项目简介
校园智慧节能管理平台是一个基于Java全栈技术开发的现代化校园能源管理系统。该平台旨在通过智能化手段实现校园能源的精细化管理,提高能源使用效率,降低能源浪费,助力校园绿色可持续发展。
技术架构
后端技术栈
- Spring Boot 2.x
- Spring Security
- MyBatis Plus
- MySQL 8.0
- Redis
- WebSocket
- JWT认证
前端技术栈
- Vue 3
- Element Plus
- Axios
- ECharts
- WebSocket
核心功能模块
1. 能耗监控中心
- 实时监控校园各建筑用电情况
- 能耗数据可视化展示
- 异常用能预警
- 历史数据统计分析
2. 智能控制系统
- 空调、照明等设备远程控制
- 定时任务管理
- 场景模式配置
- 设备运行状态监测
3. 节能分析
- 能耗趋势分析
- 节能潜力评估
- 节能建议生成
- 节能效果对比
4. 报警管理
- 实时报警推送
- 报警级别设置
- 处理流程跟踪
- 报警历史记录
5. 系统管理
- 用户权限管理
- 组织架构管理
- 设备台账管理
- 系统参数配置
项目亮点
1. 实时数据采集
采用WebSocket技术实现能耗数据实时采集与推送,确保数据及时性。
java">@ServerEndpoint("/websocket/{userId}")
public class WebSocketServer {@OnMessagepublic void onMessage(String message, Session session) {// 处理接收到的数据JSONObject jsonObject = JSON.parseObject(message);// 处理能耗数据并推送this.sendMessage(jsonObject);}
}
2. 智能预警算法
基于机器学习的异常用能检测算法,提前发现能源使用异常。
java">@Service
public class EnergyAnomalyService {public void detectAnomaly(EnergyData data) {// 基于历史数据训练模型Model model = buildModel(historicalData);// 预测当前用能是否异常boolean isAnomaly = model.predict(data);if(isAnomaly) {alarmService.createAlarm(data);}}
}
3. 高性能查询优化
采用Redis缓存+多级缓存策略,提升查询效率。
java">@Service
public class EnergyDataService {@Cacheable(value = "energyData", key = "#buildingId")public List<EnergyData> getEnergyData(String buildingId) {// 先从Redis缓存获取String cacheKey = "energy:" + buildingId;List<EnergyData> cachedData = redisTemplate.opsForValue().get(cacheKey);if(cachedData != null) {return cachedData;}// 缓存未命中则查询数据库return energyMapper.selectByBuildingId(buildingId);}
}
项目成果
- 节能效果显著:平均节省15-20%的能源消耗
- 管理效率提升:运维人员工作效率提升40%
- 用户体验良好:系统响应速度快,操作便捷
- 可扩展性强:支持新设备、新功能快速接入
项目总结
本项目采用主流Java全栈技术,实现了一个功能完善、性能优异的校园节能管理平台。通过该平台可以有效提升校园能源使用效率,实现节能减排目标。在开发过程中积累了丰富的全栈开发经验,特别是在实时数据处理、性能优化等方面的实践经验。
后续展望
- 引入AI技术,提升节能策略智能化水平
- 开发移动端应用,提供更便捷的操作体验
- 接入更多类型的能源设备
- 优化系统架构,提升系统扩展性
通过持续优化和迭代,使平台功能更加完善,为校园节能管理提供更好的技术支持。
校园智慧节能管理平台核心功能详解（上）
一、能耗监控中心
1. 实时监控功能
1.1 数据采集层
java">@Component
public class EnergyDataCollector {@Autowiredprivate DeviceService deviceService;// 通过Modbus协议采集设备数据@Scheduled(fixedRate = 5000)public void collectEnergyData() {List<Device> devices = deviceService.getAllActiveDevices();for(Device device : devices) {EnergyData data = ModbusUtil.readDeviceData(device);// 实时推送数据webSocketServer.sendMessage(data);// 保存数据energyDataService.saveData(data);}}
}
1.2 实时展示界面
<template><div class="monitor-dashboard"><!-- 校区总览 --><el-card class="overview-card"><div class="total-energy"><span>当日总用电量: {{ totalEnergy }} kWh</span><span>实时功率: {{ currentPower }} kW</span></div><!-- 各建筑用电量排名 --><el-table :data="buildingRanking"><el-table-column prop="name" label="建筑名称"/><el-table-column prop="energy" label="用电量"/><el-table-column prop="trend" label="趋势"><template #default="scope"><trend-chart :data="scope.row.trendData"/></template></el-table-column></el-table></el-card></div>
</template>
2. 能耗数据可视化
2.1 多维度图表展示
<template><div class="energy-charts"><!-- 用电趋势图 --><el-card><echarts-line:data="energyTrend":options="{xAxis: { type: 'time' },yAxis: { type: 'value' },series: [{type: 'line',smooth: true,areaStyle: {}}]}"/></el-card><!-- 能耗分布饼图 --><el-card><echarts-pie:data="energyDistribution":options="{series: [{type: 'pie',radius: ['50%', '70%']}]}"/></el-card></div>
</template>
3. 异常用能预警
3.1 预警规则引擎
java">@Service
public class AnomalyDetectionService {@Autowiredprivate RuleEngine ruleEngine;public void detectAnomaly(EnergyData data) {// 1. 基于阈值的简单规则检测checkThresholdRules(data);// 2. 基于统计的异常检测checkStatisticalAnomaly(data);// 3. 基于机器学习的预测性检测checkMachineLearningPrediction(data);}private void checkThresholdRules(EnergyData data) {List<Rule> rules = ruleEngine.getRules(data.getBuildingId());for(Rule rule : rules) {if(rule.evaluate(data)) {createAlarm(rule, data);}}}
}
3.2 预警通知中心
java">@Service
public class AlarmNotificationService {@Autowiredprivate WebSocketServer webSocketServer;@Autowiredprivate EmailService emailService;public void sendAlarm(Alarm alarm) {// 1. 实时推送到前端webSocketServer.sendAlarm(alarm);// 2. 发送邮件通知if(alarm.getLevel() >= AlarmLevel.SERIOUS) {emailService.sendAlarmEmail(alarm);}// 3. 记录报警日志alarmLogService.saveAlarmLog(alarm);}
}
二、智能控制系统
1. 设备远程控制
1.1 控制指令发送
java">@Service
public class DeviceControlService {@Autowiredprivate DeviceCommandSender commandSender;public Result controlDevice(DeviceCommand command) {// 1. 验证控制权限checkPermission(command);// 2. 验证设备状态DeviceStatus status = checkDeviceStatus(command.getDeviceId());if(!status.isControlable()) {return Result.fail("设备当前状态不可控制");}// 3. 发送控制指令return commandSender.sendCommand(command);}
}
1.2 控制界面实现
<template><div class="device-control"><!-- 空调控制面板 --><el-card class="ac-control"><div class="control-panel"><el-switchv-model="acStatus"@change="controlAC"/><el-sliderv-model="temperature":min="16":max="30"@change="setTemperature"/><el-select v-model="mode" @change="setMode"><el-option label="制冷" value="cool"/><el-option label="制热" value="heat"/><el-option label="通风" value="fan"/></el-select></div></el-card></div>
</template>
2. 定时任务管理
2.1 任务调度服务
java">@Service
public class ScheduleTaskService {@Autowiredprivate QuartzScheduler scheduler;public void createTask(ScheduleTask task) {// 1. 验证任务参数validateTask(task);// 2. 创建Quartz任务JobDetail jobDetail = JobBuilder.newJob(DeviceControlJob.class).withIdentity(task.getName()).build();// 3. 设置触发器Trigger trigger = TriggerBuilder.newTrigger().withSchedule(CronScheduleBuilder.cronSchedule(task.getCron())).build();// 4. 调度任务scheduler.scheduleJob(jobDetail, trigger);}
}
3. 场景模式配置
3.1 场景管理服务
java">@Service
public class SceneModeService {public void executeScene(String sceneId) {// 1. 获取场景配置SceneConfig scene = getSceneConfig(sceneId);// 2. 批量执行设备控制for(DeviceAction action : scene.getActions()) {deviceControlService.controlDevice(DeviceCommand.builder().deviceId(action.getDeviceId()).action(action.getAction()).params(action.getParams()).build());}}
}
3.2 场景配置界面
<template><div class="scene-config"><el-form :model="sceneForm" label-width="100px"><el-form-item label="场景名称"><el-input v-model="sceneForm.name"/></el-form-item><!-- 设备动作配置 --><el-form-item v-for="(action, index) in sceneForm.actions":key="index"label="设备动作"><el-select v-model="action.deviceId"><el-option v-for="device in deviceList":key="device.id":label="device.name":value="device.id"/></el-select><el-select v-model="action.action"><el-option label="开启" value="ON"/><el-option label="关闭" value="OFF"/></el-select></el-form-item></el-form></div>
</template>
4. 设备运行状态监测
4.1 状态监测服务
java">@Service
public class DeviceMonitorService {@Scheduled(fixedRate = 30000)public void monitorDeviceStatus() {List<Device> devices = deviceService.getAllDevices();for(Device device : devices) {DeviceStatus status = checkDeviceStatus(device);// 检查是否离线if(!status.isOnline()) {createOfflineAlarm(device);}// 检查运行参数checkOperationParameters(device, status);// 更新设备状态updateDeviceStatus(device.getId(), status);}}
}
以上代码展示了能耗监控中心和智能控制系统的核心实现。每个模块都包含了:
- 后端服务层的具体实现
- 前端界面的主要组件
- 关键业务逻辑的处理流程
- 异常情况的处理机制
这些功能通过前后端配合,实现了完整的智慧节能管理流程。
校园智慧节能管理平台功能详解(下)
三、节能分析模块
1. 能耗趋势分析
1.1 数据分析服务
java">@Service
public class EnergyTrendAnalysisService {@Autowiredprivate EnergyDataMapper energyDataMapper;public TrendAnalysisResult analyzeTrend(TrendAnalysisRequest request) {// 1. 获取历史数据List<EnergyData> historicalData = energyDataMapper.getDataByTimeRange(request.getStartTime(),request.getEndTime(),request.getBuildingId());// 2. 计算趋势指标Map<String, Double> indicators = calculateTrendIndicators(historicalData);// 3. 预测未来趋势List<PredictionData> predictions = predictFutureTrend(historicalData);return TrendAnalysisResult.builder().historicalTrend(historicalData).indicators(indicators).predictions(predictions).build();}private Map<String, Double> calculateTrendIndicators(List<EnergyData> data) {return Map.of("平均日耗能", calculateAverageDailyConsumption(data),"峰值用电", findPeakConsumption(data),"增长率", calculateGrowthRate(data));}
}
1.2 趋势分析界面
<template><div class="trend-analysis"><!-- 分析条件设置 --><el-form :inline="true" :model="analysisForm"><el-form-item label="时间范围"><el-date-pickerv-model="analysisForm.timeRange"type="daterange"range-separator="至"start-placeholder="开始日期"end-placeholder="结束日期"/></el-form-item><el-form-item label="建筑"><el-select v-model="analysisForm.buildingId"><el-optionv-for="building in buildings":key="building.id":label="building.name":value="building.id"/></el-select></el-form-item></el-form><!-- 趋势图表展示 --><div class="trend-charts"><el-card><echarts-line:data="trendData":options="trendOptions"/></el-card><!-- 关键指标展示 --><el-row :gutter="20"><el-col :span="8" v-for="(value, key) in indicators" :key="key"><el-card class="indicator-card"><div class="indicator-value">{{ value }}</div><div class="indicator-label">{{ key }}</div></el-card></el-col></el-row></div></div>
</template>
2. 节能潜力评估
2.1 评估服务实现
java">@Service
public class EnergySavingPotentialService {@Autowiredprivate BuildingStandardService standardService;public PotentialAnalysisResult analyzePotential(String buildingId) {// 1. 获取建筑能耗标准BuildingStandard standard = standardService.getBuildingStandard(buildingId);// 2. 获取实际能耗数据BuildingEnergyData actualData = getActualEnergyData(buildingId);// 3. 计算节能潜力Map<String, Double> potentials = new HashMap<>();// 计算各系统节能潜力potentials.put("空调系统", calculateACPotential(actualData, standard));potentials.put("照明系统", calculateLightingPotential(actualData, standard));potentials.put("其他用电", calculateOtherPotential(actualData, standard));// 4. 生成改进建议List<ImprovementSuggestion> suggestions = generateSuggestions(potentials);return PotentialAnalysisResult.builder().potentials(potentials).suggestions(suggestions).expectedSavings(calculateTotalPotential(potentials)).build();}
}
3. 节能建议生成
3.1 建议生成服务
java">@Service
public class EnergySavingSuggestionService {public List<Suggestion> generateSuggestions(BuildingAnalysisResult analysis) {List<Suggestion> suggestions = new ArrayList<>();// 1. 基于用能模式分析if(analysis.hasIrregularUsagePattern()) {suggestions.add(new Suggestion("优化运行时间","建议调整空调运行时间，避免非使用时段运行",Priority.HIGH));}// 2. 基于设备效率分析if(analysis.hasLowEfficiencyDevices()) {suggestions.add(new Suggestion("设备更新","建议更换低效能设备，预计可节省30%能耗",Priority.MEDIUM));}// 3. 基于行为分析suggestions.addAll(generateBehaviorSuggestions(analysis));return suggestions;}
}
四、报警管理模块
1. 实时报警推送
1.1 报警服务实现
java">@Service
public class AlarmService {@Autowiredprivate WebSocketServer webSocketServer;@Autowiredprivate AlarmRuleEngine ruleEngine;public void handleAlarm(AlarmEvent event) {// 1. 报警规则匹配AlarmRule matchedRule = ruleEngine.matchRule(event);// 2. 创建报警记录Alarm alarm = createAlarm(event, matchedRule);// 3. 确定报警级别determineAlarmLevel(alarm);// 4. 推送报警信息pushAlarm(alarm);// 5. 触发自动处理流程if(alarm.isAutoHandlingEnabled()) {startAutoHandling(alarm);}}private void pushAlarm(Alarm alarm) {// WebSocket实时推送webSocketServer.sendAlarm(alarm);// 根据级别发送其他通知if(alarm.getLevel().isHigherThan(AlarmLevel.MEDIUM)) {sendSmsNotification(alarm);sendEmailNotification(alarm);}}
}
2. 报警处理流程
2.1 处理流程服务
java">@Service
public class AlarmHandlingService {@Autowiredprivate AlarmRepository alarmRepository;public void handleAlarm(AlarmHandlingRequest request) {// 1. 获取报警信息Alarm alarm = alarmRepository.findById(request.getAlarmId()).orElseThrow(() -> new AlarmNotFoundException());// 2. 更新处理状态alarm.setStatus(request.getStatus());alarm.setHandler(request.getHandler());alarm.setHandlingTime(LocalDateTime.now());alarm.setHandlingComment(request.getComment());// 3. 记录处理日志createHandlingLog(alarm, request);// 4. 如果已解决，执行后续处理if(request.getStatus() == AlarmStatus.RESOLVED) {handleResolution(alarm);}// 5. 保存更新alarmRepository.save(alarm);}
}
五、系统管理模块
1. 用户权限管理
1.1 权限服务实现
java">@Service
public class AuthorizationService {@Autowiredprivate RoleRepository roleRepository;public boolean hasPermission(String userId, String resourceId, String operation) {// 1. 获取用户角色List<Role> userRoles = roleRepository.findByUserId(userId);// 2. 获取资源权限要求ResourcePermission requiredPermission = getResourcePermission(resourceId, operation);// 3. 检查权限匹配return userRoles.stream().anyMatch(role -> role.hasPermission(requiredPermission));}public void grantPermission(PermissionGrantRequest request) {// 验证授权者权限validateGranterPermission(request.getGranterId());// 创建权限记录Permission permission = Permission.builder().roleId(request.getRoleId()).resourceId(request.getResourceId()).operation(request.getOperation()).grantedBy(request.getGranterId()).grantedAt(LocalDateTime.now()).build();// 保存权限permissionRepository.save(permission);}
}
2. 设备台账管理
2.1 设备管理服务
java">@Service
public class DeviceInventoryService {@Autowiredprivate DeviceRepository deviceRepository;public void registerDevice(DeviceRegistrationRequest request) {// 1. 验证设备信息validateDeviceInfo(request);// 2. 创建设备记录Device device = Device.builder().name(request.getName()).type(request.getType()).location(request.getLocation()).specifications(request.getSpecifications()).installationDate(request.getInstallationDate()).manufacturer(request.getManufacturer()).maintenanceCycle(request.getMaintenanceCycle()).build();// 3. 生成设备编码device.setCode(generateDeviceCode(device));// 4. 保存设备信息deviceRepository.save(device);// 5. 创建初始维护计划createMaintenancePlan(device);}public DeviceStatusReport generateStatusReport(String deviceId) {Device device = deviceRepository.findById(deviceId).orElseThrow(() -> new DeviceNotFoundException());return DeviceStatusReport.builder().basicInfo(device.getBasicInfo()).operationalStatus(getOperationalStatus(device)).maintenanceHistory(getMaintenanceHistory(device)).energyConsumption(getEnergyConsumption(device)).build();}
}
3. 系统参数配置
3.1 参数配置服务
java">@Service
public class SystemConfigService {@Autowiredprivate ConfigRepository configRepository;@Autowiredprivate RedisTemplate redisTemplate;public void updateConfig(ConfigUpdateRequest request) {// 1. 验证参数validateConfig(request);// 2. 更新配置SystemConfig config = configRepository.findByKey(request.getKey()).orElse(new SystemConfig());config.setKey(request.getKey());config.setValue(request.getValue());config.setUpdateTime(LocalDateTime.now());config.setUpdater(request.getUpdater());// 3. 保存配置configRepository.save(config);// 4. 更新缓存updateConfigCache(config);// 5. 触发配置变更事件publishConfigChangeEvent(config);}@Cacheable(value = "system_config", key = "#key")public String getConfig(String key) {SystemConfig config = configRepository.findByKey(key).orElseThrow(() -> new ConfigNotFoundException());return config.getValue();}
}
3.2 参数配置界面
<template><div class="system-config"><el-tabs v-model="activeTab"><!-- 基本配置 --><el-tab-pane label="基本配置" name="basic"><el-form :model="basicConfig" label-width="120px"><el-form-item label="系统名称"><el-input v-model="basicConfig.systemName"/></el-form-item><el-form-item label="数据保留天数"><el-input-number v-model="basicConfig.dataRetentionDays"/></el-form-item></el-form></el-tab-pane><!-- 报警配置 --><el-tab-pane label="报警配置" name="alarm"><el-form :model="alarmConfig" label-width="120px"><el-form-item label="报警检查间隔"><el-input-number v-model="alarmConfig.checkInterval"/></el-form-item><el-form-item label="报警级别阈值"><el-sliderv-model="alarmConfig.levelThresholds"range:marks="levelMarks"/></el-form-item></el-form></el-tab-pane></el-tabs><!-- 保存按钮 --><div class="config-actions"><el-button type="primary" @click="saveConfig">保存配置</el-button></div></div>
</template>
这些模块的实现重点包括：
- 节能分析模块：
- 多维度数据分析
- 智能建议生成
- 可视化展示
- 报警管理模块：
- 实时推送机制
- 灵活的报警规则配置
- 完整的处理流程跟踪
- 系统管理模块：
- 细粒度的权限控制
- 完善的设备生命周期管理
- 灵活的参数配置机制
通过这些模块的协同工作，实现了完整的智慧节能管理平台功能。
