一種基于物聯網的智慧園區能源管理平臺

摘 要：針對園區能源分布區域廣、數字化程度低、管理難度大等問題，設計了一種基于物聯網、云計算、人工智能等新一代信息技術的智慧園區能源管理平臺。該平臺通過物聯網連接園區各類能源終端，利用人工智能算法實現能源主動預警和智能預測，構建“云計算”環境下的園區能源監測、調度、巡檢、運維和決策于一體的管理平臺，賦能智慧園區能源管理。經驗證，該平臺運行穩定、流暢，具有較好的應用前景。

關鍵詞：物聯網；人工智能；云計算；能源管理；系統集成；能源終端

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）08-0-04

0 引 言

園區是一個特定空間，一般由政府（包括企業與政府合作）規劃建設，通過特定區位、政策措施和綜合服務推動園區產業集聚和發展。我國國家級、省部級、市區級等各類園區數量眾多[1]，這些園區覆蓋區域廣，房產和設備數量多，企業和人員密集，因此園區能耗大，能源管理難度大。隨著國家對環保的重視，以及兌現“碳減排”“碳中和”承諾的舉措，各地越來越追求單位能耗的經濟產出，通過對園區能源進行管理，提升園區能源利用效率和質量及提升單位能耗產出成為園區管理者關注的課題。

本文借助物聯網、云計算、人工智能等新一代信息技術，構建面向園區的智慧能源管理平臺，通過遍布園區的物聯網感知模塊連接園區能源設備設施，結合智能監測、預警和分析，提升園區能源管理的自動化、智能化和智慧化水平，推動智慧園區建設[2]。

1 需求分析

智慧園區能源管理是園區發展的現實需要和技術發展的必然趨勢。隨著園區運營和發展，園區能源管理面臨諸多困難[3]：

（1）能源利用效率低：園區生產、工作和生活過程中消耗大量能源，傳統園區能源管理以人工為主（一個月抄表一次），缺乏對實時用電、用水、用氣狀態的監控，能源申請和消耗事后統計，能源利用效率低。

（2）能源調度能力差：園區管理方根據區內企業或其他組織的申請配置能源，無法及時掌握申請容量與實際能耗的偏差，因此難以及時根據園區企業實際能耗進行調整和調度。

（3）能源設備監管能力差：由于缺乏數字化手段，主要通過人工巡查來監控能源設備狀態，而巡檢次數和時長是有限的，無法實時了解能源設備運行情況，無法及時監測設備故障。針對園區能源覆蓋面廣、數字化程度低、管理難度大的問題，需要一套以數據為核心要素的智慧園區能源管理平臺，實現園區用電、用水、用氣等能源數據的采集、匯集、加工、處理和呈現，優化園區能源規劃、建設、調度和監控，完成數據賦能，提升能源管理效能。

物聯網、云計算、人工智能等新一代信息技術快速發展，成為園區智慧能源管理的技術驅動力。物聯網通過各類感知設備獲取環境、設備、人員信息并進行自動化數據處理，實現人機物融合一體、智能管控的互聯網絡[4]。通過物聯網實現園區水電氣表具、能源設備設施等終端信息的實時采集和匯集，為園區能源集中管理提供了基礎。云計算可以將存儲、計算、網絡等資源集中起來，按需為各類應用提供軟件、平臺和基礎資源服務。云計算為園區能源數據的存儲和處理，為園區能源的集中統一管理提供了載體。人工智能是研究開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術和系統的一門技術科學，本質是計算機科學的一個分支。人工智能可以構建能源管理模型，為園區能源管理提供預警預測和經營決策支撐。本文構建的園區能源管理平臺通過物聯網連接園區各類能源終端，應用云計算提供存儲和計算服務，利用能源管理人工智能模型實現數據呈現。

2 平臺總體設計

基于物聯網的智慧園區能源管理平臺采用B/S（服務器/瀏覽器）架構，開發環境為Microsoft Visual Studio 2013，使用Oracle 11g數據庫管理系統進行數據存儲和處理。

2.1 平臺總體架構

智慧園區能源管理平臺分為感知層、網絡層、連接層和應用層，具有一定的網絡防護能力[5]。

（1）感知層：解決信息感知和識別問題，即數據獲取。通過遍布在園區能源設備設施上的傳感器對能源信息進行大規模分布式采集，通過數據采集網關匯集并推送至網絡層。感知層包括直連設備、非直連設備、網關設備、第三方數據等，直連設備（如園區電站、水泵房內各設備設施）的運行狀態通過傳感器實時感知，非直連設備（如電表、水表、燃氣表等）的計量信息通過智能模塊采集，通過移動基站傳輸至服務器，沒有基站信號的區域通過數據網關采集，如有第三方能源數據（如客戶自建的光伏發電系統），可以通過系統對接方式接入平臺[6]。園區能源管理平臺總體架構如圖1所示。

（2）網絡層：負責傳遞和處理信息，即數據傳輸。平臺可以通過互聯網、廣電網或通信網實現數據傳輸與計算，考慮到能源信息高頻低容的特點，平臺提供移動通信網絡、物聯網、WiFi網絡、園區有線網絡等多種接入方式。

（3）連接層：負責信息處理，對物聯網基礎功能、設備接入、設備管理、數據流轉、運維監控、安全管理、數據存儲等進行管理，提供多協議設備接入、設備管理、數據轉發、數據存儲等服務。連接層具備模型管理、設備管理、規則引擎、存儲管理、設備接入管理、用戶權限管理等功能。

（4）應用層：完成信息分析處理和決策，即數據應用。平臺包括資產管理、運維管理、巡檢管理、用電管理、用水管理、用氣管理、節能管理、預警分析等功能模塊。

2.2 平臺功能模塊

智慧園區能源管理平臺的功能模塊[7-8]見表1。

2.3 平臺網絡架構

通過傳感器、數據采集網關等方式采集園區能源相關設備設施、計量器具等運行、故障、維保等信息，通過有線或無線網絡傳輸至云端服務器，服務器對數據進行存儲、加工和處理，結合園區能源管理模型，為平臺提供信息展示、業務管理和預警分析服務。平臺支持電腦、大屏和移動端訪問。

平臺網絡拓撲如圖2所示。防火墻是平臺內外網之間的數據交互通道，能源設備設施（如電站設備、水泵房設備等）信息由本地數據網絡匯集并加密傳輸，通過園區專網傳送至園區專線交換機，經過核心交換機后送達服務器群組，進行解密和存儲；計量器具（電表、水表、煤氣表等）信息由智能網關模塊采集加密后，以物聯網、3G/4G/5G方式到達基站傳輸至防火墻，經驗證解密后送達服務器群組。園區管理方通過局域網訪問平臺，分支結構通過虛擬專用網絡（Virtual Private Network， VPN）隧道訪問，第三方服務器通過超文本傳輸協議（HTTPS）訪問防火墻與平臺進行加密數據交互[1]。

2.4 業務流程設計

智慧園區能源管理平臺涉及報修處置、設備維保、設備巡檢、費用申請、預警處置等多種園區能源管理業務，下面簡述報修處置和設備巡檢流程。

（1）報修處置流程

園區能源設備故障報修可由傳感器自動發起，經專業人員判斷，若需要維修則發起維修處置流程。園區管理方通過電腦或APP發起維修申請，填寫維修原因、維修設備等內容。如果需要更換料件則查詢調用料件庫庫存，補充相關信息后提交，審批通過后維修。若需要更換配件，則需上傳更換前后帶時間戳的對比照片。維修完成后復位，若測試通過，則借由傳感器感知并推送至平臺，直至維修完成。園區能源設備維修處置流程如圖3所示。

（2）能源巡檢流程

園區管理方根據巡檢計劃進行園區能源巡檢，巡檢時若未發現問題則將巡檢結果納入園區巡檢報告，若發現問題則及時處理問題（如報修處置等），并驗收確認直至問題得到解決。園區能源管理平臺巡檢流程如圖4所示。

3 平臺功能實現

經過業務一體化平臺功能測試，平臺完成了各項功能開發，并已在上海自貿區應用[7]。智慧園區能源管理平臺功能界面總體按左右兩欄設計，左側為快速檢索區，右側為列表或詳細區，部分功能如圖5、圖6所示。

4 結 語

針對園區能源管理區域范圍大、數字化程度低、管理難度大等特點，綜合應用物聯網、云計算、人工智能等新一代信息技術，本文提出了一種基于物聯網的智慧園區能源管理平臺，從平臺總體架構、網絡拓撲、功能模塊和業務流程等方面進行了平臺設計與功能實現。該平臺可提升園區能源管理效率和精準化水平，提升園區單位能耗經濟產出的同時，為園區客戶提供更個性化的能源服務，提高客戶滿意度。

園區能源管理平臺是智慧園區建設的重要組成部分，后續可以與園區安全管理[3]、經營管理、工程管理[8-10]、物業管理等多系統聯動，發揮整體效應，建設智慧園區[11]，提升園區管理、服務和發展的數字化水平。

注：本文通訊作者為張雯。

參考文獻

[1]周明升，張雯.一種面向多源數據的智慧園區管理平臺[J].計算機與現代化，2023（5）：68-74.

[2]韓存地，劉安強，張碧川，等.基于物聯網平臺的智慧園區設計與應用[J].微電子學，2021，51（1）：146-150.

[3]張雯，周子航，周明升.基于物聯網和人工智能的園區安全運營管理平臺[J].計算機時代，2023（2）：132-136.

[4]王莉紅.基于物聯網技術構建智慧園區數字化系統探究[J].物聯網技術，2022，12（3）：54-56.

[5]周明升，韓冬梅.基于Rossle混沌平均互信息特征挖掘的網絡攻擊檢測算法[J].微型機與應用，2016，35（14）：1-4.

[6]周子航，周明升.一種智慧園區數據接入網關：CN113810272A [P]. 2021-12-17.

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[8]張雯，周明升.基于數據中臺的園區經營監管平臺的設計與實現[J].網絡安全與數據治理， 2023，42（4）：78-84.

[9]周子航.一種基于物聯網和BIM的工程全過程管理系統架構[J].計算機時代，2023（3）：47-51.

[10]周明升，張雯.一種基于輕量化BIM的工程全過程管理系統的設計與實現[J].計算機時代，2023（1）：127-131.

[11]鄒礪鍇.智慧城市建設下智慧園區規劃設計探索[J].智能城市，2020，6（8）：15-16.