多传感器信息系统在能源计量管网中的应用

一、 背景

近几年我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了很大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。因此从源头预防污染,有效减少资源消耗, 实施节能减排的意义重大。

“能源是国策、计量是基础”，节能减排和可持续发展，首先要以计量技术为基础，采用智能化并具有物联网功能的能源计量器具，并借助现代工业现场总线技术、计算机信息技术、通信技术等高科技手段，建立能源计量传感网络及数据管理平台，进行能源计量活动，增强能源计量监督管理、提升能效及能源管理水平，从而实现信息化、智能化、数字化节能减排目标。

二、概述

节能减排以能源计量技术为基础，作为分支计量学科的能源计量是技术与管理结合体的、复杂的、边沿性的重要社会活动。以量、质、损、残、存等的能源计量系统是能源量及使用程度的计量系统。

（1）多传感器的能源计量信息场：

能源计量信息既是根据测量对象的用能属性来分类的信息，又是复杂的多输入多维的信息；涉及了几何量、电学、力学、热学、光学、化学等多学科的电学量、力学量、热工量、光学量、化学量等参量，由这些专业参量同归到能源计量的理论及工程应用，形成了特定的信息内容及形式，具有确定和不确定、过程各异、同步和非同步、同类和异类的复杂信息场的特点，这不是其他计量学科所能代替的。这样的不确定信息需要用特定的定义及处理（算法）解决。举例图示： 

实现可测量的途径：

　　明确原始信息源元素，形成基于能流的数字信息链；
　　量值转换、传递的融合预处理算法集成；
　　建立融合的数学模型，实现互补、综合的信息提炼、再生；

（2）计量管理单元

能源计量脱离不了能源管网的基础建设，探讨计量管理单元的最小单元的形态及特征，有助于推广经济、适用、可靠的系统产品。

根据能源计量理论及任务，最小单元应该是以用能属性划分、多专业参量有机结合的、具有一种融合数学模型的单元。

用能单位的全过程及工艺多数是非常复杂的，如何保证连续的能流环节的能源计量不出现“伪信息”是个艰难的研究课题。计量过程表具的简单组合解决不了全过程的量化跟踪的可信度低的问题。所以采用自适应、自学习的智能技术的计量管理单元及单元间组网才能使全过程量化跟踪“可控制“成为可能。如图所示：

（3）能源基础数据：

能源计量以能量守恒定律及熵增原理来考核用能设备、用能系统的用能状况，能源基础数据管理要为决策系统服务。在这样的多专业参量的信息系统中基础数据的管理首先要解决能源数据的关联及融合问题。关联处理快速、可靠、低错误率，建立基于各层次的融合数学模型、统计方法、动态特性描述的统一信息融合框架和结构，是能源基础数据管理的关键技术。融合技术在分层数据管理上的实现才能将能源基础数据有机结合、相互渗透、相互关联地管理，才能给决策者管理带来实用价值。

三、 系统方案

系统设计为三层架构，即感知层、M2M终端层和中心层。

感知层主要包括传感器、计量装置、执行部件、过程仪表、信号适配器、摄像机等。主要负责向M2M终端层提供数据。

M2M终端层包括采集器、网络/通信适配器、收发器、路由器、计量终端和视频终端、监控管理终端等。负责采集感知层数据，并把采集到的数据加工处理发送至中心层服务器。

中心层根据业务范围又分为三层，分别是数据层、应用层和访问层。能源计量中心数据平台包括了数据中心、数据交换平台、应用支撑平台三大基础软件平台建设。

能源计量模型建模

　　●能源需求预测模型
　　●能源供应模型
　　●能源系统优化模型
　　●能源环境分析模型
　　●能源经济模型
　　●能量平衡关系
　　●能源消费结构

四、意义

多传感器信息“融合”技术在能源管网中的应用是一个示范性工程，其实施对于加快物联网的能源计量应用示范，提高能源管网信息化水平，推进科技创新具有十分重要的意义。主要表现在：

　　●对能源利用状况提供实时监测和管理的平台
　　●为评估节能降耗技术改造提供科学、准确、公正的技术支撑；
　　●为能源统计管理提供技术依据
　　●为用能单位的节能管理提供技术支撑：
　　●提供节能技术、节能工艺研究和推广的技术服务；
　　●提供节能检测方法研究的技术服务；

采用智能技术、节能技术与服务、管理有机融合，系统具有兼容性、扩展性、设计科学、技术先进，产品拥有自主知识产权、较强的创新性和实用价值，也具备产业化前景，为产生良好的社会经济效益奠定的基础。