一种基于大数据的建筑用能异常监测系统及方法与流程

本发明涉及能源监测，具体为一种基于大数据的建筑用能异常监测系统及方法。

背景技术：

1、人们的吃穿住行都离不开建筑的身影，而建筑用能在建筑中占据及其重要的位置，如果建筑用能出现了异常，则使建筑存在一定的安全隐患，同时也会有一定的资源浪费。

2、但是现在对于建筑用能的监控更多在于对建筑总用能进行监控，还存在无法通过监测建筑用能系统来进行检测的情况，如攻击者会在负控终端中植入恶意软件，取得终端权限，可以直接对采样模块中的数据进行修改或者对控制模块的控制指令进行篡改，并通过前端设备发送到主站或远程控制设备，从而根据错误指令使得建筑用能发生了异常。

3、因此，一种基于大数据的建筑用能异常监测系统及方法的出现可以很好的解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于大数据的建筑用能异常监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的建筑用能异常监测系统，该建筑用能异常监测系统包括数据采集模块、数据分析模块、态势分析模块和异常监测模块；

3、所述数据采集模块用于采集现有数据和历史数据；

4、所述数据分析模块用于对获取的数据进行分析；

5、使得能够精准定位建筑用能异常的节点；

6、所述态势分析模块用于通过对网络态势进行分析从而预测建筑用能的情况；

7、使得接收的指令更加精准；

8、所述异常监测模块用于监测建筑用能是否异常；

9、使得通过及时预警，及时作出应对措施；

10、所述数据采集模块的输出端连接数据分析模块和态势分析模块的输入端，所述数据分析模块和态势分析模块的输出端连接异常监测模块的输入端。

11、根据上述技术方案，所述数据采集模块包括数据采集单元、态势采集单元和存储单元；

12、所述数据采集单元用于采集建筑用能各个节点的现有数据以及历史数据；

13、所述态势采集单元用于采集整个网络状态的现有数据和历史数据；

14、所述整个网络状态的现有数据是指flume日志、kafka消息；

15、所述存储单元用于对采集的数据进行存储；

16、所述数据采集单元和态势采集单元的输出端连接存储单元的输入端。

17、根据上述技术方案，所述数据分析模块包括节点分析单元和综合分析单元；

18、所述节点分析单元用于对每个节点的用能情况进行分析，使得能够对每个节点的建筑用能有更清楚的了解；

19、所述综合分析单元用于根据历史情况对建筑用能进行综合分析，使得对整体的建筑用了解更加清晰；

20、所述节点分析单元的输出端连接综合分析单元的输入端。

21、根据上述技术方案，所述态势分析模块包括特征提取单元、态势理解单元和态势映射单元；

22、所述特征提取单元用于提取异常的特征数据；

23、所述态势理解单元用于对异常的特征数据进行分析；

24、所述态势映射单元是通过态势理解单元的分析结果进行建模从而进行建筑用能监测；

25、使得对建筑用能的监测更加全面精准；

26、所述态势提取单元的输出端连接态势理解单元的输入端，所述态势理解单元的输出端连接态势映射单元的输入端。

27、根据上述技术方案，所述异常监测模块包括预警单元和异常分析单元；

28、所述预警单元用于对建筑用能监测异常情况进行预警，使得能够及时作出应对措施；

29、所述异常分析单元用于对建筑用能监测异常的原因进行分析，使得能够针对性对建筑用能系统进行升级和维护；

30、所述异常分析单元的输出端连接预警单元的输入端。

31、一种基于大数据的建筑用能异常监测方法，该建筑用能异常监测方法的步骤包括：

32、s1、利用数据采集模块对现有数据和历史数据进行采集；

33、s2、利用数据分析模块对建筑用能情况进行分析；

34、s3、利用态势分析模块对建筑用能系统进行分析；

35、s4、利用异常监测模块实现建筑用能异常的监测。

36、根据上述技术方案，所述对现有数据和历史数据的采集是利用数据采集单元和态势采集单元进行采集的，并利用存储单元对获取的现有数据和历史数据进行存储；

37、所述数据采集单元用于采集每个节点建筑用能的数据并利用大数据获取每个节点建筑用能的历史数据；所述态势采集单元用于采集当前整个网络状态的数据和历史数据；

38、将采集到的每个节点建筑用能的数据放入集合m＝{a1，a2，a3，…，am}，其中a1、a2、a3、…，am分别表示第1个节点建筑用能的数据、第2个节点建筑用能的数据、第3个节点建筑用能的数据、…、第m个节点建筑用能的数据，m表示m个节点且是有限的。

39、根据上述技术方案，所述对建筑用能情况进行分析是指节点分析和综合分析两种情况；所述节点分析是对每个节点的建筑用能情况进行分析；

40、根据每个节点建筑用能的历史数据进行分析获得建筑用能使用情况的正常范围，将每个节点正常的建筑用能的历史数据放入集合b＝{b1，b2，b3，…，bm}；

41、所述正常的历史数据是指剔除掉建筑用能异常的历史数据；

42、其中b1、b2、b3、…、bm分别表示为第1个节点的正常历史数据集合、第2个节点的正常历史数据集合、第3个节点的正常历史数据集合、…、第m个节点的正常历史数据集合；

43、将节点最大建筑用能值放入集合e＝{d1，d2，d3，…，dm}，将节点最小建筑用能值放入集合h＝{h1，h2，h3，…，hm}；

44、其中dm表示第m个节点最大建筑用能值，hm表示第m个节点最小建筑用能值；

45、将集合m中的元素分别与集合e和集合h中的元素相比较；

46、当hm≤am≤dm时，则证明该节点的建筑用能正常；

47、当am≥dm或am≤hm时，则证明该节点的建筑用能发生异常；

48、所述综合分析是指通过以整体的形式对建筑用能进行分析；

49、其中整体的建筑用能计算公式为：

50、tm＝a1+a2+a3+…+am；

51、其中，tm为整体的建筑用能，a1、a2、a3、…，am分别表示第1个节点建筑用能的数据、第2个节点建筑用能的数据、第3个节点建筑用能的数据、…、第m个节点建筑用能的数据，m表示m个节点是有限的，α为整体建筑用能的最小值，β为整体建筑用能的最大值；

52、当α<tm<β，则证明建筑用能的整体情况正常；

53、其他情况下，则证明建筑用能的整体情况异常。

54、根据上述技术方案，所述态势分析是指对获取的当前整个网络状态的数据进行分析通过对网络危险事件的预测来实现建筑用能的检测，态势分析的具体步骤如下：

55、l1、利用特征提取单元识别异常特征数据并对环境要素进行提取；

56、所述环境要素是指为提供这些可疑活动的上下文信息，如网络拓扑和脆弱性信息等；

57、l2、利用态势理解单元根据各个节点关系建立本体模型从而理解可疑活动背后的意图；

58、所述本体模型的建立是现有技术在此不做详细说明，所述理解可疑活动背后的意图的方式也属于现有技术，在此不做详细说明；

59、l3、利用态势映射单元根据s2中的分析结果建立预测模型，从而实现对建筑用能的监测；

60、所述预测模型的建立是指利用贝叶斯图论分析方法建立模型；

61、所述贝叶斯图论分析方法是一种概率网络模型，它是基于贝叶斯公式而进行概率推理所实现的图形网络。

62、运用贝叶斯网络推理方法，属性状态节点si动态后验概率模型为：

63、

64、其中，p(o|r＝r)后验概率，p(r＝r)为先验概率，p(o)为当前属性节点o与所有父节点集合的联合概率；

65、任意节点变量si的先验概率分布如公式

66、其中当前属性节点与其所有父节点集合的联合概率如公式所示：

67、

68、其中pa(si)为属性节点si的父节点集合，si为节点变量，n表示n父节点集合，i表示i个属性节点；

69、所述p(r＝r)为先验概率是指根据历史数据对事件r＝r的概率估计；

70、所述p(o|r＝r)后验概率是指在证据点o以后，对事件r＝r的概率估计；

71、所述证据点o可以是任意一个节点；所述父节点是指一个弧是从节点x到y，那么x是y父节点，也可以说是直接前驱，而y是子节点或继承者；

72、利用贝叶斯网络推理方法，属性状态节点si动态后验概率模型，使得对建筑用能系统手到的攻击进行预测，通过预测篡改指令的概率来实现对建筑用能异常的检测。

73、l4、将s2中分析的数据代入预测模型中进行概率预测。

74、根据上述技术方案，所述建筑用能异常的监测是利用预警单元和分析单元实现的，节点分析单元、综合分析单元和态势映射单元的分析结果传输到预警单元和分析单元；

75、当预警单元接收到节点建筑用能异常时，通过电话和短信的方式自动通知负责建筑用能异常的节点工作人员；

76、当预警单元接收到整体用能数据异常时，通过电话、短信和显示设备预警的方式自动通知负责该项目的工作人员，所述显示设备是指电脑、手机等；

77、当预警单元接收到态势映射的预测结果，通过电话、短信的方式通知工作人员验证接收的指令是否正确，一定程度上的避免了建筑用能异常的发生，减少损失；

78、利用分析单元根据节点分析单元和综合分析单元建筑用能的异常结果进行分析，从而对建筑用能方案进行调整；利用分析单元根据态势映射单元的预测结果从而对建筑用能系统进行升级和完善，将预测结果按照预测概率的大小进行排序，并根据预测时间的行为目的进行针对性的维护升级。

79、通过上述技术方案，能够精准的定位建筑用能异常的节点位置，并根据整体建筑用能的情况及时调整建筑用能方案，同时能够能够及时对指令进行验证，使得接收的指令更加准确，一定程度上的避免了建筑用能异常情况的发生，并且对建筑用能系统机型针对性的升级和维护。

80、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

81、1、本发明设置节点分析单元和综合分析单元，可以对每个节点建筑用能进行分析，从而使得能够精准的定位建筑用能异常的节点位置，通过对整体的建筑用能进行分析，还得能够对建筑用能的情况有着更清楚的了解，能够及时调整建筑用能方案。

82、2、本发明设置态势映射单元，可以通过对态势分析建立预测模型对信息攻击行为进行预测，能够及时对指令进行验证，使得接收的指令更加准确，一定程度上的避免了建筑用能异常情况的发生，同时也会检测出一些潜在的危险因素。

83、3、本发明设置预警单元和分析单元，可以通过预警单元进行预警，及时通知工作人员解决问题，同时通过分析单元可以及时调整建筑用能方案，并且对建筑用能系统进行针对性的升级和维护。