【公益案例展】 网易“双碳”智控系统——开源开放赋能绿色发展

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【公益案例展】 网易“双碳”智控系统——开源开放赋能绿色发展,开源

网易天工公益案例

本项目案例由网易天工投递并参与数据猿与上海大数据联盟联合推出的 #榜样的力量# 《2023中国数据智能产业最具社会责任感企业》榜单/奖项”评选。

【公益案例展】 网易“双碳”智控系统——开源开放赋能绿色发展,开源




大数据产业创新服务媒体

——聚焦数据 · 改变商业


2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。在这条“碳中和”实现路径上,物联网以全面感知、可靠传输、智能处理等技术特征,在发电系统效能监测、能耗设备运行智控、碳排放数据分析等海量场景中,发挥着至关重要的作用。

根据世界经济论坛发布的数据,物联网与人工智能等技术相结合,可在全球范围内减少15%的二氧化碳减排量。面向碳中和场景的物联网解决方案,是全球趋势下的自然选择。

网易杭州研究院疾风IoT团队在2019年就开始自主研发物联网系统并在网易园区、网易严选全国仓库落地,并于2021年将网易“双碳”智控系统进行开源,并向有“碳中和”目标的中小企业进行全面开放。

网易“双碳”智控系统是集全景展示、精准感知、数据智能、高效决策于一体的园区管理系统,实现园区的全景游览、设备监管和系统控制,承担着园区设备的智能化协同管控,降本增效、大幅度提升园区资产使用率。在运用系统后,网易杭州二期园区每年节约用电60万千瓦时,相当于年减排二氧化碳600吨、年节能21.66万吨标准煤,园区整体用电负荷可调节5.1%以上。

网易“双碳”智控系统现已通过网易天工对外开放。网易天工是网易响应国家3060“双碳”战略目标,基于网易疾风物联网平台沉淀的技术与碳中和经验,构建的节能减碳开源社区,向全社会开放、开源。社区积极探索节能减碳科技新道路,致力于为全人类“青山绿水”的生活环境贡献力量,让千千万万的组织与个人享受开源社区带来的节能减碳益处。

时间周期:

开始时间:2019年3月份

截止时间:持续迭代开发中

服务周期:服务中

应用场景


1、照明智能控制

照明控制基于照度传感器上报的照度值联合空间区域信息进行分析处理,对控制环境中不同场景的照明系统进行控制,如路灯照明、电梯厅照明、大厅照明等场景,实现照明系统的自动化控制,减少能源消耗和人工成本,使照明系统的使用更加科学。照明控制系统可以实现阈值的动态配置及控制设备的动态添加,操作便捷而不失扩展性。

2、空调联动控制

空调控制基于空调所处空间的温度、湿度以及对应空间人员上坐率进行实时分析,再通过分析结果对空调参数进行相应的调节(如开关、制冷、制热、风速、水阀开关等),使空调的调节更加科学,增强了人体舒适度,使公司对空调的管理更加简洁高效并对能耗起到很好的控制。

3、新风排风自动控制

新风控制系统基于空间温度、二氧化碳以及员工情况进行大数据分析,计算时间周期内各指标数值并参考国际标准控制新风系统的频率,使得空气得以有效的流通,环境得以优化并增加人体舒适度,保证人员的健康同时也避免了能源的浪费和繁琐的员工控制流程。排风系统通过对卫生间的使用情况进行大数据分析,通过分析结果指导排风频率的控制,净化卫生间空气,减少能源浪费。

面临挑战


1、项目实施:后勤职能部门对于新技术与新方案带来的节能节钱效果的质疑,在项目初始阶段,技术选型与方案确认,都要经过多轮多部门的联合验证;在项目开发过程中,对于暖通、照明、电梯等硬件行业壁垒,如何打破壁垒,达成合作要求,形成统一的一套解决方案,是整个项目开发到施工的最大挑战。

2、技术难度:物联网设备与疾风平台通信,为保证实时指令接收和数据上报,需要在设备和平台间维护一条稳定的连接。疾风平台底层的连接代理服务,使用tcp长连接实现这一目的。然而当连接代理服务进行更新升级时,与设备的tcp长连接会断开。对于设备而言,需要重建连接,并且在建连期间无法接收指令和上报数据。因此,连接代理服务需要支持更新时保证已建立的tcp连接不断开。这种热更新机制,在技术层面上是一个极大挑战。

技术开发过程


 一、技术原理、工艺及内容简介

网易“双碳”智控系统应用于“SpaceEaseTM 网易园区大脑”,通过“开源+节流”实现节能减碳。

【公益案例展】 网易“双碳”智控系统——开源开放赋能绿色发展,开源
SpaceEaseTM网易园区大脑

开源:该系统实现了光伏物联网标准化,对各种品牌光伏组件的运行数据实时采集,监控光伏的转换效能,对故障问题及时处理,从而提升碳能源的替换效率。

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节流:该系统通过对空间环境进行在线监测,对办公区、设备机房、各功能区等进行了人流量、温湿度、光照度以及二氧化碳浓度等的实时采集与展示,针对内部重点能耗设备(如各类空间照明、控制空调主机出、回水温度,调整楼层新风、卫生间排风工作频率,观测暖通末端实时状态)实现了数据决策、远控、自控和智控联动优化的目标,从而实现节能减碳的目的。

二、主要技术指标

直接连接485线,通过ModbusRTU转换MQTT协议,实现设备联网,通过云平台实现智能化控制,节能能耗。对比传统PLC或DDC控制方式,减少布线成本,提升控制智能化,并支持引入AI,实现真正的智能控制。

三、技术功能特性

网易“双碳”智控系统基于网易物联网平台的设备连接与数据分析能力,实现了以下主要功能。

1、照明智能控制

照明控制基于照度传感器上报的照度值联合空间区域信息进行分析处理,对控制环境中不同场景的照明系统进行控制,如路灯照明、电梯厅照明、大厅照明等场景,实现照明系统的自动化控制,减少能源消耗和人工成本,使照明系统的使用更加科学。照明控制系统可以实现阈值的动态配置及控制设备的动态添加,操作便捷而不失扩展性。

例如,在光线不足的情况下,系统会根据国际照明标准自动进行补光;公共区域实现路灯和照度联动控制,彻底解决了传统时控因光照时长不同而无法进行调整的短板;在工位、车库等场景,实现了“人进灯亮,人退灯灭”的效果;在会议室与照明系统联动实现定制化的投影情景模式。

2、空调联动控制

空调控制基于空调所处空间的温度、湿度以及对应空间人员上坐率进行实时分析,再通过分析结果对空调参数进行相应的调节(如开关、制冷、制热、风速、水阀开关等),使空调的调节更加科学,增强了人体舒适度,使公司对空调的管理更加简洁高效并对能耗起到很好的控制。

3、新风排风自动控制

新风控制系统基于空间温度、二氧化碳以及员工情况进行大数据分析,计算时间周期内各指标数值并参考国际标准控制新风系统的频率,使得空气得以有效的流通,环境得以优化并增加人体舒适度,保证人员的健康同时也避免了能源的浪费和繁琐的员工控制流程。排风系统通过对卫生间的使用情况进行大数据分析,通过分析结果指导排风频率的控制,净化卫生间空气,减少能源浪费。

综上所述,网易“双碳”智控系统承担着“环境协同”的重要任务,平台能覆盖并服务所有区域,包括办公楼层中的每一间办公室、会议室、甚至每一个工位和厕位等,使企业形成一个可以进行自我调节的健康生态系统。

在正常的工作时间范围内,网易园区内的温度、湿度、二氧化碳浓度、以及PM2.5浓度一旦出现异常,诸如空调、新风、排风之类的空气循环系统设备,就会自动调整温度设置和电机的工作频率,从而达到节能降碳的效果。此外,考虑到员工的体验,该系统还可以根据个人需求实现个性化设置。例如,员工可以根据自身办公需求,直接通过移动端,调节灯光亮度、空调环境模式等等。 

四、系统架构

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端:终端物联网设备,集成了疾风设备SDK或基于设备交互协议开发,支持直连或者网关转发形式。

云:设备接入云端,完成数据采集、流转、存储、分析和实时监控,同时云端提供命令接口实现远程控制设备。

边:边缘端实现设备数据的本地流转、分析及命令的本地下发,缩短数据及控制链路。也支持将边缘端数据同步到云端。

1、云端

设备接入

支持标准的MQTT 3.1、3.1.1协议,提供MQTT broker接入点

连接安全性

基于密钥计算动态连接口令,一次一令

基于TLS的加密通信,降低报文被截获的风险

密钥生成机制

提供一机一密的密钥机制,降低产品被攻击的风险,安全级别高

提供一型一密的密钥机制,连接时动态获取密钥,安全级别普通

密钥获取机制

预分配或者导入标识符

动态获取

物模型

物模型由多种服务组成,基于消息总线来交互通信。

物模型主要负责维护设备的拓扑结构、定义设备功能等。

拓扑管理

物联网平台支持设备直连,也支持设备挂载在网关上,作为网关的子设备,由网关中转通信。平台会管理子设备,维护子设备与网关的拓扑关系,对子设备进行监控运维等, 并且支持业务系统直接面向子设备通信,即上层控制端给子设备下发消息时无需感知物理拓扑结构。

功能管理

功能是设备能力的抽象,包括设备采集数据上报的能力,以及设备接收命令执行的能力。设备能力被映射为统一的字段结构,从而标准化设备上下行通信的协议格式。

上报属性定义

属性通常描述的是设备采集的数据,如环境监测设备所读取的当前环境温度等。用户通过定义一组功能字段作为设备的属性,来指定设备上报的数据格式。

下行命令定义

命令通常描述的是设备可执行的操作,如变频器可被外部调节输出频率。用户可以定义一组功能字段作为命令,并定义响应字段格式,平台会根据这些定义生成统一的REST API并对外暴露。业务方通过API下发命令给设备,并将设备执行结果同步返回,完成远程控制。

大数据分析

物联网大数据分析平台旨在对物联网设备的上报的数据进行采集、清洗、分析、存储、决策,改善人们的生活质量,提高产能,减少人员消耗。疾风IoT大数据平台包含规则引擎、智能控制引擎、离线分析平台等模块。

实时分析

规则引擎

统一的元数据管理

规则引擎基于模型定义的数据信息,以规则为维度统一管理和维护规则相关的元数据信息,包含规则的启动参数,启动命令,kafka偏移量等信息。规则信息保存在rds,统一维护规则的当前状态和操作人员及更新时间。

可视化参数配置

前段页面提供简约可靠的操作供客户输入相关配置,客户不需要了解规则引擎执行过程及原理,也可通过清洗明了的可视化页面进行规则的建立及定制处理设备数据。

支持多source和多sink

规则引擎支持主要支持kafka作为数据源,利用kafka的高吞吐、低延迟的特性能够满足物联网数据的实时分析和控制,也可定制扩展到其他数据源如rds,hdfs等。sink目前支持时序数据库influxdb及网易自研时序数据库ntsdb和静态数据库rds,rds支持append模式和update模式。

完善的监控系统

客户在前端提交规则过后,可以通过可视化页面查看规则的执行状态,可以通过配置告警邮件及时通知客户规则存在异常。客户也可通过监控系统检查设备上报数据是否规范。

智能控制

照明控制

照明控制基于照度传感器上报的照度值联合空间区域信息进行分析处理,对控制环境中不同场景的照明系统进行控制,如路灯照明、电梯厅照明、大厅照明等场景,实现照明系统的自动话控制,减少能源消耗和人工成本,使照明系统的使用更加科学。照明控制系统可以实现阈值的动态配置及控制设备的动态添加,操作便捷而不失扩展性。

空调控制

空调控制基于空调所处空间的温度、二氧化碳以及对应空间人员上坐率进行实时分析,再通过分析结果对空调参数进行相应的调节(如开关、制冷、制热、风数、水阀开关等),使空调的调节更加科学,增强了人体舒适度,使公司对空调的管理更加简洁高效并对能耗起到很好的控制。

新风排风控制

新风控制系统基于空间温度、二氧化碳以及员工情况进行大数据分析,计算时间周期内各指标数值并参考国际标准控制新风系统的频率,使得空气得以有效的流通,环境得以优化并增加人体舒适度,保证人员的健康同时也避免了能源的浪费和繁琐的员工控制流程。排风系统通过对卫生间的使用情况进行大数据分析,通过分析结果指导排风频率的控制,净化卫生间空气,减少能源浪费。

离线分析

BI

疾风物联网BI旨在通过对企业物联网数据整合分析,快速准确的提供多维度数据报表并提出决策依据,帮助企业做出明智的经营决策,指导业务的发展。

ML

机器学习旨在对接入平台的海量物联网数据,通过训练、调参、模型选择以及预测进而指导物联网场景业务,如对办公空间工位使用分析制定相应的灯联网控制系统,减少能源的消耗,对环境数据的分析,制定对应的空调控制系统,增加人体舒适度,减少人员管理消耗及能源消耗。

训练

在训练阶段,会标记一组质量的已知数据,以便识别各个字段。 标记的数据将馈向配置为进行特定预测的算法。完成后,该算法会输出一个模型,该模型将找到的模式描述为一组参数。在验证期间,会标记新数据并用于测试模型。该算法会根据需要进行调整,并可能需要进行更多训练。最后,测试阶段使用实际数据,没有任何标记或预先选择的目标。假设模型的结果准确,则认为它可供使用,可以部署。

调参

超参数是控制算法运行方式的配置变量。 因此,超参数通常在模型训练开始之前设置,并且不会在训练过程中以参数的方式进行修改。超参数优化涉及在训练任务中运行试用版、评估作业完成情况,然后根据需要进行调整。此过程会生成多个模型,每个模型都使用不同超参数系列进行训练。

模型选择

训练和参数优化的过程会生成大量候选模型。 这些差异可能有很多不同,包括准备数据所需的工作量、模型的灵活性、处理时间量,当然还有其结果的准确性。根据需求和约束选择最佳训练模型称为模型 selection ,但这与训练前预先规划有关,就像选择最适合的模型一样。

预测

预测是在给定一些新输入数据后,基于训练的机器学习模型生成值的过程。 创建的值或分数可以表示未来值的预测,但它们也可能表示可能的类别或结果。

DM

数据建模目的在于通过对海量物联网数据的多维度分析,发现有用的信息,得到建设性的结论,辅助决策的制定。

API网关

平台通过API网关对外提供符合 openApi v3规范的接口,包括并不限于数据接口、命令接口等。

网关具有以下功能特性:

权限认证

对请求进行统一校验认证,支持自定义扩展,如黑名单、基于RBAC的权限分配等。

限流熔断

通过限流和熔断降级,保证不因单个API接口服务出现的异常或性能问题而影响整体微服务的运行。

监控审计

记录请求的access日志、error日志、审计日志等,配合平台告警规则,完成全链路的监控。

2、边缘端

为解决设备连接云端网络不稳定、控制链路过长的问题,引入边缘计算。将云端的部分功能精简,下发到边缘端。

设备接入

使用轻量的Mosquitto作为MQTT broker。

对于未支持MQTT协议的设备,使用EdgeX提供的设备服务进行协议转换,完成终端设备与边缘端的连接。

规则引擎

基于轻量的规则引擎eKuiper或者轻量的函数计算openFaas,从MQTT broker中消费数据,完成本地计算,进行数据流转或者指令下发。

rest api接口

配置管理

规则引擎提供配置管理接口,如定义数据格式,配置mqt t连接信息以及查询的功能

规则管理

提供对规则的查询、编辑、新增以及删除接口

插件管理

提供对自定义插件的部署和查询以及删除的接口

Sql

内置函数

规则引擎支持常见函数:

avg,组中的平均值。空值不参与计算。

sum,组中的平均值。空值不参与计算。

count,组中的项目数。空值不参与计算。

min,组中的最小值。空值不参与计算。

max,组中的最大值。空值不参与计算。

用户可以自定义函数插件,根据业务扩展相关函数。

窗口

窗口的作用旨在以时间窗口把数据划分为不同的组,用户可以计算在一段时间的数据

目前窗口支持滚动窗口和滑动窗口

滚动窗口

滚动窗口函数用于将数据流分割成不同的时间段,并对其执行函数,滚动窗口的关键区别在于它们重复不重叠,并且一个事件不能属于多个翻滚窗口。

滑动窗口

滑动窗口功能会在时间上向前滑动一段固定的时间,因此事件可以属于多个跳跃窗口结果集。 要使滚动窗口与滑动窗口相同,可以将滑动时间窗口大小指定为与计算窗口大小相同。

远程rpc访问

支持以自定义sql udf的方式开发访问远程接口的函数,集成控制接口下发控制设备。

存储

边缘存储使用时序数据库influx,由于开源只有单机版由此在其之上构建了代理层,支持高可用。

多副本配置

副本以influxdb实例为单位,数据通过代理层访问,可以配置同时写入多个实例。

查询负载均衡

通过代理查询数据的时候,会随机在代理上切换查询的实例,保证多个节点能够接收到均衡的访问,如果有节点挂掉,会自动切换到存活的节点上,不影响业务的正常使用,用户也无感知。

数据恢复

influxdb节点挂掉后,代理会把写入失败的数据写入压缩文件,并记录数据偏移量,挂掉的节点重新启动后,会自动读取写入失败的数据,保证数据的一致性。

本地控制

使用EdgeX提供的控制服务接口,完成指令的本地下发。

数据同步

通过数据导出服务,将MQTT broker中的元数据,同步到云端,支持多种汇入点,完成数据持久化及大数据分析。

应用效果/社会价值


1、技术创新实现节能降碳

互联网行业企业在节能降碳领域具有明显的科技特色,在物联网化、数字智能化方向上创新不断。网易园区经验表明,通过运用物联网、云计算、大数据等技术,可以通过数据分析与设备智控实现降碳。如新风控制系统基于空间温度、二氧化碳以及员工情况进行大数据分析,计算时间周期内各指标数值并参考国际标准控制新风系统的频率,环境得以优化并增加人体舒适度,保证人员的健康同时也避免了能源的浪费和繁琐的员工控制流程。

2、高效管理确保节能效果

通过SpaceEaseTM 网易园区大脑,园区的节能降碳数据可以在大屏实时展现,数据助力园区的绿色建筑示范运行与多个园区之间的运营考核评比;重点能耗设备都能实时控制,节约楼层巡检的人力成本和园区维护运营的操作成本,优化园区的管理效率,最终通过高效能管理实现降碳。

3、开放与实用

网易“双碳”智控系统的最大特点是开放性与实用性。该智控系统与各硬件制造商进行合作,接入包括办公设备、暖通、照明、安防、资产管理等多个行业的品牌, 打破品牌和技术的壁垒,赋能硬件生态智能化。

除了极大的开放性之外,该系统还能大大降低企业的节能降碳门槛和运营成本。该系统主要利用企业现有的硬件,简单嵌入网易开源的代码,就可以实现碳中和的平台化与智能化管理。

网易“双碳”智控系统在网易杭州园区的成功运用,证明系统的实效性,对园区节能降碳起到了实质性的作用。该系统基于物联网的技术和经验积累,适用于新建楼宇和存量建筑,可实现诸如空调、灯控、新风等的低碳智能化功能,目前已进入全面推广与运用的阶段,在全国园区、楼宇等领域开展运用,为企业组织实实在在节能降碳,同时为国家“双碳”目标贡献一份力。

4、推广与运用

网易“双碳”智控系统现已通过网易天工对外开放。网易天工是网易响应国家3060“双碳”战略目标,基于网易疾风物联网平台沉淀的技术与碳中和经验,构建的节能减碳开源社区,向全社会开放、开源。社区积极探索节能减碳科技新道路,致力于为全人类“青山绿水”的生活环境贡献力量,让千千万万的组织与个人享受开源社区带来的节能减碳益处。

网易天工涵盖智能设备、物联平台、节能应用、双碳资讯、绿色园区、跨界创新等板块,邀请更多志同道合的伙伴一起加入共建,赋能组织与个人,为全球节能减碳助力。

自对外开放赋能以来,系统已在多地园区、楼宇上线,为物业管理单位提供了具有竞争力的可持续发展的工作方式,为建筑楼宇提供了新的生命力。例如,在杭州南潮雅园的地下车库的节能改造项目中,网易提供技术培训、设备选型、施工调试等全过程支持,实现了地下车的智能照明。该改造项目具有无需更改原有线路、施工快速调试便捷、情景模式随时可变、数据采集实时统计、精准保修方便维护等优势。车库在无人时保持5%的灯亮度,在人车还未到时就可以提前感知,提前唤醒整条车道的灯全亮,并利用相邻组通知功能,提前唤醒路口照明,在节能省钱的同时充分保障了安全和舒适。根据实测,在节能灯组运行状态下,同比原有灯型,节电率高达90%以上,一期改造共计400余盏灯,年节约能耗5万度。

关于企业


·网易(杭州)网络有限公司

网易(杭州)网络有限公司成立于2006年,是一家依托网易大平台组建的高新技术企业,主要从事互联网、移动互联网、互联网+、云计算、物联网、大数据、人工智能及区块链等技术研发,为制造、教育、医疗、金融等行业提供信息化、智能化提升改造的整体解决方案。

近年来,获省部级科技进步特等奖1项,一等奖2项;被认定为国家企业技术中心、国家级博士后科研工作站、浙江省省级双创示范基地、大数据系统软件浙江省工程实验室、浙江省增强现实与智能交互工程技术研究中心等多个载体。点击文末“阅读原文”链接,还可了解更多“网易天工”信息。

·网易杭州园区“双碳”智控

项目效益:在运用该系统后,以网易杭州二期园区为例,园区每年节约用电60万千瓦时,相当于年减排二氧化碳349吨,园区整体用电负荷可调节5.1% 以上。

细分场景中,暖通与照明的节能降碳效果明显。每年5-9月网易制冷季空调用电 140 万度,相比系统上线前节省 30 万千瓦时,相当于减少了174余吨二氧化碳排放。同时仅地下车库照明这一项,园区大脑给网易带来的地库照明节电率就达90%左右,办公区域和运动馆等区域的照明节电率也在50%以上,在保证员工工作、娱乐体验的同时,节约用电成本。

【公益案例展】 网易“双碳”智控系统——开源开放赋能绿色发展,开源
网易杭州二期园区:楼顶光伏物联网系统 

【公益案例展】 网易“双碳”智控系统——开源开放赋能绿色发展,开源
网易杭州二期园区:车棚顶光伏物联网系统


以上由网易天工投递申报的项目案例,最终将会角逐由数据猿与上海大数据联盟联合推出的 #榜样的力量# 《2023中国数据智能产业最具社会责任感企业》榜单/奖项

该榜单奖项最终将于11月14日以下活动中进行榜单的首发与奖项的颁发,欢迎报名莅临现场:

【公益案例展】 网易“双碳”智控系统——开源开放赋能绿色发展,开源

【公益案例展】 网易“双碳”智控系统——开源开放赋能绿色发展,开源文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-745001.html

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