一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法，属于多源能源数据的可信采集领域；首先，按照初始的频率采集不同设备的能源数据，并打包上传，经解析和重封装后上传至边缘云提取波动敏感数据存储，用于构建数字孪生模型；然后，构建SEM模型计算实时最优采集频率反馈给各数据源设备动态闭环调整。最后，根据边缘云数据生成目录存入区块链节点中，访问方发出请求，经收集方同意后创建智能合约，访问方签订并提供公钥；区块链节点根据目录获取数据位置，并按照定位在云平台上获取原始数据。收集方用公钥加密原始数据并上传至智能合约，访问方利用本地保留的私钥解密数据后即可使用。本发明专利技术降低了数据采集重复度，实现了高效采集。实现了高效采集。实现了高效采集。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法


[0001]本专利技术属于多源能源数据的可信采集领域，具体涉及一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法。

技术介绍

[0002]城市能源包括冷、热、电、气和水等多种，具有布局分散、需求多样以及跨多行业等特点。城市综合能源通过源网荷储，由单一电能向电、热、冷和水多能进行转变，并从电力供应业务扩展到综合能源业务。由于城市综合能源多方数据的互联互通，一套完备的数据可信采集机制既能确保能源数据管理的高效性和安全性，又为实现能源数据的价值挖掘打下了可靠基础，因而开展多源能源数据可信采集的研究显得尤为重要。
[0003]针对能源数据可信采集，文献[1]提出了一种基于区块链的提高数据利用率的采集和管理系统，其对数据的准确度由数据间相似性来判定，但未考虑数据存储前的筛选和分流问题。文献[2]针对智能电表质量数据提出了一种可信采集机制，介绍了从电表注册到数据采集、保管和使用的完整流程，但在数据采集方面同样未考虑优化分流问题。文献[3
‑
4]针对光伏数据的采集处理和布点优化分别进行了研究。文献[5]针对云电池提出了一种基于数字孪生和区块链技术的管理系统和方法，能够对电池状态进行精确估计和预测，但应用场景相对单一，其主要解决了如何将发电量转化为碳排放量的问题，无法进行其他类型数据处理的拓展。文献[6]对数据的分层交换管理做了一些研究，能对数据进行精度层和隐私层的筛选，有效且准确地计算数据请求的资源价值，但在降低数据重复度方面没有进行优化。
[0004]从已有的研究分析可知，多源能源数据中单个能源的可信采集方面已经取得了较多的研究成果，且整体数据可信采集流程也基本完备。但是在多源可信数据方面，仍然存在部分数据相似度高、数据重复采集引发建设浪费等问题。
[0005][1]湖南大学.201811631315.0[P].2019.05.10.中国.一种基于区块链以及共享环境的物联网数据管理系统；
[0006][2]国网河北省电力有限公司信息通信分公司.202110080727.5[P].2021.06.08.中国.一种基于区块链的智能电表质量数据可信采集机制；
[0007][3]上海能链众合科技有限公司.202011588746.0[P].2021.07.02.中国.一种基于区块链的光伏可信隐私计量的方法；
[0008][4]国家电网公司华东分部.201911046448.6[P].2020.02.04.中国.一种基于可信节点的分布式光伏采集布点及估计优化方法；
[0009][5]深圳先进技术研究院.202011417811.3[P].2021.04.27.中国.一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统及方法；
[0010][6]通用电气公司.201880073502.3[P].2020.06.26.中国.分层数据交换管理系统。

技术实现思路

[0011]本专利技术为了解决重复采集多方能源数据和可信数据，导致资源浪费的问题，提出了一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法，实现了综合能源的高效可信数据采集。通过在数据存储平台建立多源互联能源网络的数字孪生，达到了降低数据采集重复度的目的，实现了高效采集；通过在能源数据收集方与访问方之间建立基于区块链的可信环境，保证了数据的一致性、可靠性和数据共享全流程的可监控性，实现了可信采集。
[0012]所述的基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法，具体步骤为：
[0013]步骤一、针对多源互联能源网络中不同的数据源设备，数据收集方按照初始的频率，采集各设备的能源数据，并打包上传至云平台进行存储；
[0014]初始的频率人为设定；
[0015]打包数据分为数据头和数据体；
[0016]步骤二、云平台对打包数据进行解析和重封装后上传至边缘云；
[0017]首先，对数据头解析得到数据头内容和数据的编码格式类型；
[0018]然后，根据编码格式和其预设的协议字段解析数据体，对解析后的数据头内容和数据体进行再封装，变换成适配边缘云的编码格式，并将变换后的数据上传至边缘云。
[0019]步骤三、边缘云从数据中提取波动敏感数据，进一步上传存储至中心云；
[0020]所述波动敏感数据的提取过程为：
[0021]针对当前时段的N个数据，首先，计算数据平均落差和平均值μ：
[0022]计算公式为：
[0023][0024]X
i
为第i个数据；
[0025][0026]然后，利用该时段N个数据的平均值计算标准差σ为：
[0027][0028]接着，逐个计算相邻数据的差值d
i
，并分别和平均落差标准差σ进行比较；
[0029]d
i
＝X
i+1
‑
X
i
[0030]针对连续的四个数据X
i
，X
i+1
，X
i+2
和X
i+3
，若且k
·
σ≤d
i+1
,k
·
σ≥d
i
，则标记第X
i+1
个数据为波动敏感段数据起始点，k为可调的敏感因子。
[0031]之后经历一段时间，当且k
·
σ≤d
i+2
,k
·
σ≥d
i+3
，则标记第X
i+2
个数据为波动敏感段数据结束点。
[0032]提取第X
i+1
个数据和第X
i+2
个数据之间的数据，即为波动敏感数据。
[0033]步骤四、中心云利用提取的波动敏感数据，构建多源互联能源网络的数字孪生模型M
DT
：
[0034]M
DT
＝(P
E
,V
E
,S
s
,D
D
,C
N
)
[0035]其中，P
E
为多源互联能源网络的数据源采集设备；
[0036]V
E
为多源互联能源网络的虚拟实体，可拆分为：
[0037]V
E
＝(G
v
,P
v
,B
v
,R
v
)
[0038]其中，G
v
为描述数据源采集设备的尺寸形状、所安装的具体位置以及不同设备之间相连接的关系的三维模型。P
v
为各个数据源采集设备的采集特征的信息。B
v
为描述在不同时段下数据源采集设备相互作用共同产生的实时响应及行为。R
v
为基于历史关联数据的规律规则。
[0039]S
s
为支撑多源互联能源网络运行与实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法，其特征在于，具体步骤如下：首先、针对多源互联能源网络中不同的数据源设备，数据收集方按照初始的频率，采集各设备的能源数据，并打包上传至云平台进行解析和重封装，上传至边缘云；边缘云从数据中提取波动敏感数据存储至中心云，用于构建多源互联能源网络的数字孪生模型M
DT
；并基于数字孪生模型的状态估计构建SEM模型，计算不同时段、不同环境下的不同能源数据的实时最优采集频率f反馈至各数据源设备，各数据源设备分别按此采集频率f采集数据，形成数据采集频率动态调整闭环；然后，区块链节点将实时上传至边缘云中的数据生成对应目录，数据访问方根据目录选择想要访问的数据部分；同时向数据收集方请求相应数据的访问权，当数据收集方同意后，会在区块链节点中创建智能合约，数据访问方签订智能合约，并向智能合约提供自己的加密秘钥，即公钥；同时在本地保留与公钥对应的私钥；区块链节点根据数据访问方选择的目录获取数据位置，并按照定位位置，在云平台上获取原始数据；最后，数据收集方获取经由智能合约提供的公钥，用公钥加密原始数据并上传至智能合约，数据访问方从智能合约获取加密后的数据，用本地保留的私钥解密数据后即可使用；智能合约执行结束，合约执行记录和数据使用记录存入区块链中。2.如权利要求1所述的一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法，其特征在于，所述数据源设备初始的频率人为设定。3.如权利要求1所述的一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法，其特征在于，所述采集数据分为数据头和数据体，打包的过程如下：首先，对数据头解析得到数据头内容和数据的编码格式类型；然后，根据编码格式和其预设的协议字段解析数据体，对解析后的数据头内容和数据体进行再封装，变换成适配边缘云的编码格式，并将变换后的数据上传至边缘云。4.如权利要求1所述的一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法，其特征在于，所述波动敏感数据的提取过程为：针对当前时段的N个数据，首先，计算数据平均落差和平均值μ：计算公式为：X
i
为第i个数据；然后，利用该时段N个数据的平均值计算标准差σ为：接着，逐个计算相邻数据的差值d
i
，并分别和平均落差标准差σ进行比较；d
i
＝X
i+1
‑
X
i
针对连续的四个数据X
i
，X
i+1
，X
i+2
和X
i+3
，若且k
·
σ≤d
i+1
,k
·
σ≥d
i
，则标记第X
i+1
个数据为波动敏感段数据起始点，k为可调的敏感因子；之后经历一段时间，当且k
·
σ≤d
i+2
,k
·
σ≥d
i+3
，则标记第X
i+2
个数据为波动敏感段数据结束点；提取第X
i+1
个数据和第X
i+2
个数据之间的数据，即为波动敏感数据。5.如权利要求1所述的一种基于数字孪生和区块链的高效可信能源数据处理方法，其特征在于，所述多源互联能源网络的数字孪生模型M
DT
：M
DT
＝(P
E
,V
E
,S
s
,D
D
,C
N
)其中，P
E
为多源互联能源网络的数据源采集设备；V
E
为多源互联能源网络的虚拟实体，可拆分为：V
E
＝(G
v
,P
v
,B
v

【专利技术属性】
技术研发人员：尹良，范睿嘉，李强，高昇宇，朱红，罗兴，赵峰，黄墨浩，杨若男，
申请(专利权)人：国网信息通信产业集团有限公司国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，
类型：发明
国别省市：