基于5G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺建設(shè)研究

摘要：為提升高校能源利用效率和可持續(xù)性，文章主要探討基于5G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺建設(shè)，即通過5G專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效、安全的數(shù)據(jù)傳輸和處理。文章分析現(xiàn)有高校能源管理的不足，提出利用5G專網(wǎng)強(qiáng)化能源管理的構(gòu)想。方法設(shè)計(jì)方面，文章采用系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)理論，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套智慧能源管理平臺。該平臺依托5G高速、低延遲的特性，能夠?qū)崿F(xiàn)能源數(shù)據(jù)的快速收集與處理。研究結(jié)果顯示，該平臺能有效提升能源使用效率，降低能源消耗。平臺通過對能源消耗數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控和分析，為高校提供了數(shù)據(jù)支撐的節(jié)能減排方案。同時，平臺還支持遠(yuǎn)程控制和智能調(diào)整，進(jìn)一步優(yōu)化能源分配，減少無效和過度的能源消耗。此外，文章還指出該平臺對于推動高?？沙掷m(xù)發(fā)展和智慧校園建設(shè)具有重要意義。通過集成5G技術(shù)，智慧能源管理平臺能夠提高能源管理效率，并為高校的科技創(chuàng)新和智慧化改革提供實(shí)踐案例和經(jīng)驗(yàn)借鑒。通過實(shí)施智慧能源管理，高校能夠有效降低運(yùn)行成本，提升校園環(huán)境的可持續(xù)性，并推動綠色校園建設(shè)?？傊?，文章主要研究基于5G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺建設(shè)，旨在為高校能源管理提供新的解決方案，對于促進(jìn)高校能源管理智慧化、高效化具有重要的理論和實(shí)踐價值。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；5G專網(wǎng)；高校設(shè)施；智慧能源管理平臺

中圖分類號：TN929.5；G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-8883（2024）04-0054-03

課題項(xiàng)目：本論文為2022年度中國智慧工程研究會教育科研課題“基于作業(yè)成本法的民辦高校學(xué)生培養(yǎng)成本核算實(shí)踐研究”成果，項(xiàng)目編號：ZKY231148

一、基于5G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺建設(shè)意義

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高校智慧能源管理平臺的建設(shè)成為當(dāng)前高校管理的重要方向。能源是高校生產(chǎn)、教學(xué)和生活必需的重要資源。高校作為一個龐大的機(jī)構(gòu)，能源消耗量也相當(dāng)可觀。高校需要合理有效地管理能源，以提高能源利用效率，減少浪費(fèi)，降低能源成本。而智慧能源管理平臺通過監(jiān)控和管理能源系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)對能源消耗情況的實(shí)時監(jiān)控和分析，進(jìn)而優(yōu)化能源的使用和管理，提高能源利用效率[1]?；?G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺在應(yīng)用方面也具有很大的潛力，通過對能源系統(tǒng)中各類傳感器設(shè)備的智能化部署和聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對能源設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測和故障預(yù)警[2]。

二、基于5G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺建設(shè)原則

（一）高效性原則

高效性包括高速傳輸和處理能力、實(shí)時采集和分析能源數(shù)據(jù)以及快速響應(yīng)和決策支持。高效性原則要求平臺具備高速傳輸和處理能力。5G專網(wǎng)作為新一代通信網(wǎng)絡(luò)，具備千兆級別的傳輸速度和毫秒級的低延遲特性，可以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時的響應(yīng)。在能源管理中，高校智慧能源管理平臺需要從各個能源設(shè)備和傳感器中采集大量的能源數(shù)據(jù)，如電力消耗、水資源利用等[3]。

高效性原則要求平臺具備快速響應(yīng)和決策支持的能力。5G專網(wǎng)的低延遲特性可以確保平臺快速響應(yīng)用戶的查詢和指令，提供即時的反饋和結(jié)果。在高校能源管理中，平臺可以實(shí)時監(jiān)測能源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和能源消耗情況，發(fā)現(xiàn)異常情況并及時報警。

（二）可持續(xù)性原則

可持續(xù)性原則是指在建設(shè)基于5G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺時，要考慮到對環(huán)境和資源的長期保護(hù)和可持續(xù)利用。可持續(xù)性原則有助于保護(hù)環(huán)境和提高能源利用效率。通過推廣清潔能源，可以實(shí)現(xiàn)能源的智能管理和優(yōu)化。

在建設(shè)高校智慧能源管理平臺時，應(yīng)遵循可持續(xù)性原則，充分利用5G專網(wǎng)的傳輸和處理能力，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境和資源的長期保護(hù)和可持續(xù)利用。

（三）安全性原則

安全性原則是確保平臺在數(shù)據(jù)傳輸、信息存儲和系統(tǒng)運(yùn)行等方面的安全，以防止?jié)撛诘耐{和風(fēng)險，并保護(hù)高校的能源系統(tǒng)和用戶隱私。5G專網(wǎng)提供了高速、低延遲、大容量的傳輸能力，但同時也增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)娘L(fēng)險[4]。

要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩脚_需要采用加密技術(shù)和認(rèn)證機(jī)制，確保敏感數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被竊取或篡改。高校智慧能源管理平臺需要大量存儲能源使用數(shù)據(jù)、系統(tǒng)操作記錄等信息，這些信息涉及高校內(nèi)部的能源使用情況和相關(guān)用戶的隱私。

三、基于5G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺建設(shè)策略

（一）構(gòu)建穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施是支撐整個智慧能源管理平臺運(yùn)行的關(guān)鍵，只有建立可靠、高效的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，才能保證平臺的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全傳輸。建設(shè)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，需要考慮到高校內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)布局和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

針對不同的高校規(guī)模和分布情況，可以采用集中式或分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。集中式架構(gòu)適用于規(guī)模較小的高校，可以通過一個中心節(jié)點(diǎn)來管理和控制整個網(wǎng)絡(luò)；而分布式架構(gòu)適用于規(guī)模較大的高校，可以將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個子網(wǎng)絡(luò)，每個子網(wǎng)絡(luò)都有獨(dú)立的控制節(jié)點(diǎn)[5]。

無論選擇哪種架構(gòu)，都需要確保網(wǎng)絡(luò)的連通性和可靠性，通過冗余設(shè)計(jì)和容錯機(jī)制來提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施也需要考慮到網(wǎng)絡(luò)帶寬和延遲的要求。5G專網(wǎng)作為下一代通信技術(shù)，具有低延遲和高帶寬的特點(diǎn)，可以滿足高校智慧能源管理平臺對實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)的需求[6]。因此，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中需要優(yōu)先考慮5G技術(shù)的應(yīng)用，使用5G專網(wǎng)作為主要的網(wǎng)絡(luò)通信方式，確保平臺的實(shí)時性和穩(wěn)定性。

（二）部署物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將各種設(shè)備、傳感器和系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，為智慧能源管理提供全面而精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。

高校需要選擇合適的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器，根據(jù)高校智慧能源管理平臺的需求，選取能夠滿足監(jiān)測、控制和數(shù)據(jù)采集等功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器。這些設(shè)備應(yīng)該具有穩(wěn)定的性能和可靠的通信能力，能夠?qū)崟r獲取各種數(shù)據(jù)并將其傳輸給平臺。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器之間需要通過無線或有線的通信方式進(jìn)行互聯(lián)互通，構(gòu)建一個穩(wěn)定、高效的通信網(wǎng)絡(luò)[7]。

高?？梢岳?G專網(wǎng)低延遲和高帶寬的特點(diǎn)，使用5G技術(shù)作為主要的物聯(lián)網(wǎng)通信方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)。高校需要制訂物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和處理策略。高校智慧能源管理平臺需要采集大量的數(shù)據(jù)，包括用電量、能耗、設(shè)備狀態(tài)等信息。為了有效采集和處理這些數(shù)據(jù)，可以采用分布式的數(shù)據(jù)采集方式，從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器中收集數(shù)據(jù)并集中到平臺的數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行實(shí)時分析和處理。高校還需要對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器進(jìn)行管理和維護(hù)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器的數(shù)量龐大，分布廣泛，因此需要建立相關(guān)的設(shè)備管理體系和機(jī)制，包括設(shè)備的安裝、配置、調(diào)試和維護(hù)等[8]。

另外，高校需要定期檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障并予以修復(fù)，確保物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器的正常運(yùn)行。高?？梢哉衔锫?lián)網(wǎng)技術(shù)和智能算法，實(shí)現(xiàn)能源管理的智能化。對從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)，可以預(yù)測和優(yōu)化能源消耗，實(shí)現(xiàn)能源的精細(xì)管理。

（三）引入人工智能

人工智能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能化的能源管理，有效降低能耗并提高能源利用效率。引入人工智能需要建立一個強(qiáng)大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。高校智慧能源管理平臺需要收集各種能源相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括用電量、用水量、用氣量等，以及環(huán)境因素如溫度、濕度等。這些數(shù)據(jù)將成為訓(xùn)練模型和算法的重要依據(jù)[9]。因此，高校需要確保數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和實(shí)時性，可以借助5G專網(wǎng)的高速傳輸能力，實(shí)時采集和傳輸數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的及時性。引入人工智能需要建立相應(yīng)的智能化控制策略，通過人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化的能源控制[10]。人工智能技術(shù)涉及大量的數(shù)據(jù)和模型，需要保證數(shù)據(jù)的安全性和機(jī)密性。

高校智慧能源管理平臺需要采取相應(yīng)的數(shù)據(jù)加密和權(quán)限管理措施，確保數(shù)據(jù)傳輸和存儲的安全。同時，高校還需要建立監(jiān)控和告警機(jī)制，及時發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對潛在的威脅。

（四）實(shí)現(xiàn)能源設(shè)備的智能調(diào)度和控制

現(xiàn)代高校擁有大量的能源設(shè)備，如照明系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等，這些設(shè)備在日常運(yùn)行中會消耗大量的能源[11]，實(shí)現(xiàn)能源設(shè)備的智能調(diào)度和控制是基于5G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺建設(shè)的重要目的之一。

5G專網(wǎng)提供了快速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對能源設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器和設(shè)備，可以將能源設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)街腔勰茉垂芾砥脚_，包括能耗數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、異常報警等。

同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也能實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，可以通過平臺對設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和操作。高校需要建立智能調(diào)度和控制算法。通過分析能耗數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合高校的用電需求和能源供應(yīng)情況，制定相應(yīng)的調(diào)度和控制策略[12]。

此外，還可以通過智能控制策略，實(shí)現(xiàn)能源設(shè)備的遠(yuǎn)程開關(guān)、定時啟動、自動調(diào)節(jié)等功能，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和節(jié)能效果。

高校需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化，對能源設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)能源消耗的潛在問題，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。例如，通過分析照明系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)存在能源浪費(fèi)的燈具，并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施[13]。

（五）集成其他系統(tǒng)

高校智慧能源管理涉及的系統(tǒng)很多，比如電力系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。在與其他系統(tǒng)進(jìn)行集成時，高校需要根據(jù)實(shí)際情況和需求確定具體要集成的系統(tǒng)，并明確集成的目的和效果[14]。不同系統(tǒng)有不同的數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議，為了將它們有效集成在一起，可以建立一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口用于數(shù)據(jù)交互。

5G專網(wǎng)可以提供高速、低延遲的網(wǎng)絡(luò)連接，為系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸提供支持。不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)格式可能不同，高?？梢赃M(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，借助人工智能技術(shù)中的自然語言處理和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、轉(zhuǎn)換和處理，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享和交互[15]。將高校智慧能源管理平臺與供暖系統(tǒng)集成，可以根據(jù)室內(nèi)外溫度、人員活動等因素，自動調(diào)節(jié)供暖設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)舒適與節(jié)能的平衡。在系統(tǒng)集成過程中需要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全，可以采取備份和容災(zāi)機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的可靠和可恢復(fù)。

四、結(jié)語

基于5G專網(wǎng)的高校智慧能源管理平臺建設(shè)具有重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景，可以實(shí)現(xiàn)高效、可持續(xù)和智能化的能源管理，為高校節(jié)約能源、降低能源消耗提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，促進(jìn)高校可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介 項(xiàng)楠，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：修繕與能源管理。