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群智能架構如何解決現有建筑智能化系統問題?清華大學教授為您解讀

發布時間:2019-03-26 08:28:25

         近年來信息技術得到快速發展和廣泛應用。群智能系統以扁平化、無中心的系統架構,區別于傳統分層中央控制的智能化系統,為建筑、城市控制管理提供靈活開放的平臺,滿足使用者、運營者和建設者的不同使用需求。那么群智能到底是什么?群智能技術又是如何運用到樓控系統里的呢?

在中國建筑業協會智能建筑分會2018年會員代表大會上,主辦方邀請到群智能專委會副主任委員、清華大學自動化系 趙千川教授發表了題為“群智能和智能建筑前沿技術”的主題報告,探討當物聯網、大數據和人工智能等技術在應用于建筑領域時,為系統性能優化和安全控制帶來的研究機遇與挑戰。

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群智能專委會副主任委員、清華大學自動化系 趙千川教授

 

趙千川,清華大學自動化系教授,博士生導師,智能與網絡化系統研究中心主任。擔任中國自動化學會控制理論專業委員會委員、中國系統工程學會理事、IEEE RAS智能建筑專業委員會主任,IEEE 匯刊“IEEE Transactions on Control of Network Systems”和 “IEEE Transactions on Automation Science and Engineering”編委,《控制理論與應用》副主編等國內學術刊物職位。主要研究方向為網絡化動態系統性能優化與安全控制及其在建筑、電力、制造、通信等領域的應用。曾獲國家自然科獎二等獎(排名第二)、教育部自然科學二等獎(排名第一)。2014年獲國家杰出青年科學基金資助。

報告中,趙教授以他負責的十三五重點研發項目為依托,重點介紹了其團隊建立的基于群智能的扁平化新型建筑智能化系統I2B架構和相應的系統平臺技術,以并聯水泵群控和傳感器故障檢測等典型應用為例,展示該架構如何克服傳統的集中式分層架構存在的不足,實現樓控機電設備即插即用,樓控系統的自組織分布式協作計算和節能控制。

 

 

調研現狀:

 

智能化系統利用率不高:以暖通空調系統為例,多數系統僅實現對設備的遠程開關機;智能化系統對設備的自動加減機控制,對設備狀態的自動調節功能未發揮出來;

系統調試和運維門檻和成本高:目前的建筑智能化系統整體構架繁復,控制設備和現場設備連線過多,帶來建設周期長,調試周期長,維護門檻高,調試過程需要專業技術人員來完成該項工作;系統或者設備出現問題或故障后,建設方需要重新布線、調試。時間成本和人員成本投入較高;由于系統整體構架原因,現階段智能化系統對人員自身技術水平的依賴過多;

不同設備或系統集成復雜:不同子系統或設備采用不同通訊協議,導致整個系統集成難度大,且集成完成后系統穩定性差;集成的系統基本獨立工作,各系統聯動運行較少;

智能化系統設計主體為設備廠商:目前的建筑智能化深化主要由設備廠家配合完成,專業電氣設計師參與度不高;

運維人員參與度?。?/span>暖通空調系統的控制和調試基本由專業廠家完成,調試完成由運維主體接管后,由于系統構架復雜,操作過程不直觀,運維管理人員機電專業知識水平的限制,運維管理人員在整個系統運維過程中的參與度??;

節能和便捷化不高:調研顯示,應用智能化控制系統的建筑并未體現出顯著的建筑節能性,且建筑用戶對建筑室內環境的不滿意程度時有發生,尤其是供暖季和供冷季;

無移動端管理系統

建筑用戶參與度?。?/span>現建筑智能化系統僅供專業人員使用,無普通用戶交互接口,作為建筑的實際使用者,普通用戶無法參與到整個運維過程中來;

智能化最新技術發展體現不足:基于BIM,人工智能的運維管理體現不足

 

 

用戶期待

 

極大程度降低智能化系統設計、建設、調試成本;

傳感器和控制設備的配置及鏈接更加簡單、穩定;

系統和設備之間能夠通過自識別、免配置,實現快速集成,即插即用,投入使用;

更加規范化、標準化、便捷的系統構架或集成方式,系統故障后,應具備快速故障自診斷功能;

提高智能化性能,降低使用門檻,簡化使用流程,建筑運維人員及使用者能夠簡單融入到對建筑的運維和優化管理;

能夠實現系統功能的個性化配置,如同智能手機隨意實現系統的各項功能;

手機端參與建筑運維管理;

智能化發現最近技術能夠簡單融入到建筑智能化系統中;將建筑全生命周期的管理理念融入建筑智能化發展中。

 

 

群智能架構解決現有建筑智能化系統問題

 

群智能

群智能到底是什么?群智能這個概念來自對自然界中昆蟲群體的觀察,群居性生物通過協作表現出的宏觀智能行為特征被稱為群智能,群智能技術屬于新一代人工智能當中八大研究方向中非常核心的一點。通俗的來說,比如蜜蜂種社會性的動物,每一只小蜜蜂的功能非常簡單,但是這些蜜蜂通過協作可以完成非常復雜的工作。群智能技術就是運用了這種仿生智能,也叫自然計算原理,那么這個原理怎么樣能夠借鑒到我們的樓控系統里?

 

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群智能建筑概念

 

我們在整個新架構當中引入一些邊緣計算的節點,這些邊緣計算節點就是圖中用密封這個圖標標的這些小的黑框,它實際上是一堆的小盒子,這些小盒子類似,你可以把它想象成我們的手機,但是他們之間是互相通氣的,類似于蜜蜂之間的協作,實現相鄰物體之間互相通信,然后保持對整個樓層的幾大系統進行協作控制。這其中的一大亮點在于:致力于讓建筑真正實現以人為中心。我們可以把這個系統想象為你的房間,房間里所有的感知、執行設備集成在這個小蜜蜂的控制之下,這就是智能節點,學術名詞叫CPN計算節點,一個小蜜蜂管控著一個區域,不同區域間完成交互、協作,解決了一個縱向集成和分層控制中產生的復雜通信問題,這樣就解決了調研當中的核心問題。群智能架構能夠解決現有建筑智能化系統問題。

 

群智能架構一種由相互協作的智能節點實現的扁平化、無中心建筑智能化架構。研發全新的適應大型公共建筑節能需求的扁平化、無中心建筑智能化系統平臺技術,建立創新的建筑智能化技術體系,能夠推動標準化工作,確定統一的建筑運行信息標準化描述方法;開發智能化系統軟硬件設備,支持即插即用新型架構平臺在實際項目中應用;研發各種智能機電設備和不同功能的控制管理軟件,解決基于新架構的典型建筑節能控制管理功能,帶動傳統建筑機電設備產業升級;通過示范工程,檢驗和示范新技術。

 圖片2.png

群智能架構實驗平臺

 

目前,基于群智能的建筑智能化系統研究工作總體情況:建立了支撐群智能建筑的算法架構;確定了統一的建筑運行信息標準化描述方法;完成了群智能建筑系統平臺的操作系統TOS和節點CPN的軟硬件開發,并通過了實驗驗證;研發了部分智能機電設備和節能控制管理軟件,實現了群智能建筑的部分能量管理和節能控制功能,并已經開展了若干工程示范。

展望建筑智能化系統未來發展,趙教授指出,建筑以人為本,服務人民對美好健康生活的要求,利用好新技術,尤其是信息技術,充分發揮廣大機電工程師和設備廠家在智能化方面的作用,在工程實踐中推動新技術探索和應用發展。

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