基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的熱能供熱數(shù)據(jù)處理方法

鄭陽平，王學(xué)軍

(承德石油高等專科學(xué)校 計(jì)算機(jī)與信息工程系，河北 承德 067000)

目前，在我國能源出現(xiàn)“富煤、貧油、少氣”的形勢下，自集中供熱改造以來，主要是以煤炭、天然氣和油為主要燃料的區(qū)域鍋爐房或城市熱電廠進(jìn)行城市供熱。承德地區(qū)的供熱就是熱電廠，經(jīng)過其熱能轉(zhuǎn)換裝置將能量傳遞給熱網(wǎng)系統(tǒng)；供熱系統(tǒng)的熱源是供熱的第一站，是以蒸汽、電力、水和熱為能源，通過能耗設(shè)備進(jìn)行傳輸，能耗設(shè)備主要包括熱交換器和輸配系統(tǒng)的水泵；以單位供熱量的消耗量來評定耗能水平的優(yōu)劣。熱能輸送是主要供熱環(huán)節(jié)，由熱網(wǎng)系統(tǒng)承擔(dān)，雖然供熱管道由鋼管、保溫層和保護(hù)層組成，盡可能減少能量消耗，但是，沿途散熱的熱損失和泄漏的水還是存在的，不可避免的。在供熱系統(tǒng)中，需要對每天的運(yùn)行情況得到大量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可知道當(dāng)前的供熱狀態(tài)，根據(jù)數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)分析和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可以蘊(yùn)含很多有效的信息，在目前的供熱系統(tǒng)中，工程人員對具體現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，但是忽略了原本存在于數(shù)據(jù)之間，而被人們忽略的有效信息。

1 數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining)在熱能供熱系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的指導(dǎo)思想

針對熱能供熱系統(tǒng)中產(chǎn)生的超大規(guī)模數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)內(nèi)在規(guī)律，提取數(shù)據(jù)之間的有用知識和信息。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是通過分析、聚類、預(yù)測等數(shù)據(jù)分析方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在于供熱系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，但又不能被人們靠工作經(jīng)驗(yàn)就能簡單獲得的信息，并且得到的信息有時(shí)是超出使用者的想象，其應(yīng)用價(jià)值的確很大，并且通過研究得到的是“顯式知識”。

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在熱能供熱系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程如下：建立基于供熱系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上的數(shù)據(jù)倉庫；利用聚類、分析、奇異點(diǎn)等技術(shù)對數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；選用或構(gòu)造恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型；通過分析得到先進(jìn)有效的結(jié)論。

2 數(shù)據(jù)挖掘在供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)中的處理過程

根據(jù)熱能供熱系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，針對供熱生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的超大量數(shù)據(jù)，例如：熱電廠熱網(wǎng)系統(tǒng)中的熱交換器、輸配系統(tǒng)水泵、供熱管道保溫裝置等方面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析進(jìn)行研究和處理，得出和供熱系統(tǒng)相對應(yīng)的結(jié)論，并以此指導(dǎo)供熱方案，在該研究過程中包括生產(chǎn)分析和數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)分析、形成結(jié)論、應(yīng)用成果等階段，具體為：

1)數(shù)據(jù)分析和匯集，建立有關(guān)供熱超大量數(shù)據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)倉庫。針對熱能系統(tǒng)的供熱過程，通過在供熱生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的超大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、處理、奇異點(diǎn)排除等整理過程，建立海量數(shù)據(jù)倉庫，這是研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。在分析數(shù)據(jù)時(shí)，要考慮數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，例如，熱電廠通過熱能轉(zhuǎn)換裝置將能量傳遞給熱網(wǎng)系統(tǒng)；供熱系統(tǒng)的熱源是供熱的第一站，是以蒸汽、電力、水和熱為能源，通過能耗設(shè)備進(jìn)行傳輸，能耗設(shè)備主要包括熱交換器和輸配系統(tǒng)的水泵。在建立數(shù)據(jù)倉庫時(shí)要考慮這些因素之間的關(guān)系。

2)利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到數(shù)據(jù)分析處理的有效方法。針對以供熱系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)，通過聚類分析、預(yù)測分析、關(guān)聯(lián)等方面的有效技術(shù)，對供熱系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析和恰當(dāng)處理，得到數(shù)據(jù)間的潛在聯(lián)系，形成有效結(jié)論，同時(shí)分析得到數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢。例如，通過對熱能輸送分析，由熱網(wǎng)系統(tǒng)承擔(dān)，雖然供熱管道盡可能減少能量消耗，但是，沿途散熱的熱損失和泄漏的水還是存在的，不可避免的。熱損失，通過對熱網(wǎng)、能量消耗等方面的關(guān)聯(lián)分析，能夠得到最有效的傳熱方案，進(jìn)而為供熱方案提供依據(jù)。

3)通過數(shù)據(jù)分析，得出相應(yīng)分析結(jié)果。根據(jù)熱能供熱系統(tǒng)的生產(chǎn)特點(diǎn)，通過對供熱生產(chǎn)數(shù)據(jù)的特性分析，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)中的聚類、分析等方法的特點(diǎn)，得出適合于供熱系統(tǒng)的三維模型(即：立體化模型)，最終得出適合于中等化城市的供熱數(shù)據(jù)特點(diǎn)及供熱方案的模型(即：供熱數(shù)據(jù)分析模型結(jié)果)。

4)驗(yàn)證結(jié)論，在實(shí)踐中檢驗(yàn)結(jié)論的適用性。將得出的結(jié)論應(yīng)用到城市(例如承德)的供熱系統(tǒng)中去，并通過供熱實(shí)踐來真正檢驗(yàn)方案的可實(shí)施性以及可應(yīng)用性，并在應(yīng)用過程中進(jìn)行驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)結(jié)論的進(jìn)一步完善，使結(jié)論實(shí)踐過程中再提高，使結(jié)論在真實(shí)生產(chǎn)過程更加科學(xué)、可靠。

數(shù)據(jù)挖掘分析過程在熱能供熱系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理過程，如圖1所示。

3 數(shù)據(jù)挖掘在熱能供熱生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)方面的展望

目前，能源是人類社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。我們要充分利用能源的同時(shí)，還要注重節(jié)約能源消耗，保護(hù)環(huán)境。世界能源消耗在不斷持續(xù)增長，尤其是一次性能源消耗，但是隨著能源的不可再生，現(xiàn)在世界上，對能源的消耗由原來的“粗獷化”向“優(yōu)質(zhì)化、清潔化”轉(zhuǎn)變。但是，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)構(gòu)上來看，能源消耗結(jié)構(gòu)存在巨大的差異，如我國北方主要以煤炭為主要消耗能源。

針對目前比較流行的供熱系統(tǒng)所關(guān)注的內(nèi)容，就當(dāng)前如何解決熱能日益緊缺的時(shí)代，為如何有效利用資源、使其盡最大可能發(fā)揮力量提供了思路。利用現(xiàn)代高科技手段(數(shù)據(jù)挖掘技術(shù))通過對供熱系統(tǒng)中出現(xiàn)的海量數(shù)據(jù)的分析，得到許多隱含的、隱式數(shù)據(jù)的提示，使供熱過程更加具有規(guī)劃性、針對性和指導(dǎo)性，以便決策者可在一定的理論數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上做出決策，即節(jié)約能源，又使企業(yè)價(jià)值在現(xiàn)有基礎(chǔ)上達(dá)到最大化。

4 結(jié)束語

本文論述的內(nèi)容是建立在對供熱系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，其結(jié)果是真實(shí)可靠的，拓展了供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的方法。本文介紹的方法是將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)(如分析法、分類法、預(yù)測法、關(guān)聯(lián)法等)與工程實(shí)際的緊密結(jié)合，即對供熱系統(tǒng)的優(yōu)化有很大的幫助作用，同時(shí)對發(fā)展目前比較流行的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用起到非常重要的作用。本文的研究成果將直接應(yīng)用于供熱系統(tǒng)的分析中，對建立供熱系統(tǒng)專家決策系統(tǒng)提供了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。這些數(shù)據(jù)處理的方法，在其他軟件平臺開發(fā)過程中，起到非常重要的支持作用。