城市生命线检测数据分析指南

T/BSTAUM001—2023

城市生命线监测数据分析指南

1范围

本文件规定了城市生命线监测数据分析的运行事件、采集及预处理和分析和预测。

本文件适用于北京市供水、排水、供电、供气、供热、能源供应的风险分析、监测预警、技术选择

及城市网格化综合管理平台建设，其他城市可参考执行。

2术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

2.1

城市网格化综合管理Urbangridbasedcomprehensivemanagement;

多个城市管理相关部门，运用先进的信息技术手段，有效整合各自建成的网格化管理系统，构建的

实现多部门协同的城市综合监测以及协同管理的工作模式。

2.2

城市生命线UrbanLifelines

城市运行中不可或缺的供电系统、供热系统、供水排水系统、供气系统、能源天然气供应等维系城

市功能和保障城市运转的城市基础设施。

2.3

城市生命线运行事件监测和分析Monitoringandanalysisofurbanlifelineoperationevents

对城市生命线运行的指标状态及其变化情况进行监测、记录、建模和分析。

2.4

数据预处理Datapreprocessing

在进行数据分析之前，对数据进行清洗、过滤、转换等处理，以保证数据可用性和准确性。

2.5

数据建模及预测预警Datamodelingandpredictivewarning

选择合适的数学模型或算法对数据进行建模，如回归分析、神经网络、事理图谱等，在历史数据和

模型预测基础上对未来的城市生命线运行状态进行预测和预警，从而及时采取措施，

3城市生命线运行事件

3.1事件定义

3.1.1根据城市生命线运行指标状态和可能发生的变化情况，对城市生命线运行事件进行定义，定义

如表1所示。

表1城市生命线运行事件定义表

序号城市生命线类别含义事件事件定义

1

T/BSTAUM001—2023

供水量相比前两周均值变化范围在2%以

11供水平稳

内

22为城市居民、企业

供水小幅下降供水减少2%-5%

2和公共设施提供清

33供水洁饮用水和生活用

供水大幅下降供水减少5%以上

3水，以满足生活和

44生产的需要。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

供电量相比前两周均值变化范围在2%以

66供电平稳

内

为城市、工业、商

77供电小幅下降供电减少2%-5%

业或家庭用户提供

88供电电力，以满足生产、供电大幅下降供电减少5%以上

生活和其他用电需

99供电小幅上升供电增加2%-5%

求。

101

供电大幅上升供电增加5%以上

1

111供气量相比前两周均值变化范围在2%以

供气平稳

5内

供气是指为城市、

121

工业、商业或家庭供气小幅下降供气减少2%-5%

6

用户提供燃气（一

131供气

般指天然气），以供气大幅下降供气减少5%以上

7

满足生产、生活和

14其他热能需求供气小幅上升供气增加2%-5%

15供气大幅上升供气增加5%以上

供热量相比前两周均值变化范围在2%以

16供热平稳

为城市、工业、商内

17业或家庭用户提供供热小幅下降供热减少2%-5%

热能（一般指蒸汽、

供热

18热水或热空气），供热大幅下降供热减少5%以上

19以满足生产、生活供热小幅上升供热增加2%-5%

和其他热能需求。

20供热大幅上升供热增加5%以上

212

供油平稳供油量相比前两周均值变化范围在2%以内

1

222

供油小幅下降供油减少2%-5%

2

为城市交通和生产

232能源供应（汽油、柴

运行提供能源，一供油大幅下降供油减少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根据城市运行的环境状态对城市运行环境事件进行定义，定义如表2所示：

表2城市运行环境事件定义表

序号城市运行环境类别含义事件事件定义

1气温平稳气温变化相比前两周均值变化在3℃以内

2气温小幅下降气温降低3℃-5℃

3气温当天的气温情况气温大幅下降气温降低5℃以上

4气温小幅上升气温升高3℃-5℃

5气温大幅上升气温升高5℃以上

2

T/BSTAUM001—2023

6气象当天的气象情况阴、晴、雨、雪根据当天天气情况进行定义

7季节当前日期所处季节春、夏、秋、冬根据当前日期进行定义

8惊蛰、春分等24个节根据当前日期进行定义

节气当前日期所处节气气

9周末周六及周日周末根据当前为星期几进行定义

国家或城市规定的节

10节假日假日节假日根据当前日期进行定义

由国家或城市举办的

具有较大影响力、参

11重大活动与度和社会关注度的重大活动根据当前日期和活动安排定义

活动（如冬奥会、两

会、二十大等）。

气象条件明显偏离正

常气候水平，造成严

重天气灾害和影响社

强风、暴雨、暴雪、沙根据气象情况定义

12极端天气会生产、生活和大自尘暴等

然生态等方面的极端

气象现象。

3.2数据分析过程和目标

3.2.1城市生命线监测数据分析的基本任务包括:

a)分类与预测;b)聚类分析;c)关联规则;d)时序模式;e)偏差检验

3.2.2数据分析的过程包括：

a)明确分析对象和目标：城市生命线的数据体系涵盖多个系统，应明确进行数据分析的目标，

确定分析的指标和呈现形式。

b)数据采集：从监测系统或其他数据来源中抽取出与分析目标相关的样本数据子集。抽取数据

的标准包括相关性、可靠性和有效性。

c)数据探索：拿到样本数据集后，首先要对数据进行检验和探索，进行异常值分析、缺失值分

析、相关分析和周期性分析，检查有没有出现异常的数据状态。

d)数据预处理：主要包括数据筛选、数据变量转换、缺失值处理、坏数据处理、数据标准化、

主成分分析、属性选择、数据归约等。

e)数据建模：根据城市生命线监测数据分析的基本任务选取对应的模型和算法

f)模型评价：根据不同任务选择方法对模型输出的结果和应用效果进行评价。

4城市生命线数据采集及预处理

4.1数据来源

4.1.1面向城市生命线的相关数据应来自于合适可靠的数据管理部门，在采集时保证数据的实时性和

真实性。时间范围一般应不低于3个月，城市生命线和城市运行环境数据来源如表3所示。

表3城市生命线和城市运行环境数据来源

序号数据需求来源管理部门所需字段

11供水每日供水量、消耗量

城市综合管理服务平台

2供电每日电力负荷

3

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3供气每日供气量、消耗量

4供热每日供热量、消耗量

5能源（汽油、柴油）每日供油量、消耗量

62季节当前季节

73节气公开数据查询当前所属节气段

84周末当前是否周末

95节假日当前是否节假日

政府公示或安排

10重大活动当前是否有重大活动

11极端天气天气预报或预警部门当前是否有极端天气发生

4.2预处理

4.2.1首先应对数据进行校验并结合规律进行分析。

4.2.2采集到的数据应保证数据的完整性和准确性。

4.2.3多渠道汇总的数据应进行转换和集成，将数据从原始格式转换为便于分析和处理的格式，整合

成统一的数据集合。

4.2.4在进行数据分析和建模之前，应对数据进行归一化或标准化处理。

4.2.5针对数据量比较庞大的情况，应采取数据降维的方法，从数据中提取重点信息。

4.2.6对数据应进行可视化，以图表或地图形式进行直观展示。

4.2.7完成数据预处理后，应进行数据的备份和保存，保证数据安全、可靠，并方便后续的维护、处

理和使用。

5城市生命线数据的分析和预测

5.1一般规定

5.1.1进行数据分析和预测之前，应明确分析的目标和需求，针对性地进行数据选择和建模。

5.1.2根据数据特点和分析任务的需求，应选择合适的数据分析模型，包括适合的机器学习或其他数

据挖掘模型。

5.1.3在进行数据预测前，需要对模型进行验证和评估，保证模型的预测准确度。

5.1.4对于城市生命线数据预测结果，应进行风险评估和分析。

5.1.5对数据分析得到的预测结果应进行解释和说明。

5.2模型选择

5.2.1对于供水、供电等时间序列数据，进行单一分析时，宜采用ARIMA、TS2Vec等机器学习或深度

学习时间序列分析方法。

5.2.2对于以多数据源集成的城市生命线数据，以某一生命线指标为分析和预测目标，其他指标作为

特征进行的关联分析和预测，可通过贝叶斯网络、决策树、支持向量机、多层感知机等机器学习模型进

行分类和回归分析。

5.2.3对于以城市生命线运行事件为中心，探究事件间发生顺序和关系，进而开展预警预报的分析目

标，可基于城市生命线运行事理图谱进行分析和预测。

4

T/BSTAUM001—2023

5.3模型评价

5.3.1分类与预测模型对训练集进行预测而得出的准确率并不能很好地反映预测模型未来的性能，为

了有效评估一个预测模型的性能表现，应提前对数据集进行划分，分为独立的训练集、验证集和测试集，

并在测试集上对模型的准确率进行评估。

5.3.2模型预测效果评价，宜用准确率、精确率、召回率、ROC曲线等指标来进行衡量。

5.3.3模型回归效果评价，通常用相对/绝对误差、平均绝对误差、均方误差、均方根误差等指标来进

行衡量。

5.3.4聚类分析算法评价，聚类结果的组内相似性越大，组间差别越大，聚类效果就越好，典型的评

估指标有Purity评价法、RI评价法和F值评价法。

5

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城市生命线监测数据分析指南

1范围

本文件规定了城市生命线监测数据分析的运行事件、采集及预处理和分析和预测。

本文件适用于北京市供水、排水、供电、供气、供热、能源供应的风险分析、监测预警、技术选择

及城市网格化综合管理平台建设，其他城市可参考执行。

2术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

2.1

城市网格化综合管理Urbangridbasedcomprehensivemanagement;

多个城市管理相关部门，运用先进的信息技术手段，有效整合各自建成的网格化管理系统，构建的

实现多部门协同的城市综合监测以及协同管理的工作模式。

2.2

城市生命线UrbanLifelines

城市运行中不可或缺的供电系统、供热系统、供水排水系统、供气系统、能源天然气供应等维系城

市功能和保障城市运转的城市基础设施。

2.3

城市生命线运行事件监测和分析Monitoringandanalysisofurbanlifelineoperationevents

对城市生命线运行的指标状态及其变化情况进行监测、记录、建模和分析。

2.4

数据预处理Datapreprocessing

在进行数据分析之前，对数据进行清洗、过滤、转换等处理，以保证数据可用性和准确性。

2.5

数据建模及预测预警Datamodelingandpredictivewarning

选择合适的数学模型或算法对数据进行建模，如回归分析、神经网络、事理图谱等，在历史数据和

模型预测基础上对未来的城市生命线运行状态进行预测和预警，从而及时采取措施，

3城市生命线运行事件

3.1事件定义

3.1.1根据城市生命线运行指标状态和可能发生的变化情况，对城市生命线运行事件进行定义，定义

如表1所示。

表1城市生命线运行事件定义表

序号城市生命线类别含义事件事件定义

1

T/BSTAUM001—2023

供水量相比前两周均值变化范围在2%以

11供水平稳

内

22为城市居民、企业

供水小幅下降供水减少2%-5%

2和公共设施提供清

33供水洁饮用水和生活用

供水大幅下降供水减少5%以上

3水，以满足生活和

44生产的需要。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

供电量相比前两周均值变化范围在2%以

66供电平稳

内

为城市、工业、商

77供电小幅下降供电减少2%-5%

业或家庭用户提供

88供电电力，以满足生产、供电大幅下降供电减少5%以上

生活和其他用电需

99供电小幅上升供电增加2%-5%

求。

101

供电大幅上升供电增加5%以上

1

111供气量相比前两周均值变化范围在2%以

供气平稳

5内

供气是指为城市、

121

工业、商业或家庭供气小幅下降供气减少2%-5%

6

用户提供燃气（一

131供气

般指天然气），以供气大幅下降供气减少5%以上

7

满足生产、生活和

14其他热能需求供气小幅上升供气增加2%-5%

15供气大幅上升供气增加5%以上

供热量相比前两周均值变化范围在2%以

16供热平稳

为城市、工业、商内

17业或家庭用户提供供热小幅下降供热减少2%-5%

热能（一般指蒸汽、

供热

18热水或热空气），供热大幅下降供热减少5%以上

19以满足生产、生活供热小幅上升供热增加2%-5%

和其他热能需求。

20供热大幅上升供热增加5%以上

212

供油平稳供油量相比前两周均值变化范围在2%以内

1

222

供油小幅下降供油减少2%-5%

2

为城市交通和生产

232能源供应（汽油、柴

运行提供能源，一供油大幅下降供油减少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根据城市运行的环境状态对城市运行环境事件进行定义，定义如表2所示：

表2城市运行环境事件定义表

序号城市运行环境类别含义事件事件定义

1气温平稳气温变化相比前两周均值变化在3℃以内

2气温小幅下降气温降低3℃-5℃

3气温当天的气温情况气温大幅下降气温降低5℃以上

4气温小幅上升气温升高3℃-5℃

5气温大幅上升气温升高5℃以上

2

T/BSTAUM001—2023

6气象当天的气象情况阴、晴、雨、雪根据当天天气情况进行定义

7季节当前日期所处季节春、夏、秋、冬根据当前日期进行定义

8惊蛰、春分等24个节根据当前日期进行定义

节气当前日期所处节气气

9周末周六及周日周末根据当前为星期几进行定义

国家或城市规定的节

10节假日假日节假日根据当前日期进行定义

由国家或城市举办的

具有较大影响力、参

11重大活动与度和社会关注度的重大活动根据当前日期和活动安排定义

活动（如冬奥会、两

会、二十大等）。

气象条件明显偏离正

常气候水平，造成严

重天气灾害和影响社

强风、暴雨、暴雪、沙根据气象情况定义

12极端天气会生产、生活和大自尘暴等

然生态等方面的极端

气象现象。

3.2数据分析过程和目标

3.2.1城市生命线监测数据分析的基本任务包括:

a)分类与预测;b)聚类分析;c)关联规则;d)时序模式;e)偏差检验

3.2.2数据分析的过程包括：

a)明确分析对象和目标：城市生命线的数据体系涵盖多个系统，应明确进行数据分析的目标，

确定分析的指标和呈现形式。

b)数据采集：从监测系统或其他数据来源中抽取出与分析目标相关的样本数据子集。抽取数据

的标准包括相关性、可靠性和有效性。

c)数据探索：拿到样本数据集后，首先要对数据进行检验和探索，进行异常值分析、缺失值分

析、相关分析和周期性分析，检查有没有出现异常的数据状态。

d)数据预处理：主要包括数据筛选、数据变量转换、缺失值处理、坏数据处理、数据标准化、

主成分分析、属性选择、数据归约等。

e)数据建模：根据城市生命线监测数据分析的基本任务选取对应的模型和算法

f)模型评价：根据不同任务选择方法对模型输出的结果和应用效果进行评价。

4城市生命线数据采集及预处理

4.1数据来源

4.1.1面向城市生命线的相关数据应来自于合适可靠的数据管理部门，在采集时保证数据的实时性和

真实性。时间范围一般应不低于3个月，城市生命线和城市运行环境数据来源如表3所示。

表3城市生命线和城市运行环境数据来源

序号数据需求来源管理部门所需字段

11供水