基于能耗数据驱动的公路工地碳排预测方法及系统与流程

本发明涉及碳排分析控制，具体的，涉及基于能耗数据驱动的公路工地碳排预测方法及系统。

背景技术：

1、在公路工程施工过程中，碳排放管理日益重要。施工现场存在多个作业区域、不同施工工序同时进行，碳排放呈现出时空分布差异性和动态变化特征，需要结合现场实际情况进行差异化预测与动态调控。

2、现有技术一般采用碳检测设备进行定时定点监测并基于历史数据进行碳排放预测，但并未考虑施工时段内施工参数的动态变化情况，且施工阶段中的施工工序切换、设备负载状态波动、材料运输距离调整、环境条件变化以及施工强度起伏等因素对碳排放均会产生显著影响。部分技术方案尝试结合施工计划对碳排放进行预测，但仍未充分考虑施工现场的多源环境因素影响，施工现场涉及设备运行状态监测数据、施工进度动态信息、气象环境实时数据、运输路径规划信息、人员调度记录等多维度异构数据，现有技术既未建立施工状态参数与碳排放之间的精准动态映射关系，也未对多源异构数据进行有效融合处理，导致预测结果存在较大偏差，降低了碳排放预测的准确性和实时性。

3、因此，设计一种充分考虑施工相关参数动态变化对碳排放的影响、建立精准能耗-碳排映射关系、对现场多源异构信息进行有效融合并形成差异化预测机制、实现动态调控的基于能耗数据驱动的公路工地碳排预测方法及系统是很有必要的。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于能耗数据驱动的公路工地碳排预测方法，所述方法包括以下步骤：

2、获取公路工地施工现场数据，基于所述施工现场数据的时空关联特征建立多源数据耦合关系，根据所述耦合关系提取当前施工阶段的施工状态特征参数；

3、根据所述施工状态特征参数获得映射系数，基于所述映射系数建立所述施工状态特征参数与能源消耗之间的动态映射关系，利用所述动态映射关系将所述施工状态特征参数转换为阶段能耗表征量；

4、将所述阶段能耗表征量与碳排放因子关联计算获得阶段碳排值，当所述阶段碳排值与预设碳排基准的偏差量超过设定区间时生成碳排调控信号，响应所述碳排调控信号，对所述动态映射关系反向求解确定目标施工状态特征参数，根据所述目标施工状态特征参数与当前施工状态特征参数的参数差值生成施工要素调整指令；

5、根据所述施工要素调整指令更新后续施工阶段的施工状态特征参数，通过所述动态映射关系计算更新后的预测碳排值并调整所述施工要素调整指令。

6、根据上述技术方案，调取预设数据库中不同数据属性之间的关联关系，所述关联关系包含数据属性间的响应时序及影响权重，根据所述关联关系匹配所述施工现场数据中具有时空一致性的数据记录，将所述数据记录的交汇位置确定为数据关联节点，基于所述数据关联节点的拓扑连接关系建立所述多源数据耦合关系；

7、根据所述多源数据耦合关系中的数据流向识别候选施工状态特征参数，从所述预设数据库中提取所述候选施工状态特征参数对应的预设特征模式，所述预设特征模式包含特征值分布范围及特征间的约束条件；

8、将所述候选施工状态特征参数的实测特征值与所述预设特征模式中的特征值分布范围进行匹配计算，获得表征两者一致程度的相似度，当所述相似度满足设定阈值时，验证所述候选施工状态特征参数是否符合所述预设特征模式中的特征间约束条件，将验证通过的候选施工状态特征参数标记为所述施工状态特征参数。

9、根据上述技术方案，基于所述映射系数建立所述施工状态特征参数与能源消耗之间的动态映射关系，利用所述动态映射关系将所述施工状态特征参数转换为阶段能耗表征量包括：

10、将所述施工状态特征参数按照其对能源消耗的影响机制划分为直接影响类特征参数和间接影响类特征参数，针对所述直接影响类特征参数建立线性映射系数，针对所述间接影响类特征参数建立非线性映射系数；

11、基于所述线性映射系数和所述非线性映射系数构建所述动态映射关系，所述动态映射关系中的所述线性映射系数与所述直接影响类特征参数的取值呈正比例关系，所述非线性映射系数随所述间接影响类特征参数取值的变化呈非等比例变化；

12、通过所述动态映射关系对所述直接影响类特征参数和所述间接影响类特征参数分别进行加权计算，将所述直接影响类特征参数的加权结果与所述间接影响类特征参数的加权结果进行耦合运算，获得所述阶段能耗表征量。

13、根据上述技术方案，将所述阶段能耗表征量与碳排放因子关联计算获得阶段碳排值，当所述阶段碳排值与预设碳排基准的偏差量超过设定区间时生成碳排调控信号，包括：

14、根据所述阶段能耗表征量中不同能源类型的能耗占比构建能源结构向量，提取所述能源结构向量中各能源类型的标识信息，根据所述标识信息在预设碳排放因子库中检索对应的碳排放因子，将检索到的各碳排放因子按照所述能源结构向量中对应能源类型的排列顺序组合形成碳排放转换关系；

15、基于所述碳排放转换关系将所述阶段能耗表征量转换为所述阶段碳排值，计算所述阶段碳排值与所述预设碳排基准之间的偏差量；

16、当所述偏差量超过所述设定区间时，根据所述偏差量的数值及所述能源结构向量中各能源类型的可调控性确定调控权重分配方案，基于所述调控权重分配方案生成携带能源类型调控指向的所述碳排调控信号。

17、根据上述技术方案，响应所述碳排调控信号，对所述动态映射关系反向求解确定目标施工状态特征参数，包括：

18、解析所述碳排调控信号中携带的能源类型调控指向及偏差量信息，根据所述能源类型调控指向确定需要调控的能源类型对应的施工状态特征参数；

19、基于所述偏差量信息计算目标阶段碳排值，将所述目标阶段碳排值作为反向求解约束条件代入所述动态映射关系；

20、对所述动态映射关系中的映射系数进行逆向运算，根据所述目标阶段碳排值及所述映射系数的逆向运算结果求解出所述目标施工状态特征参数的取值范围，从所述取值范围中筛选满足施工可行性约束的参数取值作为所述目标施工状态特征参数。

21、根据上述技术方案，根据所述目标施工状态特征参数与当前施工状态特征参数的参数差值生成施工要素调整指令，包括：

22、计算所述目标施工状态特征参数与所述当前施工状态特征参数之间的参数差值，将所述参数差值与预设差值阈值进行比较，当所述参数差值大于所述预设差值阈值时将对应的施工状态特征参数划分为优先调整类参数，反之则划分为次级调整类参数；

23、针对所述优先调整类参数，从预设施工要素库中检索与所述优先调整类参数具有直接影响关系的施工要素，确定所述施工要素的调整方向及调整幅度；

24、针对所述次级调整类参数，识别所述次级调整类参数与所述优先调整类参数之间的关联约束关系，基于所述关联约束关系确定所述次级调整类参数对应施工要素的调整方向及调整幅度；

25、根据所述优先调整类参数和所述次级调整类参数对应施工要素的调整方向及调整幅度，生成包含施工要素标识、调整方向和调整幅度的所述施工要素调整指令。

26、根据上述技术方案，根据所述施工要素调整指令更新后续施工阶段的施工状态特征参数，通过所述动态映射关系计算更新后的预测碳排值并调整所述施工要素调整指令，包括：

27、解析所述施工要素调整指令中的施工要素标识、调整方向和调整幅度，根据所述施工要素标识与施工状态特征参数之间的映射规则确定受影响的施工状态特征参数，按照所述调整方向和所述调整幅度对所述受影响的施工状态特征参数进行数值更新，获得更新后的施工状态特征参数；

28、将所述更新后的施工状态特征参数输入所述动态映射关系，通过所述动态映射关系中的映射系数计算所述更新后的预测碳排值；

29、判断所述更新后的预测碳排值与所述预设碳排基准之间的偏差是否满足碳排控制要求，当所述偏差不满足所述碳排控制要求时，根据所述偏差的方向及幅度对所述施工要素调整指令中的调整幅度进行修正，生成调整后的施工要素调整指令。

30、本技术的第二个方面，提供基于能耗数据驱动的公路工地碳排预测系统，所述系统包括：

31、状态获取模块，用于获取公路工地施工现场数据，基于所述施工现场数据的时空关联特征建立多源数据耦合关系，根据所述耦合关系提取当前施工阶段的施工状态特征参数；

32、能耗表征模块，用于根据所述施工状态特征参数获得映射系数，基于所述映射系数建立所述施工状态特征参数与能源消耗之间的动态映射关系，利用所述动态映射关系将所述施工状态特征参数转换为阶段能耗表征量；

33、指令调整模块，用于将所述阶段能耗表征量与碳排放因子关联计算获得阶段碳排值，当所述阶段碳排值与预设碳排基准的偏差量超过设定区间时生成碳排调控信号，响应所述碳排调控信号，对所述动态映射关系反向求解确定目标施工状态特征参数，根据所述目标施工状态特征参数与当前施工状态特征参数的参数差值生成施工要素调整指令；

34、监测更新模块，用于根据所述施工要素调整指令更新后续施工阶段的施工状态特征参数，通过所述动态映射关系计算更新后的预测碳排值并调整所述施工要素调整指令。

35、本技术的第三个方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，使所述电子设备实现如本技术第一个方面所述的方法。

36、本技术的第四个方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行本技术第一个方面所述的方法。

37、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，采集施工现场的多源异构数据，包括设备运行状态、施工进度、气象环境、运输路径、人员调度等信息，并对所述多源异构数据进行时空对齐和特征融合处理，生成包含施工状态全景信息的施工状态特征参数，解决了现有技术中未对多源数据进行有效处理导致预测精准度低的技术问题，提高了碳排放预测的数据基础完整性和准确性，将施工状态特征参数按照其对能源消耗的影响机制划分为直接影响类特征参数和间接影响类特征参数，针对不同类型的特征参数分别建立线性映射系数和非线性映射系数，构建动态映射关系，解决了现有技术未建立精准能耗与碳排映射关系的技术问题，实现了施工状态参数与碳排放之间的精准动态关联，提升了能耗-碳排转换的准确性，将阶段能耗表征量与碳排放因子关联计算获得阶段碳排值，并根据阶段碳排值与预设碳排基准的偏差量生成碳排调控信号，响应碳排调控信号对动态映射关系进行反向求解确定目标施工状态特征参数，进而生成施工要素调整指令，解决了现有技术未考虑施工参数动态变化导致无法实时调控的技术问题，实现了基于碳排偏差的动态反馈调控机制，提高了碳排放管理的实时性和主动性，根据施工要素调整指令更新后续施工阶段的施工状态特征参数，通过动态映射关系计算更新后的预测碳排值并调整施工要素调整指令，形成闭环调控机制，解决了现有技术缺乏差异化预测与动态调控能力的技术问题，实现了施工过程中碳排放的持续优化和精准控制，降低了公路工地施工过程中的碳排放总量。