基于物联网的供热行业热计量信息应用服务管理平台

摘要

本发明公开了一种基于物联网的供热行业热计量信息应用服务管理平台，包括应用层、服务层、网络层和设备层；应用层、服务层和设备层通过网络层相互传输信号；应用层包括热计量信息应用服务管理系统；服务层包括供热收费服务器、云计算服务器和供热系统监控服务器；网络层包括有线互联网和/或无线互联网；设备层包括网关以及通过网关与有线互联网和/或无线互联网连接的终端装置，终端装置包括：设置在用户终端的户用热量表，设置在输热管网内的管网温度传感器、管网流量计、管网压力计和管网控制阀，设置在供热站的供热设备；每个终端装置均设有唯一地址编码。本发明能够统计监测热量表运行状态，分析供热状况，提供管理和信息化服务。

说明书

技术领域

本发明涉及一种供热管理系统，特别涉及一种基于物联网的供热行业热计量信息应 用服务管理平台。

背景技术

供热管理系统与网络技术的结合，促进了供热管理的现代化，目前，利用互联网技 术的供热管理系统多为供热收费管理系统，其采用在某一个小区内设置若干集中器，每 个集中器通过M-BUS总线连接1-250个终端户用热量表，集中器设置通信接口，与远程 的收费管理服务器通过网络相互间传输数据，实现自动读表，自动计费。这种收费管理 系统往往局限在某一供热站的供热区间，供热站之间无数据传输，且收费管理系统只能 读取热量表的计数数值，无法控制热量的输入，还需要人工现场进行处理，当一个供热 系统内管网供热能力不均衡，或者当一个供热系统的供热能力大于本区域的需求，而另 一个供热系统的供热能力小于本区域的需求时，因为数据不能共享，也无法具体分析相 关区域的热量消耗使用情况，从而无法实现区域内以及区域间热能自动调配，造成供热 不均衡和能源的浪费。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于物联网的供热行业热计量 信息应用服务平台。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于物联网的 供热行业热计量信息应用服务管理平台，包括应用层、服务层、网络层和设备层；所述 应用层、所述服务层和所述设备层通过所述网络层相互传输信号；所述应用层包括热计 量信息应用服务管理系统；所述服务层包括供热收费服务器、云计算服务器和供热系统 监控服务器；所述网络层包括有线互联网和/或无线互联网；所述设备层包括网关以及通 过网关与有线互联网和/或无线互联网连接的终端装置，所述终端装置包括：设置在用户 终端的户用热量表，设置在输热管网内的管网温度传感器、管网流量计、管网压力计和 管网控制阀，设置在供热站的供热设备；每个所述终端装置均设有唯一地址编码。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述热计量信息应用服务管理系统内置应用管理模块，所述应用管理模块包括数据 库管理子模块、热计量监控子模块、热计量统计分析子模块和用户收费子模块。

所述数据库管理子模块包括如下单元：对供热行业热计量信息进行数据模式定义的 单元、对数据进行存取的物理构建单元、数据操纵单元、对数据的完整性和安全性进行 定义和检查的单元、对数据库进行并发控制与故障恢复的单元以及数据的维护单元。

所述热计量统计分析子模块包括如下单元：用户信息统计分析单元、实时数据统计 分析单元、历史数据统计分析单元、数据漏选统计分析单元以及制作报表单元，其中：

所述用户信息统计分析单元，对包括指定区域内的用户进行用热户数、用热面积的 统计分析，显示不同供热年度内用热或停热户数的曲线图；

所述实时数据统计分析单元，统计并分析包括指定区域内的热计量实时数据，绘制 曲线图；

所述历史数据统计分析单元，统计并分析包括指定区域内的热计量历史数据，绘制 曲线图；

所述数据漏选统计分析单元，对包括设备报警、越限报警、流量异常以及温度异常 的信息进行统计分析；

所述制作报表单元，制作热计量数据日报、月报、季报和年报表。

所述用户收费子模块包括热量自动抄表单元、自动热量结算单元、用户收费单元、 缴费自动提醒单元以及欠费自动关阀单元。

所述网关和所述终端设备的网络拓扑结构为星形、树形或网状拓扑结构。

所述无线互联网为GPRS、GSM、CDMA、WCDMA、EDGE、TD-SCDMA的一种或几种组合。

还包括门栋采集器和小区集中器，所述户用热量表通过M-BUS总线或电力载波通信 网络与所述门栋采集器相连，所述门栋采集器通过电力载波通信网络或无线互联网与所 述小区集中器相连，所述小区集中器与所述网关相连。

还包括Zigbee无线数据采集模块，所述管网温度传感器、所述管网流量计、所述管 网压力计和所述管网控制阀均与所述Zigbee无线数据采集模块相连，所述Zigbee无线 数据采集模块与所述网关相连。

所述终端装置设有RFID电子标签。

本发明具有的优点和积极效果是：通过将供热系统各个设备节点均通过网关与无线 或有线因特网相连，构建供热行业热计量信息应用服务平台，实现了通过互联网对各种 供热终端装置的传感数据进行读取、分析，通过互联网自动控制终端装置的执行元件动 作，从而实现对整个在网范围内供热设备的监控分析，并且用户可通过网络定量订购热 能，系统根据用户的订单以及实时采集的终端装置的状态，控制供热设备的运转，协调 联动供热设备，从而实现定量生成热能，实现供热区域内及区域间的热能自动分配，更 有效地使用热能，减少了浪费；其基于物联网、云计算、云存储等技术，通过信息传输 系统和无线和/或有线互联网，连接各地各企业各户的热计量表，为供热企业提供远程热 计量信息抄表服务，统计计算居民热费，监测热量表运行状态，分析供热状况，确保故 障及时处理，避免纠纷发生,对物联网采集来的热计量信息等资源进行深入的研究和有价 值的开发，进行分门别类的管理，进行有指向性的传输，进而为供热企业提供更多的集 约化管理和信息化服务。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是供热系统监控服务器与户用热量表间的网络连接示例示意图；

图3是热计量统计分析子模块的实时数据统计分析单元显示界面示意图；

图4是热计量统计分析子模块的数据漏选统计分析单元显示界面示意图；

图5是热计量统计分析子模块的制作报表单元显示界面示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下：

请参见图1至图5，一种基于物联网的供热行业热计量信息应用服务管理平台，包括 应用层、服务层、网络层和设备层；所述应用层、所述服务层和所述设备层通过所述网 络层相互传输信号；所述应用层包括热计量信息应用服务管理系统；所述服务层包括供 热收费服务器、云计算服务器和供热系统监控服务器；所述网络层包括有线互联网和/或 无线互联网；所述设备层包括网关以及通过网关与有线互联网和/或无线互联网连接的终 端装置，所述终端装置包括：设置在用户终端的户用热量表，设置在输热管网内的管网 温度传感器、管网流量计、管网压力计和管网控制阀，设置在供热站的供热设备；每个 所述终端装置均设有唯一地址编码。

其中所述热计量信息应用服务管理系统，可包括管理计算机、显示器、打印机和信 息播放装置，其通过服务层和/或网络层，可实时监控管网供热的全过程，清晰地反映各 站点实时运行情况；详细记录管线站点的运行参数；集中显示温度、压力、瞬时流量、 累积流量等参数值，对出现的不正常情况如：压力及温度不稳定，用户偷热，管漏等， 能及时发现并做出相应的处理，其具备曲线查询、报表打印功能，可以对热能使用的分 布情况、用户用热历史记录等提供详细的数据和分析，通过信息播放装置发送通知、报 警和短信提醒等。

城市集中供热是我国北方冬季采暖的主要方式。随着城市开发步伐的加快，热力管 网不断地进行扩容和改造，这就对供热管理提出了更高的要求。供热管理具有时间跨度 长、数量大、变化多、覆盖面广等特性，管理非常复杂。传统的管理模式下，信息数据 分散存放，存在数据不完整、名称不统一、某些规范不一致、数据丢失等情况，导致供 热行业信息资源无法共享，进而造成供热管网运行过程中调度、指挥和决策迟缓等管理 难度。针对上述特点，采用物联网技术与先进的数据库技术对城市集中供热管网的热计 量信息统一管理，运用高效共享的Oracle 11G大型网络数据库系统，扩展了Oracle独 家具有的提供网格计算优势的功能，来提高服务水平、减少停机时间以及更加有效地利 用IT资源，同时还增强全天候业务应用程序的性能、可伸缩性和安全性，利用真正应用 测试尽量降低更改的风险。该数据库管理系统将所有的热计量信息（包括热计量设备的 地理信息、运行信息、业务信息、统计信息、分析信息等）进行一体化设计和融合，使 得数据库管理模式从分散化、人工化的传统管理进入到集中化、智能化的模式。集中供 热管网中各个区域下的热量表通过有线或无线的方式将热计量数据集中上报至统一的网 络数据库中。这样供热管理部门、供热企业就能够在统一的工作平台上实现远程监控热 计量设备的区域分布状况、运行情况，对各种相关数据进行统计分析汇总等工作，从整 体上降低管理成本，提高供热管网运行效率。

图2是供热系统监控服务器与户用热量表间的网络连接的一个具体示例示意图。

进一步地，所述热计量信息应用服务管理系统可内置应用管理模块，所述应用管理 模块可包括数据库管理子模块、热计量监控子模块、热计量统计分析子模块和用户收费 子模块等。

其中，所述数据库管理子模块可包括如下单元：对供热行业热计量信息进行数据模 式定义的单元、对数据进行存取的物理构建单元、数据操纵单元、对数据的完整性和安 全性进行定义和检查的单元、对数据库进行并发控制与故障恢复的单元以及数据的维护 单元等。

所述热计量监控子模块用于对各种所述终端装置进行监测及控制，热计量信息应用 服务管理系统与户用热量表、门栋采集器、小区集中器、供热系统监控服务器以及监控 系统客户端等所述终端装置设备之间，通过互联网实时传输信号，从而对户用热量表、 门栋采集器、小区集中器、供热系统监控服务器以及监控系统客户端进行监测及控制， 其采用如下方式实现监测及控制：数据的现场采集及控制、数据的远程传输以及供热系 统监控服务器的实时监控。其中：

数据的现场采集及控制，户用热量表可通过M-BUS总线或电力载波通信(PLC)将流量、 热量、温度等数据发送至门栋采集器，然后门栋采集器通过电力载波通信PLC或无线互 联网将热计量数据发送至小区集中器。如果有温度调节或压力调节方面的控制需求，一 般户用热量表可通过Zigbee无线数据采集模块来发送至门栋采集器。

通过数据的远程传输，完成小区集中器与供热系统监控服务器的数据传输。远程传 输可采用无线传输的方案，既克服了供热管网不易布线的难点，又增强了数据传输的安 全性与可靠性。由于GPRS、CDMA等传输模式支持每个用户可同时占用多个信道，同一信 道可为多个用户共享，资源利用率高、传输率高、永远在线、接入速度快，因此适合于 间断的、突发性的和频繁的数据传输，是热计量监控数据传输的理想模式。并且，用于 远程传输的GPRS模块或CDMA模块能够支持热计量数据同时上报到多个监控中心，从技 术支持方面解决了困难，更方便快捷地为客户提供了系统的调试、维护与升级。

供热系统监控服务器，可包括数据服务器和监控计算机两部分。数据服务器负责数 据库管理，用于存储和管理现场采集的数据，并提供数据访问服务。监控计算机负责采 集现场站点数据和发送控制指令。

所述热计量统计分析子模块可包括如下单元：用户信息统计分析单元、实时数据统 计分析单元、历史数据统计分析单元、数据漏选统计分析单元以及制作报表单元，其中：

所述用户信息统计分析单元，可对包括指定区域内的用户进行用热户数、用热面积 的统计分析，如：在相同供热年度内以饼图显示用热与停热户数的比例情况；显示不同 供热年度内用热或停热户数的曲线图等。

所述实时数据统计分析单元，请参见图3，可统计并分析包括指定区域内的热计量实 时数据，绘制曲线图。

所述历史数据统计分析单元，可统计并分析包括指定区域内的热计量历史数据，绘 制曲线图。比如将各个采集数据结合供热面积，进行温度、单耗、水力稳定性分析等。

所述数据漏选统计分析单元，请参见图4，可对包括设备报警、越限报警、流量异常 信息、温度异常信息等信息进行统计分析。

所述制作报表单元，请参见图5，可制作各种相关的热计量数据日报、月报、季报、 年报表等。

一直以来，供热管理部门对用户用热统计是人工进行的。而人工方式统计工作量大， 误差大，容易造成人为错误等，给供热管理部门带来极大的不便，并且由于人工统计的 失真更会导致供热管理部门在管理决策上的失误。热计量信息应用服务管理系统中的数 据监控模块保证了热计量数据的真实性与及时性，热计量统计分析模块实现了数据统计 零手工处理统计图表，图表形式丰富，让数据宏观展现，清晰明了。全面的统计分析， 更有效地保证了热计量统计分析的准确性，为供热管理部门提供了有力的决策支持。

所述用户收费子模块可包括热量自动抄表单元、自动热量结算单元、用户收费单元、 缴费自动提醒单元以及欠费自动关阀单元等。其实现热量自动抄表、自动热量结算、用 户收费、缴费自动提醒、欠费自动关阀五个功能。

为适应供热计量改革，促进供热节能，保障供、用热双方的合法权益，系统实行“两 部制热价”的收费模式。“两部制热价”指的是热价由两部分组成，一部分是固定的基 础热价，也就是基础热费；另一部分是根据热用量收的计量热价，也就是计量热费。这 就意味着，无论房屋是否住人，用户都要缴纳一定的基础热费，即使要求办理停供，也 不能例外。这里：

基础热费=基础热价×基础热价比例×用户供热面积

计量热费=积累热价×计量热价比例×用户用热量

热费=基础热费+计量热费。

所述热计量信息应用服务管理系统连接并利用互联网的云计算服务器，具有如下两 个方面的优势：一是物联网的数据存储和处理能力的需求非常大，突破了传统硬件环境 的能力范围；另一方面是绿色环保的需求，闲置的资源需要重新利用。基于云计算的物 联网业务管控平台和物联网应用环境，一方面提升了基础设施的使用效率和资源部署的 灵活性；另一方面，在实现云安全的前提下，资源的云同质化使得业务系统的容错、冗 余及灾备更加容易实现。除了在应用和服务部署方面的应用，发挥云计算巨大的计算和 存储成本优势对终端实施智能化控制和管理，或者利用云计算强大的计算和虚拟化能力 实现安全保障、质量保证和网络智能化。

本发明中的网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器，是网络互连设备，其用于 两个高层协议不同的网络互连。所述终端装置通过网关与网络层连接，以实现所述终端 装置与互联网的连接。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关是一 种充当转换重任的装置，在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全 不同的两种系统之间，网关是一个翻译器，对收到的信息重新打包，以适应目的系统的 需求，同时，网关也可以提供过滤和安全功能。

供热系统的所述终端装置，可以连接到工业控制总线上，其中，工业控制总线包括： CAN总线，其可为控制器局部网；LONWORKS总线，其可为局部操作网络；PROFIBUS总线， 其可为过程现场总线；HART总线，其可为可寻址远程传感器数据通路等，再通过网关， 连接到互联网，互联网包括无线或有线的因特网。

在上述基础上，进一步地，所述网关和所述终端设备的网络拓扑结构可为星形、树 形或网状拓扑结构。

进一步地，所述无线互联网可为GPRS、GSM、CDMA、WCDMA、EDGE、TD-SCDMA的一 种或几种组合。用户端以及管理端均可通过手机等无线设备上网，对供热系统内的所述 终端装置进行信息感知或控制，使操作更加灵活方便。

本发明还可包括门栋采集器和小区集中器，所述户用热量表可通过M-BUS总线或电 力载波通信网络与所述门栋采集器相连，所述门栋采集器可通过电力载波通信网络或无 线互联网与所述小区集中器相连，所述小区集中器与所述网关相连。可以利用现有的户 用热量表M-BUS或电力载波通信（PLC）网络信息传输网络，通过网关将M-BUS协议或电 力载波通信（PLC）转换成互联网协议，实现在互联网上传输信息。

本发明还可包括Zigbee无线数据采集模块等无线数据采集模块，所述管网温度传感 器、所述管网流量计、所述管网压力计和所述管网控制阀等均与所述Zigbee无线数据采 集模块相连，所述Zigbee无线数据采集模块与所述网关相连。通过网关将Zigbee协议 转换成互联网协议，实现在互联网上传输信息。

所述管网温度传感器、所述管网流量计、所述管网压力计和所述管网控制阀等所述 终端装置均可设有RFID电子标签，电子标签中的物品编码根据特定的转换规则，转换而 成的互联网域名格式的名字，在中国互联网网络信息中心起草的《基于互联网的电子标 签信息查询与服务发现技术规范》(TD0004-2008）中，对电子标签的寻址解析进行了规 范，可参考该规范，对接入互联网的所述终端装置设置RFID电子标签进行寻址解析。

本发明结合供热行业特点，对热计量信息进行深入的研究和有价值的开发，基于物 联网、云计算、云存储理念、安全可靠的供热行业公共应用服务平台，服务于行业和社 会，推动行业技术进步和行业管理方式创新。

应用于供热行业，推进供热计量改革和供热行业信息化进程。基于物联网、云计 算、云存储、网络安全等理念，通过信息传输系统和GPRS/Internet，连接和感知供 热行业各地各企业各户的热量表和其它设备的静态和动态信息，结合供热行业特点和 各企业的实际需求，对物联网采集来的热计量信息等资源进行深入的研究和有价值的 开发，进行分门别类的管理，进行有指向性的传输，服务于行业和企业，推动行业技 术进步和集约化管理水平。

连接各地各企业各户的热计量表，为供热企业提供远程热计量信息抄表服务，统计 计算居民热费，监测热量表运行状态，分析供热状况，确保故障及时处理，避免纠纷发 生,进而为供热企业提供更多的管理和信息化服务，对全面推进供热计量改革、整体提 高供热行业的信息化管理水平具有十分重要的意义。