城市生命線檢測數(shù)據(jù)分析指南

T/BSTAUM001—2023

城市生命線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析指南

1范圍

本文件規(guī)定了城市生命線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的運行事件、采集及預處理和分析和預測。

本文件適用于北京市供水、排水、供電、供氣、供熱、能源供應的風險分析、監(jiān)測預警、技術選擇

及城市網格化綜合管理平臺建設，其他城市可參考執(zhí)行。

2術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

2.1

城市網格化綜合管理Urbangridbasedcomprehensivemanagement;

多個城市管理相關部門，運用先進的信息技術手段，有效整合各自建成的網格化管理系統(tǒng)，構建的

實現(xiàn)多部門協(xié)同的城市綜合監(jiān)測以及協(xié)同管理的工作模式。

2.2

城市生命線UrbanLifelines

城市運行中不可或缺的供電系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、供水排水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、能源天然氣供應等維系城

市功能和保障城市運轉的城市基礎設施。

2.3

城市生命線運行事件監(jiān)測和分析Monitoringandanalysisofurbanlifelineoperationevents

對城市生命線運行的指標狀態(tài)及其變化情況進行監(jiān)測、記錄、建模和分析。

2.4

數(shù)據(jù)預處理Datapreprocessing

在進行數(shù)據(jù)分析之前，對數(shù)據(jù)進行清洗、過濾、轉換等處理，以保證數(shù)據(jù)可用性和準確性。

2.5

數(shù)據(jù)建模及預測預警Datamodelingandpredictivewarning

選擇合適的數(shù)學模型或算法對數(shù)據(jù)進行建模，如回歸分析、神經網絡、事理圖譜等，在歷史數(shù)據(jù)和

模型預測基礎上對未來的城市生命線運行狀態(tài)進行預測和預警，從而及時采取措施，

3城市生命線運行事件

3.1事件定義

3.1.1根據(jù)城市生命線運行指標狀態(tài)和可能發(fā)生的變化情況，對城市生命線運行事件進行定義，定義

如表1所示。

表1城市生命線運行事件定義表

序號城市生命線類別含義事件事件定義

1

T/BSTAUM001—2023

供水量相比前兩周均值變化范圍在2%以

11供水平穩(wěn)

內

22為城市居民、企業(yè)

供水小幅下降供水減少2%-5%

2和公共設施提供清

33供水潔飲用水和生活用

供水大幅下降供水減少5%以上

3水，以滿足生活和

44生產的需要。供水小幅上升供水增加2%-5%

55供水大幅上升供水增加5%以上

供電量相比前兩周均值變化范圍在2%以

66供電平穩(wěn)

內

為城市、工業(yè)、商

77供電小幅下降供電減少2%-5%

業(yè)或家庭用戶提供

88供電電力，以滿足生產、供電大幅下降供電減少5%以上

生活和其他用電需

99供電小幅上升供電增加2%-5%

求。

101

供電大幅上升供電增加5%以上

1

111供氣量相比前兩周均值變化范圍在2%以

供氣平穩(wěn)

5內

供氣是指為城市、

121

工業(yè)、商業(yè)或家庭供氣小幅下降供氣減少2%-5%

6

用戶提供燃氣（一

131供氣

般指天然氣），以供氣大幅下降供氣減少5%以上

7

滿足生產、生活和

14其他熱能需求供氣小幅上升供氣增加2%-5%

15供氣大幅上升供氣增加5%以上

供熱量相比前兩周均值變化范圍在2%以

16供熱平穩(wěn)

為城市、工業(yè)、商內

17業(yè)或家庭用戶提供供熱小幅下降供熱減少2%-5%

熱能（一般指蒸汽、

供熱

18熱水或熱空氣），供熱大幅下降供熱減少5%以上

19以滿足生產、生活供熱小幅上升供熱增加2%-5%

和其他熱能需求。

20供熱大幅上升供熱增加5%以上

212

供油平穩(wěn)供油量相比前兩周均值變化范圍在2%以內

1

222

供油小幅下降供油減少2%-5%

2

為城市交通和生產

232能源供應（汽油、柴

運行提供能源，一供油大幅下降供油減少5%以上

3油等）

般指汽油、柴油等

242

供油小幅上升供油增加2%-5%

4

252

供油大幅上升供油增加5%以上

5

3.1.2根據(jù)城市運行的環(huán)境狀態(tài)對城市運行環(huán)境事件進行定義，定義如表2所示：

表2城市運行環(huán)境事件定義表

序號城市運行環(huán)境類別含義事件事件定義

1氣溫平穩(wěn)氣溫變化相比前兩周均值變化在3℃以內

2氣溫小幅下降氣溫降低3℃-5℃

3氣溫當天的氣溫情況氣溫大幅下降氣溫降低5℃以上

4氣溫小幅上升氣溫升高3℃-5℃

5氣溫大幅上升氣溫升高5℃以上

2

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6氣象當天的氣象情況陰、晴、雨、雪根據(jù)當天天氣情況進行定義

7季節(jié)當前日期所處季節(jié)春、夏、秋、冬根據(jù)當前日期進行定義

8驚蟄、春分等24個節(jié)根據(jù)當前日期進行定義

節(jié)氣當前日期所處節(jié)氣氣

9周末周六及周日周末根據(jù)當前為星期幾進行定義

國家或城市規(guī)定的節(jié)

10節(jié)假日假日節(jié)假日根據(jù)當前日期進行定義

由國家或城市舉辦的

具有較大影響力、參

11重大活動與度和社會關注度的重大活動根據(jù)當前日期和活動安排定義

活動（如冬奧會、兩

會、二十大等）。

氣象條件明顯偏離正

常氣候水平，造成嚴

重天氣災害和影響社

強風、暴雨、暴雪、沙根據(jù)氣象情況定義

12極端天氣會生產、生活和大自塵暴等

然生態(tài)等方面的極端

氣象現(xiàn)象。

3.2數(shù)據(jù)分析過程和目標

3.2.1城市生命線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基本任務包括:

a)分類與預測;b)聚類分析;c)關聯(lián)規(guī)則;d)時序模式;e)偏差檢驗

3.2.2數(shù)據(jù)分析的過程包括：

a)明確分析對象和目標：城市生命線的數(shù)據(jù)體系涵蓋多個系統(tǒng)，應明確進行數(shù)據(jù)分析的目標，

確定分析的指標和呈現(xiàn)形式。

b)數(shù)據(jù)采集：從監(jiān)測系統(tǒng)或其他數(shù)據(jù)來源中抽取出與分析目標相關的樣本數(shù)據(jù)子集。抽取數(shù)據(jù)

的標準包括相關性、可靠性和有效性。

c)數(shù)據(jù)探索：拿到樣本數(shù)據(jù)集后，首先要對數(shù)據(jù)進行檢驗和探索，進行異常值分析、缺失值分

析、相關分析和周期性分析，檢查有沒有出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

d)數(shù)據(jù)預處理：主要包括數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)變量轉換、缺失值處理、壞數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)標準化、

主成分分析、屬性選擇、數(shù)據(jù)歸約等。

e)數(shù)據(jù)建模：根據(jù)城市生命線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基本任務選取對應的模型和算法

f)模型評價：根據(jù)不同任務選擇方法對模型輸出的結果和應用效果進行評價。

4城市生命線數(shù)據(jù)采集及預處理

4.1數(shù)據(jù)來源

4.1.1面向城市生命線的相關數(shù)據(jù)應來自于合適可靠的數(shù)據(jù)管理部門，在采集時保證數(shù)據(jù)的實時性和

真實性。時間范圍一般應不低于3個月，城市生命線和城市運行環(huán)境數(shù)據(jù)來源如表3所示。

表3城市生命線和城市運行環(huán)境數(shù)據(jù)來源

序號數(shù)據(jù)需求來源管理部門所需字段

11供水每日供水量、消耗量

城市綜合管理服務平臺

2供電每日電力負荷

3

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3供氣每日供氣量、消耗量

4供熱每日供熱量、消耗量

5能源（汽油、柴油）每日供油量、消耗量

62季節(jié)當前季節(jié)

73節(jié)氣公開數(shù)據(jù)查詢當前所屬節(jié)氣段

84周末當前是否周末

95節(jié)假日當前是否節(jié)假日

政府公示或安排

10重大活動當前是否有重大活動

11極端天氣天氣預報或預警部門當前是否有極端天氣發(fā)生

4.2預處理

4.2.1首先應對數(shù)據(jù)進行校驗并結合規(guī)律進行分析。

4.2.2采集到的數(shù)據(jù)應保證數(shù)據(jù)的完整性和準確性。

4.2.3多渠道匯總的數(shù)據(jù)應進行轉換和集成，將數(shù)據(jù)從原始格式轉換為便于分析和處理的格式，整合

成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集合。

4.2.4在進行數(shù)據(jù)分析和建模之前，應對數(shù)據(jù)進行歸一化或標準化處理。

4.2.5針對數(shù)據(jù)量比較龐大的情況，應采取數(shù)據(jù)降維的方法，從數(shù)據(jù)中提取重點信息。

4.2.6對數(shù)據(jù)應進行可視化，以圖表或地圖形式進行直觀展示。

4.2.7完成數(shù)據(jù)預處理后，應進行數(shù)據(jù)的備份和保存，保證數(shù)據(jù)安全、可靠，并方便后續(xù)的維護、處

理和使用。

5城市生命線數(shù)據(jù)的分析和預測

5.1一般規(guī)定

5.1.1進行數(shù)據(jù)分析和預測之前，應明確分析的目標和需求，針對性地進行數(shù)據(jù)選擇和建模。

5.1.2根據(jù)數(shù)據(jù)特點和分析任務的需求，應選擇合適的數(shù)據(jù)分析模型，包括適合的機器學習或其他數(shù)

據(jù)挖掘模型。

5.1.3在進行數(shù)據(jù)預測前，需要對模型進行驗證和評估，保證模型的預測準確度。

5.1.4對于城市生命線數(shù)據(jù)預測結果，應進行風險評估和分析。

5.1.5對數(shù)據(jù)分析得到的預測結果應進行解釋和說明。

5.2模型選擇

5.2.1對于供水、供電等時間序列數(shù)據(jù)，進行單一分析時，宜采用ARIMA、TS2Vec等機器學習或深度

學習時間序列分析方法。

5.2.2對于以多數(shù)據(jù)源集成的城市生命線數(shù)據(jù)，以某一生命線指標為分析和預測目標，其他指標作為

特征進行的關聯(lián)分析和預測，可通過貝葉斯網絡、決策樹、支持向量機、多層感知機等機器學習模型進

行分類和回歸分析。

5.2.3對于以城市生命線運行事件為中心，探究事件間發(fā)生順序和關系，進而開展預警預報的分析目

標，可基于城市生命線運行事理圖譜進行分析和預測。

4

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5.3模型評價

5.3.1分類與預測模型對訓練集進行預測而得出的準確率并不能很好地反映預測模型未來的性能，為

了有效評估一個預測模型的性能表現(xiàn)，應提前對數(shù)據(jù)集進行劃分，分為獨立的訓練集、驗證集和測試集，

并在測試集上對模型的準確率進行評估。

5.3.2模型預測效果評價，宜用準確率、精確率、召回率、ROC曲線等指標來進行衡量。

5.3.3模型回歸效果評價，通常用相對/絕對誤差、平均絕對誤差、均方誤差、均方根誤差等指標來進

行衡量。

5.3.4聚類分析算法評價，聚類結果的組內相似性越大，組間差別越大，聚類效果就越好，典型的評

估指標有Purity評價法、RI評價法和F值評價法。

5

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城市生命線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析指南

1范圍

本文件規(guī)定了城市生命線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的運行事件、采集及預處理和分析和預測。

本文件適用于北京市供水、排水、供電、供氣、供熱、能源供應的風險分析、監(jiān)測預警、技術選擇

及城市網格化綜合管理平臺建設，其他城市可參考執(zhí)行。

2術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

2.1

城市網格化綜合管理Urbangridbasedcomprehensivemanagement;

多個城市管理相關部門，運用先進的信息技術手段，有效整合各自建成的網格化管理系統(tǒng)，構建的

實現(xiàn)多部門協(xié)同的城市綜合監(jiān)測以及協(xié)同管理的工作模式。

2.2

城市生命線UrbanLifelines

城市運行中不可或缺的供電系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、供水排水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、能源天然氣供應等維系城

市功能和保障城市運轉的城市基礎設施。

2.3

城市生命線運行事件監(jiān)測和分析Monitoringandanalysisofurbanlifelineoperationevents

對城市生命線運行的指標狀態(tài)及其變化情況進行監(jiān)測、記錄、建模和分析。

2.4

數(shù)據(jù)預處理Datapreprocessing

在進行數(shù)據(jù)分析之前，對數(shù)據(jù)進行清洗、過濾、轉換等處理，以保證數(shù)據(jù)可用性和準確性。

2.5

數(shù)據(jù)建模及預測預警Datamodelingandpredictivewarning

選擇合適的數(shù)學模型或算法對數(shù)據(jù)進行建模，如回歸分析、神經網絡、事理圖譜等，在歷史數(shù)據(jù)和

模型預測基礎上對未來的城市生命線運行狀態(tài)進行預測和預警，從而及時采取措施，

3城市生命線運行事件

3.1事件定義

3.1.1根據(jù)城市生命線運行指標狀態(tài)和可能發(fā)生的變化情況，對城市生命線運行事件進行定義，定義

如表1所示。

表1城市生命線運行事件定義表

序號城市生命線類別含義事件事件定義

1

T/BSTAUM001—2023

供水量相比前兩周均值變化范圍在2%以

11供水平穩(wěn)

內

22為城市居民、企業(yè)

供水小幅下降供水減少2%-5%

2和公共設施提供清

33供水潔飲用水和生活用

供水大幅下降供水減少5%以上

3水，以滿足生活和

44生產的需要。供水小幅上升供水增加2%-5%

55供水大幅上升供水增加5%以上

供電量相比前兩周均值變化范圍在2%以

66供電平穩(wěn)

內

為城市、工業(yè)、商

77供電小幅下降供電減少2%-5%

業(yè)或家庭用戶提供

88供電電力，以滿足生產、供電大幅下降供電減少5%以上

生活和其他用電需

99供電小幅上升供電增加2%-5%

求。

101

供電大幅上升供電增加5%以上

1

111供氣量相比前兩周均值變化范圍在2%以

供氣平穩(wěn)

5內

供氣是指為城市、

121

工業(yè)、商業(yè)或家庭供氣小幅下降供氣減少2%-5%

6

用戶提供燃氣（一

131供氣

般指天然氣），以供氣大幅下降供氣減少5%以上

7

滿足生產、生活和

14其他熱能需求供氣小幅上升供氣增加2%-5%

15供氣大幅上升供氣增加5%以上

供熱量相比前兩周均值變化范圍在2%以

16供熱平穩(wěn)

為城市、工業(yè)、商內

17業(yè)或家庭用戶提供供熱小幅下降供熱減少2%-5%

熱能（一般指蒸汽、

供熱

18熱水或熱空氣），供熱大幅下降供熱減少5%以上

19以滿足生產、生活供熱小幅上升供熱增加2%-5%

和其他熱能需求。

20供熱大幅上升供熱增加5%以上

212

供油平穩(wěn)供油量相比前兩周均值變化范圍在2%以內

1

222

供油小幅下降供油減少2%-5%

2

為城市交通和生產

232能源供應（汽油、柴

運行提供能源，一供油大幅下降供油減少5%以上

3油等）

般指汽油、柴油等

242

供油小幅上升供油增加2%-5%

4

252

供油大幅上升供油增加5%以上

5

3.1.2根據(jù)城市運行的環(huán)境狀態(tài)對城市運行環(huán)境事件進行定義，定義如表2所示：

表2城市運行環(huán)境事件定義表

序號城市運行環(huán)境類別含義事件事件定義

1氣溫平穩(wěn)氣溫變化相比前兩周均值變化在3℃以內

2氣溫小幅下降氣溫降低3℃-5℃

3氣溫當天的氣溫情況氣溫大幅下降氣溫降低5℃以上

4氣溫小幅上升氣溫升高3℃-5℃

5氣溫大幅上升氣溫升高5℃以上

2

T/BSTAUM001—2023

6氣象當天的氣象情況陰、晴、雨、雪根據(jù)當天天氣情況進行定義

7季節(jié)當前日期所處季節(jié)春、夏、秋、冬根據(jù)當前日期進行定義

8驚蟄、春分等24個節(jié)根據(jù)當前日期進行定義

節(jié)氣當前日期所處節(jié)氣氣

9周末周六及周日周末根據(jù)當前為星期幾進行定義

國家或城市規(guī)定的節(jié)

10節(jié)假日假日節(jié)假日根據(jù)當前日期進行定義

由國家或城市舉辦的

具有較大影響力、參

11重大活動與度和社會關注度的重大活動根據(jù)當前日期和活動安排定義

活動（如冬奧會、兩

會、二十大等）。

氣象條件明顯偏離正

常氣候水平，造成嚴

重天氣災害和影響社

強風、暴雨、暴雪、沙根據(jù)氣象情況定義

12極端天氣會生產、生活和大自塵暴等

然生態(tài)等方面的極端

氣象現(xiàn)象。

3.2數(shù)據(jù)分析過程和目標

3.2.1城市生命線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基本任務包括:

a)分類與預測;b)聚類分析;c)關聯(lián)規(guī)則;d)時序模式;e)偏差檢驗

3.2.2數(shù)據(jù)分析的過程包括：

a)明確分析對象和目標：城市生命線的數(shù)據(jù)體系涵蓋多個系統(tǒng)，應明確進行數(shù)據(jù)分析的目標，

確定分析的指標和呈現(xiàn)形式。

b)數(shù)據(jù)采集：從監(jiān)測系統(tǒng)或其他數(shù)據(jù)來源中抽取出與分析目標相關的樣本數(shù)據(jù)子集。抽取數(shù)據(jù)

的標準包括相關性、可靠性和有效性。

c)數(shù)據(jù)探索：拿到樣本數(shù)據(jù)集后，首先要對數(shù)據(jù)進行檢驗和探索，進行異常值分析、缺失值分

析、相關分析和周期性分析，檢查有沒有出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

d)數(shù)據(jù)預處理：主要包括數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)變量轉換、缺失值處理、壞數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)標準化、

主成分分析、屬性選擇、數(shù)據(jù)歸約等。

e)數(shù)據(jù)建模：根據(jù)城市生命線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基本任務選取對應的模型和算法

f)模型評價：根據(jù)不同任務選擇方法對模型輸出的結果和應用效果進行評價。

4城市生命線數(shù)據(jù)采集及預處理

4.1數(shù)據(jù)來源

4.1.1面向城市生命線的相關數(shù)據(jù)應來自于合適可靠的數(shù)據(jù)管理部門，在采集時保證數(shù)據(jù)的實時性和

真實性。時間范圍一般應不低于3個月，城市生命線和城市運行環(huán)境數(shù)據(jù)來源如表3所示。

表3城市生命線和城市運行環(huán)境數(shù)據(jù)來源

序號數(shù)據(jù)需求來源管理部門所需字段

11供水