淺談智慧城市數(shù)據(jù)中心配電能效管理平臺的建設與研究

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：智慧城市數(shù)據(jù)中心是我國智慧城市建設的重要組成部分，與相關部門的開放數(shù)據(jù)存取有著密切的聯(lián)系。本文以智能城市數(shù)據(jù)中心機房監(jiān)控系統(tǒng)為例，對其核心組成進行分析研究，對未來智慧城市規(guī)劃建設提供一定的借鑒。

關鍵詞：院智慧城市；數(shù)據(jù)中心；建設研究

0 引言

智能城市的建設，數(shù)據(jù)科學與技術發(fā)揮著重要作用。通過高效的網(wǎng)絡建設，可以實現(xiàn)信息資源的交換、匯集，并利用現(xiàn)有的智能基礎設施為有關單位提供信息服務。自六十年代至今，數(shù)據(jù)中心經(jīng)歷了三個階段：計算中心、資訊中心、服務中心。維基百科把它稱為“一個數(shù)據(jù)中心，是一個非常復雜的捐贈。"它不僅僅包括電腦、系統(tǒng)，也包括數(shù)據(jù)通訊、環(huán)境控制、監(jiān)控及各種安保設備。數(shù)據(jù)中心在各行各業(yè)都扮演著舉足輕重的角色，為客戶提供視頻、數(shù)據(jù)挖掘、高性能計算等服務。隨著云計算技術的飛速發(fā)展，信息技術的應用與共享也在發(fā)生變化。云計算是傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡技術發(fā)展的結果，包括網(wǎng)格計算、并行計算、分布式計算、虛擬化和負載平衡等，它是一種全新的計算與資源使用方式。在云計算的背景下，數(shù)據(jù)中心從*初的數(shù)據(jù)存儲到基于服務和應用的信息技術。在海量的數(shù)據(jù)服務中， 只有微軟Azure、亞馬遜EC2、谷歌搜索引擎、Facebook等能夠提供海量的云計算服務。

1 智慧城市數(shù)據(jù)中心組成

1.1 硬件基礎設施

智慧城市的資料處理系統(tǒng)由電腦網(wǎng)路、伺服系統(tǒng)儲存、負荷平衡等組成。在此基礎上，以IRSAN為核心的基于LAN的系統(tǒng)，具有快速、安全、方便等特點。首先，對用戶基礎數(shù)據(jù)、主題數(shù)據(jù)和協(xié)作數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和過濾，以達到合理、高效的局域網(wǎng)、服務器存儲、負載平衡等功能；其次，對相關的硬件進行了測試和校驗，對服務器的存貯進行檢驗，并對系統(tǒng)的負荷進行測試，*終完成系統(tǒng)的裝入，完成智能城市信息系統(tǒng)的每日運營與維修工作。如圖 1 所示為智慧城市數(shù)據(jù)規(guī)劃中心，合理設計智能數(shù)據(jù)中心，將實際需求、現(xiàn)狀評估、設計實施、運行維護等多個要素結合在一起，設計出指標和參數(shù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡服務器的實時監(jiān)測，為數(shù)據(jù)中心工作提供了良好的保障

1.2 中心數(shù)據(jù)庫

智慧城市的實質是對大量的信息進行智能化加工、收集、存儲、分類、重組和再使用。從“經(jīng)驗治理"向“科學治理"轉變，是智慧城市建設的一個重要手段。數(shù)據(jù)存儲技術是數(shù)據(jù)存儲、建模、分析等技術的關鍵技術，可以將大量數(shù)據(jù)存儲和分析；通過對數(shù)據(jù)模型的重構，建立了雪花、星型等數(shù)據(jù)的解析邏輯，實現(xiàn)了多維數(shù)據(jù)的高 效整合。通過使用數(shù)據(jù)模型技術，可以將多維數(shù)據(jù)的不同維度與實際的表格進行直接或間接的聯(lián)系；它能夠分析和建模數(shù)據(jù)，為實時分析、統(tǒng)計分析等工作提供了強有力的支持。

1.3 大數(shù)據(jù)中心

城市數(shù)據(jù)的組織方式有很多種，基于地圖的空間結構是其中一種。都市生活節(jié)奏的加快，城市數(shù)據(jù)的時間尺度也隨之變化。因此，時空的多維性成為城市數(shù)據(jù)研究的又一熱點。在對數(shù)據(jù)進行分析和應用時，充分考慮數(shù)據(jù)的時空演化特征，并從多個角度進行數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系分析。

智慧城市的建設中，需要的資料主要有：互聯(lián)網(wǎng)應用、行業(yè)應用、政府信息等。智慧城市建設通常采用政府、行業(yè) 管理、大型企業(yè)等多種形式。因此，基于政府內網(wǎng)和外聯(lián)網(wǎng)，充分利用數(shù)據(jù)交換平臺，分析挖掘數(shù)據(jù)，建立一個支持 各種智能系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)處理，為用戶提供全面的數(shù)據(jù)服務和數(shù)據(jù)安全，見圖 2。

2 智慧城市數(shù)據(jù)中心建設

2.1 建設目標

智能城市數(shù)據(jù)中心的建設目的是建立一個共享和監(jiān)控中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、共享和監(jiān)控等方面的應用。因此，在建設智慧城市時，應從四個層面展開：

地監(jiān)測不同階段的運營狀況。利用大量地圖 、POI、人口、車輛等數(shù)據(jù)，結合物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等實時數(shù)據(jù)，對各地區(qū)的用地狀況進行全面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與數(shù)據(jù)分析；

加強對大數(shù)據(jù)應用于城鎮(zhèn)管理。在市政領域，包括運營方式、治安、電話、交通密度、突發(fā)事件處理、環(huán)境保 護等；

通過“生態(tài)孵化"促進產業(yè)發(fā)展，提高產業(yè)品質。通過對工業(yè)公司進行戰(zhàn)略布局，通過科技孵化、人才培養(yǎng)等多方面的支持，*終達到產城融合、工業(yè)落地、資源聚集和經(jīng)濟發(fā)展的目的；

要把群眾對公共服務、交通和醫(yī)療等生活服務的需求結合起來，做到全面的智慧提升，主動服務，真正提升群眾的滿意度。

2.2 建設思路

數(shù)據(jù)中心的建設是一項既有軟體又有硬體的綜合系統(tǒng)。首先要掌握各個產業(yè)的經(jīng)營需求，全面地對各個產業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)實需求進行剖析，并依據(jù)信息需求，對各類公司進行歸類，作出相應的規(guī)劃。其次，數(shù)據(jù)中心的管理員(數(shù)據(jù)交流平臺)設置數(shù)據(jù)中心的使用權，對數(shù)據(jù)進行管理；然后根據(jù)自身能力，將需要的資料從標準的數(shù)據(jù)中心中抽取出來，進行同步或異步的更新，再交給數(shù)據(jù)中心進行處理。

在網(wǎng)絡體系的設計上，采用了以二叉樹為基礎的樹型結構，以縱向擴展為基礎，提高了系統(tǒng)的整體功能。但是，這種網(wǎng)絡拓撲很難解決傳統(tǒng)的樹型網(wǎng)絡在核心根節(jié)點中產生的海量信息流，導致網(wǎng)絡的運行效率受到了很大的制約；采用高性能大容量的交換器，僅在一定范圍內減輕負荷，無法從根源上解決網(wǎng)絡的過載和熱點問題；由于網(wǎng)絡的頻寬限制，采用高接口的高性能器件會產生大量的器件開銷，使得大型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)難以實現(xiàn)。因此，基于高帶寬、低延遲、高可靠性、低運行開銷、易于管理和管理的特點，數(shù)字中心系統(tǒng)中出現(xiàn)了許多新的拓撲。Fat-Tree 解決了熱點問題，即向中心交換器增加了“粗"的連接，但是它僅限于中心交換機的數(shù)量；VL2 解決了網(wǎng)絡中的熱點問題、提高了系統(tǒng)的可擴充性，但其線路較多；DCell 架構可以很好地滿足業(yè)務擴充，但其業(yè)務流的分配不均衡，且擴展的顆粒尺寸較大；BCube 架構以一個以數(shù)據(jù)為基礎的容器為基礎，它與當前“Data Center in aBox"的理念相一致，具有很好的性能，不過需要更多的擴充。

2.3 建設方案

2.3.1 核心軟硬件設施的構建

第一，要包括目前的數(shù)據(jù)標準、交換標準、平臺標準等；第二，要有網(wǎng)絡、存儲器、服務器、開關、傳感器等硬件架構；第三，包括實體、網(wǎng)路、資料、應用、平臺等。其中的安全條款主要有：實體、網(wǎng)路、資料、應用程式、平臺等。建立一個協(xié)調高效的軟件環(huán)境，保障數(shù)據(jù)中心的安全、穩(wěn)定的工作環(huán)境。

2.3.2 數(shù)據(jù)的采集

通過數(shù)據(jù)交換平臺、采集適配器、ETL軟件等采集接口，實現(xiàn)了 ODS 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集和非結構數(shù)據(jù)的采集。

2.3.3 數(shù)據(jù)的處理

建立運行管理平臺、數(shù)據(jù)管理平臺等軟件平臺，實現(xiàn)對系統(tǒng)的關鍵數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)統(tǒng)一的標識和加密，實現(xiàn)全生命周期管理和過程監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、入侵檢測、身份認證等功能。數(shù)據(jù)加密、訪問控制和安全審計是確保數(shù)據(jù) 安全可靠的重要措施

2.3.4 合并

建立了相應的數(shù)據(jù)交換平臺，在此基礎上，開發(fā)了多種業(yè)務接口，及時發(fā)布各類主要數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)，并與其他智慧城市的業(yè)務系統(tǒng)對接，實現(xiàn)了信息資源的*優(yōu)化和*大限度的利用。

2.3.5 數(shù)據(jù)的處理與應用

根據(jù)智能城市決策分析的需要，收集、整理、建模、提取、分析等多種信息，以滿足智能管理、控制、傳輸?shù)确矫娴母倪M，提高智能決策和反應能力，有效促進城市管理。智慧城市數(shù)據(jù)中心的建成，進一步提高了城市的智能決策和快速響應能力，為城市整體管理做出了重大貢獻。

隨著時間的推移，網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，人們的生活、學習、工作都變得更加便捷。在智能交通系統(tǒng)中，運用基于傳感器、監(jiān)控視頻 、GPS等技術的大數(shù)據(jù)技術，為用戶提供*優(yōu)的出行路徑。同時，通過對交通流量的統(tǒng)計，可以有效地分析和處理交通堵塞。大數(shù)據(jù)推動著城市的規(guī)劃與建設。比如，在政府一級，可以通過數(shù)據(jù)為大學提供專業(yè)支 持，既能加強政府間的協(xié)作，又能增強政府在城市管理中的作用。

3 云計算時代的城市數(shù)據(jù)中心建設展望

3.1 建設背景

云計算是一種將網(wǎng)格、分布式和并行計算相結合的技術，它是當前社會和經(jīng)濟發(fā)展的一種業(yè)務方式。云計算依賴于數(shù)據(jù)中心，沒有了云數(shù)據(jù)，云計算將不能使用企業(yè)或單位的數(shù)據(jù)來制定產品的組織規(guī)則。從本質上說，云數(shù)據(jù)能夠對各個企業(yè)、事業(yè)單位的數(shù)據(jù)進行采集，并將各個領域的數(shù)據(jù)資源集中起來進行運算，使其具有較高的代表性，對提高其應用價值具有重要意義。為了提高計算的安全性和可靠性，云計算在實際應用中需要滿足分布式的數(shù)據(jù)處理需求。對使用者而言，每天消耗的資料都能被安全地儲存在云端資料服務中，而不用擔心資料遺失造成的個人資料泄漏。云計算對用戶產生的數(shù)據(jù)進行去敏感處理，才能將其直接用于企業(yè)的生產和運營，從而避免用戶的個人信息被侵犯。這種集約化的數(shù)據(jù)處理方法，不但提高了數(shù)據(jù)資源的使用效率，而且從根本上改變了數(shù)據(jù)的本質，使用戶的數(shù)據(jù)資源具有更高的指導意義。

3.2 數(shù)據(jù)中心建設存在的問題

隨著云計算技術的不斷發(fā)展，在數(shù)據(jù)中心的建設上也遇到了一些問題，這些問題已經(jīng)嚴重地制約了云計算的順利發(fā)展和數(shù)據(jù)中心的建設。在云環(huán)境下，數(shù)據(jù)中心的建設 面臨著以下幾個問題：首先是網(wǎng)絡的架構問題。傳統(tǒng)的三層結構會產生較大的時延， 從而很大地影響到存儲過程，所以對其進行改進和優(yōu)化。第二，由于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的建設，導致了數(shù)據(jù)和存儲網(wǎng)絡的分離，從而限制了數(shù)據(jù)中心的資源集成，加快了其發(fā)展。第三點是虛擬化。為了更好地利用虛擬設備，提高數(shù)據(jù)中心硬件資源的利用率，本文提出了一種新的虛擬技術。第四點，就是安全性。 云計算技術的不斷發(fā)展，使得數(shù)據(jù)中心業(yè)務越來越不穩(wěn)定，越來越開放，越來越安全。在當前的數(shù)據(jù)中心建設中，如何保證安全穩(wěn)定的運行是一個迫切需要解決的問題。第五，過度使用能量。 由于云技術的引進，大大增加了數(shù)據(jù)中心的能耗。為了促進數(shù)據(jù)中心的持續(xù)健康發(fā)展，需要尋找一條高效、綠色、節(jié)能的技術路線，以保證新數(shù)據(jù)中心的建設。

4 安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)

4.1平臺組成

安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心發(fā)展形式，推出AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理解決方案，包含有電力監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控、消防監(jiān)控、能耗統(tǒng)計分析、智能照明控制以及新能源監(jiān)測幾個子系統(tǒng)。集成了變配電監(jiān)測、電源備自投、電氣接點測溫、智能照明控制、電能質量監(jiān)測及治理、蓄電池在線監(jiān)測、精密配電監(jiān)控、智能母線監(jiān)控以電氣火災、應急照明及疏散指示等多種子功能，能夠幫助用戶實時掌握數(shù)據(jù)中心的運行情況，保障數(shù)據(jù)中心可靠、安全、節(jié)約、有序、低碳的運行，輔助運維團隊提升數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。

AcrelEMS數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)中心的能源管理提供監(jiān)測和控制，主要分為電力監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控、能耗統(tǒng)計分析（能源管理）、蓄電池監(jiān)控、精密配電監(jiān)控、智能母線監(jiān)控、智能照明、消防相關的子系統(tǒng)。

4.2 平臺拓撲圖

4.3 能耗統(tǒng)計分析（能源管理）解決方案

4.3.1 系統(tǒng)介紹

建立高效的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，對建筑各類耗能設備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經(jīng)濟指標及績效考核指標，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識。

4.3.2系統(tǒng)功能

1)搭建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測；

2）排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

3）區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內區(qū)域能耗對比，方便能耗考核；

4）同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

5）能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

6）能耗競爭排名：各個功能區(qū)能耗對比，實現(xiàn)能耗排名，增強工作人員的節(jié)能意識；

7）對能耗的使用數(shù)據(jù)進行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據(jù)；

8）能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。

4.3.3產品選型

4.4 安科瑞蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

4.4.1產品介紹

安科瑞公司ABAT系列鉛酸蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)是在線電池監(jiān)測產品，可以提前對失效的鉛酸蓄電池進行預警及電池均衡，符合ANSI/TIA-942標準要求。

??該系統(tǒng)具有監(jiān)測電池的電壓、內阻與內部溫度功能，安裝、維護與接入非常方便。系統(tǒng)主要由ABAT-S模塊、ABAT-C模塊及ABAT-M采集器組成，可通過采集器查詢告警與實時數(shù)據(jù)、設置參數(shù)等，可選配監(jiān)測平臺實現(xiàn)網(wǎng)絡化集中管理。

4.4.2 產品選型

4.5 安科瑞智能母線監(jiān)測解決方案

4.5.1產品介紹

數(shù)據(jù)中心IT服務器配電傳統(tǒng)采用精密配電柜，占用空間較大，配電線纜多，新增設備不便，為了節(jié)省面積，智能小母線方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔，受到很多數(shù)據(jù)中心的青睞，被越來越多的應用。

安科瑞智能母線監(jiān)控產品分為交流和直流母線監(jiān)控兩類，包括始端箱監(jiān)測模塊、插接箱監(jiān)測模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線槽連接器紅外測溫模塊用于監(jiān)測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。通過標準網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng)，可以實現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。

4.5.2 產品選型

4.6 安科瑞精密配電管理系統(tǒng)解決方案

4.6.1產品介紹

系統(tǒng)可以展示精密配電柜內進線和饋線回路電氣參數(shù)，包括電流電壓功率電能以及開關狀態(tài)，并可以對數(shù)據(jù)進行報警設置和分級，數(shù)據(jù)取自精密配電柜測量模塊。

4.6.2 產品選型

5 小結

在未來的生產和生活中，數(shù)據(jù)中心的重要性與日俱增， 確保數(shù)據(jù)中心能夠滿足云計算時代的需求，提升服務的可靠性和效率，從而達到節(jié)能環(huán)保的目的。新一代數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向是：減少IT運營成本，提高管理效率，提高業(yè)務靈活性，提高安全性，提高可靠性，減少能源消耗。

參考文獻

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[2]王晶晶.智慧城市數(shù)據(jù)中心建設研究

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心的設計與應用。