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公共建筑能耗監測系統自下而上分為基礎設施層、信息資源與數據層、應用層、表現層四層架構。系統建設遵循標準規范體系，輔以安全保障體系來確保系統安全，系統總體框架如圖所示。
(1)標準規范體系該體系是保障監測系統規范建設、穩定運行、開放拓展的關鍵。包括以下三個方面：一是國家部省有關建筑節能、能耗監測的政策文件和通知意見;二是住建部有關國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測的相關技術導則;三是信息技術、電氣技術類相關具體技術標準。
(2)安全保障體系信息安全貫穿整個能耗監測系統，為確保系統運行于安全的環境下，必須從網絡、應用和管理三個方面采取相應的安全措施，建立安全、完善、自主可控的安全保障體系。
(3)基礎設施層基礎設施層由各種提供數據傳輸的網絡組成，在本系統中分為上層通信網絡和下層通信網絡。下層通信網絡負責將各種智能計量表計采集的能耗數據傳送至網關，采用基于 ZigBee 技術的無線網絡。上層通信網絡負責將能耗數據從網關傳送至系統的數據中心，采用 Internet 以太網絡技術構建傳輸網絡。同時具有將數據傳送至地區政府數據中心的預留功能。
(4)信息資源與數據層根據目前設計的功能，信息資源與數據層作為系統的數據中心可分為建筑基本情況庫、分類分項能耗庫、設計安裝庫、計量表計原始數據庫和其他庫。
(5)應用層應用層可以劃分為基礎功能、數據及消息管理、分析展示、信息服務、后臺管理五類，每一類下有若干個相對獨立的子模塊。每個模塊之間相互關聯卻互不干涉，減少了各子模塊之間的耦合度，靈活地調動各子模塊功能，彼此獨立運行，方便后續的維護工作，確保了系統的一致性和可擴展性等。
(6)表現層表現層提供用戶交互服務，用戶主要包括業務人員、研究人員、管理人員、建筑業主、公眾等，這些用戶可以通過使用系統分配的不同類型和權限的用戶名和密碼登錄建筑能耗監測系統，以便各個用戶獲取其關心的統計數據、分析數據等內容。
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