數(shù)據(jù)挖掘在高校節(jié)能監(jiān)管中的應(yīng)用探討

陳瀟瀟+肖莎

摘要：本文主要探討數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校節(jié)能監(jiān)管的應(yīng)用，介紹如何利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進行能耗分析，以提高節(jié)能管理水平，減少高校的能源消耗，為高校的節(jié)能監(jiān)管工作提供系統(tǒng)、科學(xué)化的決策指導(dǎo)，從而提塑造年輕一代的節(jié)能意識。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；高校；節(jié)能監(jiān)管；決策

1.高校節(jié)能監(jiān)管現(xiàn)狀

當(dāng)今社會，節(jié)能減排已經(jīng)引起人們的普遍關(guān)注，越來越多的政府單位、企業(yè)、組織機構(gòu)和個人自發(fā)地投入到節(jié)能減排的工作中。高校在一個城市能源消耗中占很大的部分，大學(xué)生的在校能耗人均量明顯大于全國城鎮(zhèn)居民能耗人均量。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)在校大學(xué)生人均用水量是全國居民人均用水量的2倍，能耗是全國居民平均值4倍多。高等院校能源使用缺少科學(xué)的計算和管理。如何采用合適的技術(shù)手段，將高校能耗的數(shù)據(jù)信息進行科學(xué)處理，提取出有用的規(guī)則和知識，挖掘出隱含在這些數(shù)據(jù)背后有價值的規(guī)律和知識，為高校的節(jié)能監(jiān)管工作提供系統(tǒng)、科學(xué)化的決策指導(dǎo)，從而提高節(jié)能管理水平，減少高校的能源消耗，塑造年輕一代的節(jié)能意識。

2.國內(nèi)外相關(guān)研究

國外的高校在資金方、經(jīng)費等原因在一定的程度上加速了節(jié)能監(jiān)管的開發(fā)和研究的推進，所取得的成果也是比較大的，國外的高校在節(jié)能監(jiān)管信息化比較的成熟。在經(jīng)過長期的節(jié)能監(jiān)管信息化建設(shè)歷程中，國外的高校使用了成熟的技術(shù)框架，立足學(xué)校的實際情況對節(jié)能監(jiān)管實現(xiàn)可視化的監(jiān)管，很大的程度上提高了學(xué)校的能源使用率。美國高校建筑和設(shè)施的節(jié)能改造工程已經(jīng)進行了十多年，這些學(xué)校中比較典型的是位于美國德克薩斯的A&M大學(xué)，校園節(jié)能監(jiān)管項目改造工程的投入了不少的資金，節(jié)能監(jiān)管平臺的穩(wěn)定運行，經(jīng)實測的節(jié)能收益超過了平臺建設(shè)的資金多倍。

我國重視校園節(jié)能監(jiān)管的構(gòu)建起始于上世紀(jì)九十年代，在經(jīng)過了積極宣傳節(jié)能監(jiān)管概念、初期的示范性建設(shè)和全方位實行構(gòu)建的幾個階段。政府以12所高校為首批試點建設(shè)節(jié)約型校園的學(xué)校，并于2009年制定了有關(guān)校園建設(shè)節(jié)約型校園的建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)構(gòu)建和管理技術(shù)的一系列技術(shù)指導(dǎo)方法，并將作為今后院校建設(shè)校園能源監(jiān)管平臺的理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。政府近些年加大了節(jié)能監(jiān)管的投入力度，建設(shè)節(jié)約型校園在經(jīng)過這些年的研究獲得得了不少進步，啟動了所節(jié)約型校園建設(shè)試點。

敖四江[1]等人對目前我國高校校園能源管理存在的問題進行了分析，提出了相應(yīng)的解決方案，例如嘗試引入市場的機制、建立相關(guān)機構(gòu)管理能源、完善管理體系等。高彪[2]等人通過研究上海某綜合型大學(xué)，對科研樓、圖書館、教學(xué)樓、辦公樓、宿舍樓等校園典型建筑的用能特點及節(jié)能潛力進行了探討。王旭東[3]通過對天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)校園能源消耗現(xiàn)狀的研究，提出在高等學(xué)校構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能源管理平臺是實現(xiàn)節(jié)能降耗的重要手段。李道洋、蒙艷玫[4]等以廣西大學(xué)校園內(nèi)40棟校園公共建筑為樣本建筑，通過多元線性回歸分析方法對建筑能耗和影響因子進行分析，得到影響樣本建筑能耗的主要因子，并建立了相應(yīng)的能耗預(yù)測模型。季文娟[5]、喻偉[6]等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用于建筑能耗預(yù)測，建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑能耗預(yù)測模型，實現(xiàn)了對建筑能耗的預(yù)測。在校園節(jié)能監(jiān)管的研究上，主要集中于相關(guān)理論和對策制定方面，結(jié)合校園節(jié)能監(jiān)管實踐的應(yīng)用研究方面還不夠深入，較多的研究集中在利用統(tǒng)計分析研究方法或者數(shù)學(xué)模型對建筑能耗數(shù)據(jù)進行分析、預(yù)測，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對能耗數(shù)據(jù)進行分析的研究亟待提高與完善。

3.數(shù)據(jù)挖掘在高校能源監(jiān)管中的應(yīng)用

在數(shù)據(jù)的分析和處理上面，數(shù)據(jù)挖掘會發(fā)揮重要的作用，它能從數(shù)據(jù)中提取有價值的信息。從應(yīng)用層面來講，數(shù)據(jù)挖掘是一種決策支持過程，主要基于數(shù)據(jù)庫、人工智能、數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)，高度自動化地分析數(shù)據(jù)，做出歸納性的推理，從中挖掘出潛在模式，幫助決策者減少風(fēng)險、做出正確的決策。以高校不同類型建筑能耗為例，圍繞數(shù)據(jù)挖掘過程的主要步驟，探討數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校節(jié)能監(jiān)管中的應(yīng)用。本文的數(shù)據(jù)挖掘目標(biāo)為建立起高校建筑能效分析的聚類挖掘模型，通過模型分析，制定降低能耗的策略。

3.1 數(shù)據(jù)清理、集成與選擇

從高校能源數(shù)據(jù)庫中提取近五年來的建筑能耗原始數(shù)據(jù)，去除無效缺失數(shù)據(jù)，挑選出科學(xué)的、安全的、適用于數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用的屬性數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對于高校建筑能耗歷史數(shù)據(jù)，由于測量和記錄的嚴(yán)重失誤，或由于儀器儀表的突然波動，都會造成數(shù)據(jù)的缺失。對于有多個屬性缺失值的記錄，直接將其從樣本中刪除；缺失的水電能耗數(shù)據(jù)，用當(dāng)月系統(tǒng)能耗平均值填補。在不影響數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果質(zhì)量的前提下，盡可能保持了原數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)清洗后，對某些原來沒有的屬性按需要進行生成，通過泛化、屬性離散化處理將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以構(gòu)成一個適合數(shù)據(jù)挖掘的描述形式。

3.3數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用

從數(shù)據(jù)挖掘角度看，高校建筑能耗是較好的數(shù)據(jù)挖掘?qū)ο?。因高校建筑用能所受到的不確定因素干擾遠(yuǎn)小于商業(yè)、工業(yè)等行業(yè)，能耗數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的規(guī)律性更強。數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用一般圍繞特定的數(shù)據(jù)主題進行，高校建筑能耗數(shù)據(jù)挖掘可應(yīng)用的主題如下：

（1）能耗預(yù)測：高校建筑能耗與建筑地域、建筑類型、建筑年代、建筑面積、建筑用途、建筑材料等眾多因素相關(guān)，可以使用分類或者回歸分析的方法建立起能耗預(yù)測模型。

（2）基準(zhǔn)評價：通過基準(zhǔn)評價，校園管理者可以了解其建筑運行情況，對比本建筑與其它類似建筑的能源消耗差異，如果發(fā)現(xiàn)目標(biāo)建筑比其它同類建筑能耗高，可以采取措施降低能耗；對樣本建筑生成關(guān)聯(lián)規(guī)則，然后將這些規(guī)則應(yīng)用于待評價的目標(biāo)建筑，從而對目標(biāo)建筑的能耗狀況進行評價。

（3）運行優(yōu)化：高校建筑運行能耗的高低很大程度上取決于設(shè)備運行管理、維護水平的高低，可以運用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，也可采用聚類挖掘出不同的運行模式，從而為節(jié)能決策提供支持。

4.結(jié)束語

高校節(jié)能監(jiān)管是一項長期的工作，更是一個剛剛起步的節(jié)能重點項目。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校能耗數(shù)據(jù)分析方向的應(yīng)用才剛剛起步。但隨著節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)的不斷完善、能耗數(shù)據(jù)的不斷豐富，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的不斷深化，必將會有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]敖四江.高校能源管理的現(xiàn)狀分析及對策探討[J].能源研究與管理，2010（4）：38-41.

[2]高彪，譚洪衛(wèi)，宋亞超.高校校園建筑用能現(xiàn)狀及存在問題分析一以長三角地區(qū)某綜合型大學(xué)為例[J].建筑節(jié)能，2011（39）：41-44.

[3]王旭東.試論高校校園能源管理網(wǎng)絡(luò)平臺之構(gòu)建[J].職業(yè)教育研究，2011（3）：17-19.

[4]李道洋.基于分項實時監(jiān)測的建筑能耗數(shù)值分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報，2012，37（5）：965-971.

[5]季文娟.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑能耗巧估模型與預(yù)測模型研究[D].南京工業(yè)大學(xué)，2012.

[6]牛棋飛，張永堅，張春華.建筑中能耗拆分方法的研究[J].控制工程，2010（S1）：80-82.