high complexity， and real-time requirements in modern building management， the article analyzes the sources and types of monitoring data such as video streams， environmental parameters， and energy consumption data， explores data processing and preprocessing methods to improve data quality， designs a building monitoring data visualization framework that integrates multiple visualization technologies， and realizes real-time data dynamic display， anomaly detection and warning visualization， and multi-dimensional data interaction exploration. The application results have proven that the technology framework effectively improves the efficiency of building monitoring and provides strong support for management decisions.

Keywords： building monitoring; data visualization; real time data display; anomaly detection; multi dimensional data exploration

隨著智慧城市建設(shè)進程的不斷推進，樓宇監(jiān)控系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其重要性日益凸顯。隨著監(jiān)控設(shè)備的不斷增加和監(jiān)控數(shù)據(jù)的海量累積，如何高效、直觀地展示這些數(shù)據(jù)以便管理者能夠快速發(fā)現(xiàn)問題、做出決策，成為當(dāng)前亟待解決的問題。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)作為一種有效的信息呈現(xiàn)手段，能夠?qū)?fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的圖表或圖像，為樓宇監(jiān)控管理提供了新的思路和方法。

1" "樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)特性分析

1.1 數(shù)據(jù)來源與類型

樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)主要源自各類傳感器、監(jiān)控攝像頭、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備及智能控制系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)構(gòu)成了樓宇管理系統(tǒng)中不可或缺的信息基礎(chǔ)。傳感器數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、光照強度、煙霧濃度等環(huán)境參數(shù)，以及電梯運行狀態(tài)、門禁系統(tǒng)記錄等安全相關(guān)數(shù)據(jù)。監(jiān)控攝像頭則實時捕捉視頻流，用于安全監(jiān)控與行為分析。智能控制系統(tǒng)如HVAC（暖通空調(diào)）、智能照明等產(chǎn)生的運行數(shù)據(jù)與能耗數(shù)據(jù)也是重要的數(shù)據(jù)來源，這些數(shù)據(jù)類型多樣，既包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如溫度值、開關(guān)狀態(tài)，也包含非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如視頻流，為樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化提供了豐富的素材[1]。

1.2 數(shù)據(jù)處理與預(yù)處理

有效地處理和預(yù)處理數(shù)據(jù)是樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化前必不可少的一步。由于資料來源廣泛，且格式各異，需要先進行資料清理，包括除去雜音、填補缺失的數(shù)值、對異常資料進行校正等，以保證資料的準(zhǔn)確完整。然后進行數(shù)據(jù)整合，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式，從不同的傳感器和系統(tǒng)中集中存儲，方便后續(xù)的分析工作。針對視頻流等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，提取關(guān)鍵幀或運動軌跡等有用信息并轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)形式，需要采用視頻內(nèi)容分析技術(shù)。為了減少數(shù)據(jù)冗余，提高可視化效率，預(yù)處理還包括數(shù)據(jù)降維、特征提取等步驟。樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可以借助這一系列的數(shù)據(jù)處理和預(yù)處理流程，向高質(zhì)量、適于視覺化的信息轉(zhuǎn)化，為后續(xù)的分析決策提供強大的支撐。如圖1所示。

1.3 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析

在樓宇監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析通過統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)技術(shù)，深入揭示環(huán)境參數(shù)與能耗、門禁與視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系。分析發(fā)現(xiàn)高溫時空調(diào)能耗激增，而適宜濕度下照明能耗穩(wěn)定，為節(jié)能策略提供依據(jù)。門禁與視頻數(shù)據(jù)融合識別異常進出模式提升了安全管理效率。時間維度分析揭示了樓宇運行周期性規(guī)律，如工作日電梯使用高峰與夜間能耗降低。這些分析不僅增強了數(shù)據(jù)價值，還通過直觀數(shù)據(jù)表展示，為管理者提供了全面、動態(tài)的樓宇運行畫像，助力其科學(xué)決策，優(yōu)化管理策略。如表1所示。

2" "樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化技術(shù)架構(gòu)

2.1 可視化需求分析

在樓宇監(jiān)控領(lǐng)域，構(gòu)建一個高效直觀的監(jiān)控界面，其基礎(chǔ)就是可視化的需求分析。這一過程深入探討了針對監(jiān)控數(shù)據(jù)的具體需求和不同的用戶角色（如物業(yè)經(jīng)理、安全監(jiān)控員、能源審計師等）。針對監(jiān)控數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式、交互深度、信息聚合度等，基于各自的職責(zé)和關(guān)注點，各個用戶群提出了差異化的要求[2]。物業(yè)管理人員可能會更多地關(guān)注建筑物總體運行狀態(tài)的概覽，而保安監(jiān)控人員則需要對異常行為進行細微的跟蹤。需求分析需要對每個用戶群體的實際需求進行細致的分析，確保可視化方案能夠與他們的工作場景進行精準(zhǔn)對接，提供即時有效的信息支撐。經(jīng)過全方位、深層次的需求分析，促進信息資源的有效利用和決策效率的提高，可以為樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。如圖2所示。

2.2 可視化技術(shù)選型

技術(shù)選型成為明確樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化需求后，實現(xiàn)可視化高效展現(xiàn)的關(guān)鍵一步，包括但不限于二維圖表、三維建模、地理信息系統(tǒng)（GIS）、虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）等技術(shù)。目前市場上的可視化技術(shù)多種多樣，要綜合考慮技術(shù)的適用性、靈活性、可擴展性和用戶體驗等因素進行選型，以滿足樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)的特性和用戶需求的多樣性[3]。二維圖表在數(shù)據(jù)概覽和趨勢分析中應(yīng)用廣泛，直觀易懂，便于實現(xiàn)；3D建模則可以為用戶更直觀地了解建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備布局提供更豐富的空間信息；GIS技術(shù)適用于可視化呈現(xiàn)大型樓宇集群或跨區(qū)域監(jiān)控工程。這些新興技術(shù)也隨著虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，逐漸被引入到為用戶提供更身臨其境監(jiān)控體驗的樓宇監(jiān)控領(lǐng)域。在選型過程中，還需要注重技術(shù)的兼容性和成本效益，確保所選技術(shù)能夠長期支持樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的運行和發(fā)展，這也是一項非常有必要的工作。

2.3 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

遵循模塊化、擴展性和集成化原則，樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化技術(shù)架構(gòu)設(shè)計旨在打造一套高效靈活的系統(tǒng)架構(gòu)。該架構(gòu)負(fù)責(zé)資料的清理、整合和預(yù)處理，以資料處理層為核心[4]，保證資料質(zhì)量；借助數(shù)據(jù)接口層實現(xiàn)與各類數(shù)據(jù)源無縫對接，保證數(shù)據(jù)的實時完整。在可視化層中，采用了支持從基礎(chǔ)圖表到復(fù)雜交互界面的靈活構(gòu)建，滿足不同用戶群多樣化需求的多層次可視化組件庫。同時引入智能分析引擎，深度挖掘和分析監(jiān)控數(shù)據(jù)，提供高級功能，如異常偵測和趨勢預(yù)報等，確保數(shù)據(jù)安全和用戶體驗的用戶權(quán)限管理和交互反饋機制融為一體。整個技術(shù)架構(gòu)設(shè)計以數(shù)據(jù)流為驅(qū)動，共同支撐建筑監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化的高效運行，各個模塊之間協(xié)同工作。如圖3所示。

3" "關(guān)鍵可視化技術(shù)實現(xiàn)

3.1 實時數(shù)據(jù)動態(tài)展示

在樓宇監(jiān)控系統(tǒng)中，實時數(shù)據(jù)動態(tài)展示功能通過集成高精度傳感器與實時數(shù)據(jù)流處理技術(shù)，將樓宇內(nèi)部各關(guān)鍵區(qū)域的環(huán)境參數(shù)（如溫度24.5℃、濕度55%RH）、設(shè)備運行狀態(tài)（如電梯負(fù)載量60%、空調(diào)能耗120 kW）以及安全監(jiān)控指標(biāo)（如入侵檢測無異常、消防系統(tǒng)待命）等關(guān)鍵信息，以動態(tài)圖表、儀表盤及實時視頻流的形式直觀呈現(xiàn)于監(jiān)控大屏。系統(tǒng)支持自定義閾值設(shè)置與異常報警機制，一旦監(jiān)測到數(shù)據(jù)異常或觸發(fā)安全預(yù)警[5]，將立即以高亮、閃爍或彈出窗口等方式提醒管理人員，確保問題能夠得到及時響應(yīng)與處理。這種實時數(shù)據(jù)動態(tài)展示方式不僅提升了監(jiān)控效率，也為樓宇運維管理提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 異常檢測與預(yù)警可視化

異常檢測與預(yù)警可視化是樓宇監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，借助集成機器學(xué)習(xí)算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實時監(jiān)控樓宇運行數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)捕捉溫度驟升、煙霧超標(biāo)、設(shè)備故障等異常情況。系統(tǒng)可即時觸發(fā)可視化預(yù)警，以彩色編碼、閃爍圖標(biāo)或動態(tài)圖表直觀展示異常位置、類型及嚴(yán)重程度于監(jiān)控大屏，并同步推送預(yù)警信息至管理人員移動設(shè)備。此機制不僅加速響應(yīng)速度，還依托歷史數(shù)據(jù)分析進行趨勢預(yù)測，為運維管理提供前瞻性建議，有效識別潛在安全隱患。這種直觀的預(yù)警方式顯著提升了樓宇安防管理的效率和精確度，為樓宇安全構(gòu)筑了堅實防線。

3.3 多維度數(shù)據(jù)交互探索

多維度的數(shù)據(jù)交互探索功能顯著擴展了樓宇監(jiān)控系統(tǒng)，能夠更深入地挖掘用戶分析的廣度和深度。該功能并不局限于簡單的數(shù)據(jù)疊加，而是鼓勵用戶構(gòu)建將時間、空間、業(yè)務(wù)等多維度信息無縫融合的復(fù)雜數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“無縫對接”。用戶可以在特定的業(yè)務(wù)活動中，通過設(shè)定光線強度與電量關(guān)聯(lián)分析的特定時間段，或探索不同樓層、不同功能區(qū)域的能耗變化模式（如辦公區(qū)、休息區(qū)），對查詢參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整。用戶可以借助熱力圖、樹狀圖和散點圖等高級可視化技術(shù)，如發(fā)現(xiàn)會議室密集使用時段與周圍溫度上升的細微聯(lián)系等，直觀感受數(shù)據(jù)背后的變化趨勢和規(guī)律。這一功能不僅加深了用戶對樓宇運行細節(jié)的理解，更激發(fā)了以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的創(chuàng)新思維，為樓宇管理人員制定精準(zhǔn)節(jié)能策略、優(yōu)化空間利用率、提升整體運行效率提供了科學(xué)依據(jù)，助力樓宇朝著智能化、綠色化的方向發(fā)展。

4" "結(jié)束語

本文對樓宇監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化技術(shù)進行了詳細的研究，通過對多種數(shù)據(jù)處理和可視化手段的集成，使樓宇監(jiān)控系統(tǒng)的效率和精確度得到了有效的提升。應(yīng)用結(jié)果顯示，該技術(shù)在為樓宇管理提供全面數(shù)據(jù)支持的實時監(jiān)控、異常預(yù)警和多維度數(shù)據(jù)分析等方面表現(xiàn)優(yōu)異。這一研究成果對促進建筑智能化、提高管理效率意義具有一定價值，并展示了其廣泛應(yīng)用于智慧城市建設(shè)的前景。

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作者簡介：張" 澤（1992-），男，漢族，遼寧錦西人，工程師，本科，研究方向為醫(yī)院樓宇智能自動化。