數(shù)據(jù)收集和預(yù)處理
為了進一步理解并調(diào)控數(shù)據(jù)中心的熱量管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心在有限的位置布置熱量傳感器，通過傳感器收集不同位置的實時溫度。另外，數(shù)據(jù)中心的熱量傳感器、空調(diào)機組和打孔瓦的物理參數(shù)，比如每個熱量傳感器的坐標位置，每個空調(diào)機組的坐標位置和長寬高(三維物體)以及打孔瓦的坐標和長寬(二維物體)等信息也會相應(yīng)地影響數(shù)據(jù)中心不同位置的空氣流，如圖 8 所示。
圖 8. 數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)圖
這些數(shù)據(jù)不能直接應(yīng)用于時空數(shù)據(jù)預(yù)測建模，必須要先進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，把溫度數(shù)據(jù)、各個物體的位置數(shù)據(jù)等進行融合，從而得到一個包含空間地理位置字段，時間字段，預(yù)測輸入字段和將要預(yù)測的目標字段的一個表格式的輸入數(shù)據(jù)。
時空數(shù)據(jù)建模
經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理，我們得到一個包括時空數(shù)據(jù)預(yù)測建模所需字段的標準輸入數(shù)據(jù)。然后我們將選擇并設(shè)置時空數(shù)據(jù)預(yù)測模型的不同參數(shù)來建立時空數(shù)據(jù)預(yù)測模型。很顯然，這里的目標字段為數(shù)據(jù)中心的溫度，空間位置字段為溫度被監(jiān)控的位置，即熱量傳感器的坐標位置，時間字段為溫度被監(jiān)控的一系列時間點，預(yù)測數(shù)據(jù)字段則為其他相關(guān)因素，包括數(shù)據(jù)中心的空氣流、空調(diào)機組的長寬高等，如圖 9 所示。
圖 9. 數(shù)據(jù)預(yù)處理后的輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
接下來根據(jù)數(shù)據(jù)中心溫度的監(jiān)控時間點來設(shè)置時間間隔選項，如果溫度是每小時收集一次，那么時間間隔應(yīng)設(shè)為小時并設(shè)置起始點;如果溫度的收集頻率是一天一次，則應(yīng)設(shè)時間間隔為天。并且根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的時間變量的特征決定是否需要對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換從而使得數(shù)據(jù)與指定的時間間隔設(shè)置匹配。
然后根據(jù)需求設(shè)置最大自回歸階數(shù)指定使用哪些先前值來預(yù)測未來值，并且指定計算空間協(xié)方差的估計方法。為了最大程度的提高對時空數(shù)據(jù)預(yù)測模型的預(yù)測準確性，還可以通過設(shè)置"缺失值的最大百分比"和"模型構(gòu)建中用于假設(shè)檢驗的顯著性水平" 對模型構(gòu)建過程進行微調(diào)。
最后構(gòu)建時空數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)后續(xù)的模型輸出和假設(shè)檢驗分析。
時空數(shù)據(jù)預(yù)測
想要獲得對目標值的預(yù)測，即要了解下一個時間監(jiān)測點或者將來某個時間點數(shù)據(jù)中心不同位置的溫度值，需要有和時空數(shù)據(jù)建模的輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的預(yù)測輸入數(shù)據(jù)。其中，時間為將要預(yù)測溫度值的時間點，空間位置為將要預(yù)測溫度值的位置點，其他相關(guān)輸入變量均為每個將要預(yù)測溫度的位置的相應(yīng)未來值。有了預(yù)測輸入變量，輸入時空數(shù)據(jù)模型即可得到數(shù)據(jù)中心在指定時間指定位置的溫度值，同時還可獲得該預(yù)測值的錯誤方差及預(yù)測置信度的上下限。
時空預(yù)測結(jié)果展示
時空數(shù)據(jù)預(yù)測模型的顯著性不僅在于它可以同時處理時間和空間兩種屬性并對未來任何時間任何地點的目標值進行預(yù)測，更在于可以通過時空預(yù)測模型進行假設(shè)檢驗分析從而改善決策。
在上述數(shù)據(jù)中心能量管理的應(yīng)用實例中，時空數(shù)據(jù)模型可以通過熱圖來可視化在指定時間指定位置的目標值，如圖 10 所示。
圖 10. 數(shù)據(jù)中心溫度預(yù)測熱圖
在時空預(yù)測過程中，首先假定在下一個時間監(jiān)測點所有其他的參數(shù)都保持現(xiàn)有值，即空調(diào)機組的數(shù)目和位置，熱量傳感器的位置，空氣流等保持不變的情況下的溫度情況，得到如圖 11 熱圖所示的結(jié)果。從圖中可以看出，在現(xiàn)有制冷持續(xù)的情況下，部分區(qū)域會出現(xiàn)溫度過冷現(xiàn)象?；谠摷僭O(shè)檢驗分析的結(jié)果，為了節(jié)約能量，我們可以把空調(diào)機組的制冷設(shè)置溫度升高 1 度，從而得到如圖 12 所示的熱圖。從圖中可以看出，保持現(xiàn)有設(shè)置不變情況下的過冷現(xiàn)象得到明顯改善。
圖 11. 保持現(xiàn)有設(shè)置不變的溫度熱圖
圖 12. 采取措施后的溫度熱圖