一種清潔取暖智慧監(jiān)管平臺的設(shè)計方案

薛道榮，張晶，韓成明

（河北道榮新能源科技有限公司，河北 邢臺 054000）

0 引言

隨著清潔取暖工作的深入推進，北方地區(qū)尤其是農(nóng)村地區(qū)累計有數(shù)千萬戶完成了“煤改氣”“煤改電”及其他方式改造，改造所用設(shè)備質(zhì)量、型號、質(zhì)保期等都不盡相同，取暖效果難以保證。相對于城鎮(zhèn)，農(nóng)村村鎮(zhèn)人口密度小，村落分散，用戶文化水平低，導(dǎo)致設(shè)備的使用問題顯著增加，設(shè)備運維成本高，許多用戶設(shè)備無法及時維護恢復(fù)正常采暖；部分企業(yè)在難以承擔(dān)運維費用的情況下，違規(guī)放棄了設(shè)備的維保，造成了大量設(shè)備的棄置，嚴重影響用戶采暖；而政府不能實時掌握用戶的設(shè)備運行情況和供暖的實際效果，無法對企業(yè)實行有效監(jiān)督。

清潔取暖智慧監(jiān)管平臺可以使運維成本降低、操作使用簡便、服務(wù)精準到位、監(jiān)管智慧便捷，保障了農(nóng)村清潔取暖項目持續(xù)健康發(fā)展。本文闡述了智慧監(jiān)管平臺建立的方法，涉及的技術(shù)、要素、模塊等，以及各個模塊的功能詳細描述，加快智慧監(jiān)管平臺的落地，推動清潔供暖的可持續(xù)發(fā)展。

1 需求分析

清潔取暖智慧監(jiān)管平臺可確保及時響應(yīng)用戶服務(wù)需求和報修需求，保障農(nóng)村清潔取暖設(shè)備正?？沙掷m(xù)運行；為企業(yè)提供遠程服務(wù)通道，節(jié)省運維成本，提高服務(wù)范圍和能力；為政府決策提供科學(xué)依據(jù)和實際工程數(shù)據(jù)支撐，提高政府對農(nóng)村清潔取暖基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)管能力、對清潔取暖用戶的服務(wù)能力和保障能力、對清潔取暖企業(yè)的評價能力和監(jiān)督能力。

本清潔取暖智慧監(jiān)管平臺方案運用科技手段，建設(shè)有基礎(chǔ)臺賬信息服務(wù)、設(shè)備運行監(jiān)控服務(wù)、問題咨詢和故障申報服務(wù)、企業(yè)運維服務(wù)、政府監(jiān)管服務(wù)等模塊，來推動清潔取暖的長效運行和可持續(xù)發(fā)展，也為未來的模塊拓展提供基礎(chǔ)。

2 方案的分析

運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等科技，以智能終端、QR碼的應(yīng)用、大數(shù)據(jù)云平臺+移動終端為技術(shù)基礎(chǔ)，搭建清潔取暖的智能監(jiān)管平臺，助力清潔能源的可持續(xù)發(fā)展。

2.1 技術(shù)基礎(chǔ)

2.1.1 智能終端

智能終端是一款物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，由傳感模塊、嵌入式處理模塊和DTU（Data Transfer unit）模塊三個部分組成。通過傳感模塊接口與傳感設(shè)備連接，將傳感器模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，經(jīng)接收、分類、分析、優(yōu)化判決后，為用戶選擇最佳的服務(wù)方式，同時按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過DTU，如：GPRS 模塊、以太網(wǎng)接口、WIFI 等方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)的指定處理平臺，或接收從以太網(wǎng)指定處理平臺的數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)的智能終端傳感器模塊主要是把溫度、水位、流量、電量、空氣質(zhì)量、燃氣使用量等模擬信號轉(zhuǎn)換成絕大多數(shù)計算機能處理的數(shù)字信號；嵌入式處理模塊可接收、分類、分析、處理傳感器數(shù)字信息，根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯，控制輸出零部件，最大限度使用太陽能取暖，降低取暖成本；DTU 模塊將傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備運行狀態(tài)、故障信息等串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP 數(shù)據(jù)，上傳到指定的云平臺，也可將云平臺下發(fā)的IP 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為串口數(shù)據(jù)，供嵌入式處理模塊進行識別，達到遠程控制的目的。

2.1.2 QR 碼的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)媒體QR 碼（Quick Response Code），是一種矩陣二維碼的符號，通過黑、白像素在陣列中的不同分布而實現(xiàn)編碼。QR 碼能被高速讀取，通過攝像頭從拍攝到解碼到顯示內(nèi)容也就三秒左右，對攝像的角度也沒有什么要求。

將設(shè)備ID 信息編制到QR 碼中，通過掃描QR 碼，從云平臺獲取設(shè)備名稱、設(shè)備型號、設(shè)備ID、設(shè)備使用說明、所屬企業(yè)等信息，并通過智能終端將現(xiàn)場設(shè)備信息與用戶信息一一對應(yīng)，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)信息庫。

2.1.3 大數(shù)據(jù)云平臺+移動終端

云平臺基于BS 框架運用java 語言編寫，使用springboot，mybatis，netty，Security 搭建；關(guān)系型數(shù)據(jù)庫使用mysql，內(nèi)存庫使用Redis 進行熱點數(shù)據(jù)掃描、緩存、快速調(diào)用。用Mysql與nosql 型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫Redis 共同做數(shù)據(jù)支撐，第三方接口包含sms 短信、bigmap 地圖定位、DataV 大屏展示等應(yīng)用。web 端主要使用layui 前端框架進行開發(fā)。

軟件移動終端主要使用微信小程序技術(shù)進行開發(fā)。微信小程序是微信平臺提供的一種開放技術(shù)，主要為企業(yè)用戶服務(wù)，用于建立一種移動端的“輕應(yīng)用”。它可以在微信內(nèi)被便捷地獲取和傳播，不需要兼容多個平臺。小程序沒有采用網(wǎng)頁編程中的HTML5+CSS3+JavaScript 組合，而是使用騰訊全新定義的技術(shù)規(guī)范和架構(gòu)。小程序吸收了主流前端開發(fā)中數(shù)據(jù)、樣式、控制邏輯分離的理念，將每個頁面分為四個文件：WXML 文件、WXSS 文件、JSON 文件、JS 文件。云平臺采集數(shù)據(jù)方式有兩種模式：平臺主動獲取和終端主動上報。智能終端與云平臺通過TCP/IP 透傳方式進行數(shù)據(jù)傳輸，從而使數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)倉庫。

2.2 方案設(shè)計

本方案包含基礎(chǔ)臺賬信息服務(wù)、設(shè)備運行監(jiān)控服務(wù)、問題咨詢和故障申報服務(wù)、企業(yè)運維服務(wù)、政府監(jiān)管服務(wù)等部分，同時預(yù)留拓展接口。基礎(chǔ)臺賬信息服務(wù)是關(guān)聯(lián)用戶、企業(yè)、設(shè)備的物理信息；設(shè)備運行監(jiān)控服務(wù)是云平臺實時獲取系統(tǒng)狀態(tài)信息，遠程控制系統(tǒng)的運行參數(shù)和嵌入式軟件升級等；問題咨詢和故障申報服務(wù)是設(shè)備運維服務(wù)的接口；企業(yè)服務(wù)方便企業(yè)遠程獲得設(shè)備實時數(shù)據(jù)、控制設(shè)備信息，及時獲取故障申報信息以及設(shè)備運維后的數(shù)據(jù)記錄；政府監(jiān)管服務(wù)包含設(shè)備的運維管理，取暖的補貼管理，以及清潔取暖的碳匯管理等。

2.2.1 基礎(chǔ)臺賬信息服務(wù)

臺賬信息是清潔取暖監(jiān)管平臺的基礎(chǔ)，是以地理信息系統(tǒng)（GIS）為基礎(chǔ)，根據(jù)所轄區(qū)域，建立清潔取暖的信息資料數(shù)據(jù)庫。臺賬信息包含信息為：用戶基礎(chǔ)信息、設(shè)備信息、企業(yè)信息，以及三部分信息的鏈接關(guān)系。

用戶基礎(chǔ)信息包含：用戶真實姓名、身份證號、聯(lián)系方式、省市區(qū)鎮(zhèn)村五級行政地址位置（精準定位地址）、改造年份、改造類型、采暖面積等情況。設(shè)備信息包含：設(shè)備類型、唯一識別ID、設(shè)備名、設(shè)備所含參數(shù)、供暖對象、實際供暖能力、熱源主設(shè)備信息、設(shè)備情況（包括循環(huán)水泵、熱量表等設(shè)備的型號、臺數(shù)、出廠年份、生產(chǎn)廠家等）、供暖能力信息等。企業(yè)信息包含：企業(yè)聯(lián)系人、聯(lián)系電話、運維人員、運維服務(wù)電話、企業(yè)統(tǒng)一社會信用代碼、企業(yè)安裝數(shù)量、安裝分布地區(qū)等。

設(shè)備信息和企業(yè)信息錄入在設(shè)備的QR 二維碼中，附著在出廠的智能終端上；用戶基礎(chǔ)信息提前被云平臺服務(wù)人員錄入在大數(shù)據(jù)云平臺中?，F(xiàn)場人員將供暖設(shè)備安裝無誤后，可在移動終端輸入賬號和密碼，搜索農(nóng)戶姓名或農(nóng)戶手機號，則顯示農(nóng)戶對應(yīng)的基礎(chǔ)信息頁面；根據(jù)智能終端的提示，現(xiàn)場安裝人員掃描設(shè)備上的二維碼，則將設(shè)備信息與農(nóng)戶信息進行了綁定，并可上傳居民房屋信息、設(shè)備位置信息，現(xiàn)場照片等信息，照片可依據(jù)現(xiàn)場實際情況拍照上傳；完成后，設(shè)備上電，則可在移動終端或者云平臺web 端，通過農(nóng)戶姓名，查看清潔取暖設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，也可控制清潔取暖系統(tǒng)的運行參數(shù)。

2.2.2 設(shè)備運行監(jiān)控服務(wù)

清潔取暖系統(tǒng)通過智能終端，將運行數(shù)據(jù)采集到大數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)庫，按照設(shè)計的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進行分類存儲，達到數(shù)據(jù)展示、查看、監(jiān)管要求；也可接收平臺下發(fā)的數(shù)據(jù)，對設(shè)備參數(shù)進行修改，嵌入式程序升級等等。

監(jiān)管平臺可實時顯示清潔取暖各用戶的信息采集數(shù)據(jù)，包括：清潔采暖系統(tǒng)的供水溫度、回水溫度、耗電量、用戶室內(nèi)溫度、節(jié)能量、空氣狀況，以及系統(tǒng)自診的故障狀況等；也可根據(jù)需求，查詢以往存儲數(shù)據(jù)，或任意數(shù)據(jù)在一段時間內(nèi)的趨勢變化。云平臺保證數(shù)據(jù)的原始性、可靠性、準確性、實時性和可追溯性。清潔取暖系統(tǒng)的智能終端也可接收云平臺下發(fā)的數(shù)據(jù)，修改系統(tǒng)的參數(shù)，從而滿足個性化的需求。

2.2.3 問題咨詢和故障申報服務(wù)

用戶可通過移動終端訪問自己的供暖系統(tǒng)的狀態(tài)，遠程控制供暖系統(tǒng)的個性化參數(shù)；也可進行問題咨詢、上報維修需求、查看維修進度等，根據(jù)已設(shè)程序提示，可提供報修位置、報修類型、報修圖片、報修備注等，能清楚描述問題的相關(guān)內(nèi)容。用戶提交后，相關(guān)內(nèi)容會上報到云端報修備案數(shù)據(jù)倉庫，并及時推送給相應(yīng)的企業(yè)運維服務(wù)人員。

2.2.4 企業(yè)運維服務(wù)

企業(yè)運維服務(wù)是對企業(yè)供暖設(shè)備的管理服務(wù)和運維保障的管理服務(wù)，做到清潔供暖改造、運維過程有跡可循。企業(yè)維修人員收到用戶問題的及時推送信息，并可在移動終端上實時查看上報問題詳細信息和報修詳情列表，也可進行報修情況的篩查，或者導(dǎo)出報表等。企業(yè)運維人員可通過移動終端或者web端進行用戶問題回答、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備的遠程控制、設(shè)備故障維修、工具和材料申請等。

企業(yè)服務(wù)模塊還需在將清潔取暖系統(tǒng)中涉及的企業(yè)設(shè)備進行集中統(tǒng)計，分層管理，使設(shè)備信息的管理更加規(guī)范化。清楚查看不同設(shè)備的使用情況、使用年限，對設(shè)備其他的物理參數(shù)進行統(tǒng)計分析并及時采取管理措施，保障系統(tǒng)安全運行。

2.2.5 政府監(jiān)管服務(wù)

政府監(jiān)管服務(wù)主要體現(xiàn)在運維管理、補貼管理、碳匯管理等方面。（1）運維管理。云平臺匯總?cè)∨脩舻木S修和售后數(shù)據(jù)、室溫監(jiān)測、電量監(jiān)測、燃氣使用量監(jiān)控等等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)清潔取暖系統(tǒng)及取暖用戶運行狀態(tài)信息，具有實時售后服務(wù)信息瀏覽等功能，以及督促企業(yè)及時處理問題并反饋，實現(xiàn)故障的快速定位并及時解決。政府可通過云平臺進行供暖系統(tǒng)使用狀態(tài)監(jiān)測、服務(wù)的監(jiān)管。（2）補貼管理。根據(jù)云平臺匯總每個取暖用戶電量使用情況、燃氣使用量等數(shù)據(jù)，分析和匯總各級行政范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，生成統(tǒng)計報表，實現(xiàn)報表的導(dǎo)出和打印功能，為各級政府補貼決策提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。補貼管理部分是對各區(qū)縣每年度補貼信息的管理，是對清潔供暖項目的補貼單價、補貼類型以及補貼的具體用戶信息進行管理，以及統(tǒng)計計算。首先是市級角色劃分和填寫各縣區(qū)的補貼指標，其次是各縣區(qū)填報各自的年度補貼數(shù)據(jù)和配資情況，再次是根據(jù)市縣數(shù)據(jù)自動計算劃撥比例、已撥比例等信息，最后將各縣區(qū)年度的補貼情況生成統(tǒng)計報表，實現(xiàn)市縣報表的導(dǎo)出和打印功能。（3）碳匯管理。云平臺根據(jù)系統(tǒng)的供水溫度、回水溫度、水流量、耗電量等等，可計算清潔取暖系統(tǒng)太陽能節(jié)能量，也可以計算出相應(yīng)的二氧化碳減排量，以用于“光熱+”清潔能源系統(tǒng)的二氧化碳減排量核算和未來碳匯交易。

3 結(jié)論

清潔取暖智慧監(jiān)管平臺實施后，對目前實施的清潔取暖用戶和企業(yè)進行監(jiān)管與評價，更能通過該平臺的建設(shè)及使用，提升政府管理服務(wù)效率，促進企業(yè)服務(wù)質(zhì)量及技術(shù)進步，同時評價該地區(qū)農(nóng)村清潔供暖用戶用能規(guī)律、用戶室溫統(tǒng)計，為農(nóng)村地區(qū)用能定額指標制定提供重要數(shù)據(jù)支撐，實時統(tǒng)計碳匯情況，也為鄉(xiāng)村振興的經(jīng)濟發(fā)展鋪路。