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智能多用户偏好与活动控制模型的设计建筑节能系统

摘要：智能建筑的环境适应性是节能的需要。这种基于调度的控制模型广泛实现，具有用户依赖性，并且在活动过程中不考虑占用者对能源使用的需求(即忽略用户偏好)而假定最大占用率。本文研究了一种基于用户偏好、存在性、位置和活动的建筑物控制模型，给出了一个形式化模型，包括多用户偏好的冲突解决技术(最小、最大和平均偏好模型)。本研究的贡献在于对满足多用户偏好的能量效率控制模型进行了优化。通过仿真对所提出的控制模型进行了评价，并与基于调度的控制模型进行了比较。结果表明，最小、最大、平均能耗分别为73.5kWh/d、44.5kWh/d和58.9kWh/d，比基于调度的控制模型更有效。如果用欧氏距离来估计温度和光致动对多用户偏好的误差值，则误差最小的是平均偏好。

关键词智能建筑，用户喜好，活动，能源效率，多用户

一.导言

智能建筑是适应性、非适应性、节能、耐用和舒适的建筑[1]。建筑系统对环境的适应性--居住特性、建筑功能、舒适性、气候条件--成为除节能外还必须满足的特点[1]。暖通空调控制系统一直是降低能耗的主要目标之一，也是对居住者的控制点之一。对用户在场信息的识别已被用于住宅建筑的节能控制[5]。在[6]中，用户活动通过动态热模拟，实现了基于门的传感器的智能环境检测。同时，活动识别已经被应用于能源管理系统和用户方便的建筑物中使用本体[7]。基于使用者行为的设备控制，根据建筑物的状况和大小以及天气[8]，以及使用嵌入式和穿戴传感器[9]对用户行为进行预测，以提高能源效率。

基于调度的控制模型已经在许多家庭自动化系统中实现.在[10]中，在办公环境中使用无线传感器执行机构网络(WSAN)建立了一个基于用户的自动化系统。这些基于控制模型的智能会议调度[11]，监控和控制系统在办公环境中，以最大限度地降低运营成本[12]。这个基于时间和空间容量的会议调度算法能够实现基于时间和空间容量的会议调度自动化，使得自动化系统能够意识到能量的消耗[11]。根据用户定义的策略监视和控制使用带有构建的运行计划的设备，以便按照用户定义的策略实现能源效率，从而降低办公环境中设备的运行成本[12]。办公环境中使用用户时间表的远程控制系统为控制任何地方的设备提供了方便，以提高能源效率[10]。。

尽管如此，这些都有一些缺点。例如，在将用户计划输入到系统(半手动)时，基于调度的能源效率具有用户依赖于设备控制的特性，并且假定最大占用率为[10]。此外，基于日程安排的能源效率并没有被认为是许多用户保持舒适的首选[10-12]。使电气设备的操作设置不符合当前的环境条件。

多用户偏好和多用户活动是智能建筑中的一个主要问题，因为它不仅是为了节能，也是为了方便多用户。与多用户偏好相比，智能建筑系统更易于基于单用户偏好的控制。本文提出了一种基于规则和提供的多用户活动偏好来处理设备控制的模型，并在每个用户偏好之间存在冲突时给出解决方案，并在执行活动时使用用户的位置。

基于规则的规则引擎具有以下优点：(A)规则引擎是智能建筑系统中能够提供灵活控制的关键部件；(B)规则引擎中的知识基础用于支持控制逻辑和决策，可用于更有效的能源管理；(C)规则具有将执行器功能设置为控制设备而不依赖用户的优点。因此，智能建筑的驱动过程不是半人工的，因此，智能建筑可以根据多用户的喜好、活动和位置进行调节。本文的研究成果是提供了一种基于多用户偏好和活动的设备控制形式化模型，以及在用户偏好冲突发生时的解决方案。本研究的目的是求出能源效率的最优值，以及多用户偏好的适应范围。

全文共分为以下几个部分：第一部分是绪论。在第二节中，我们提供了相关的工作，第三节给出了基于多用户偏好和活动的控制模型的设计，第四节和第五节给出了讨论和结果。最后，在第五节中，我们提出了结论和今后的工作。

二.相关工作

对智能建筑中的设备控制进行了一些研究，以提供能源效率。基于调度的控制模型使得通过进入系统[1l，12]的调度来维持电气设备的运行，并使用远程控制执行能量效率。

然而，这些控制模型对能源效率有如下的限制：(A)使用基于调度的控制模型的能源效率对建筑物控制有用户依赖性(B)电气设备操作设置不符合当前环境条件，例如在进行活动时使用与用户喜好相对应的能源或房间中的占用人数。在前面的研究中存在一个空白：基于调度的控制模型依赖于用户对设备的控制，并且不管占用者在能量消耗中的愿望如何：活动期间的需求，都假定最大占用率。因此，智能建筑系统的适应性无法生存。

活动中的多用户偏好由于对建筑环境中的能源消耗和服务的影响而成为一个重要的问题，尤其是在办公环境中。如果一个房间只有一个人，那么智能建筑系统就不会在大楼里设置糖果。建筑系统可以很容易地向执行机构分配命令来执行操作。然而，如果在同一时间和位置许多用户有不同的首选项，则系统会变得更清晰。它成为建筑系统智能化工作的问题之一，系统可以向执行机构发出动作指令，以决定建筑物中的控制装置，以满足许多用户及其活动的需要。

我们的研究不同于以往的研究，以往的研究侧重于能源效率和会议-多用户偏好的同时。为了实现这一目标，我们提出了一种基于设备控制的模型，即在执行活动时基于设备控制或多用户偏好的模型，使用位置来实现节能的设备自动化决策，以及在下列情况下处理冲突的模型：用户偏好有差异，使用最小、最大和平均偏好方法执行解析。本研究的主要目的是给出多用户偏好和活动的形式化模型，以及建筑物中驱动冲突的解决方法，从而确定能源效率和用户方便度的最优值。这项研究的好处是，建立系统可以更容忍多用户的需求，同时保持能源效率。通过仿真，我们对我们的控制模型进行了评估，并将其与基于调度的控制模型进行了比较。

三.提出的控制模型：基于多用户偏好和活动的控制设计

在本研究中，基于用户偏好、用户位置、活动和入住率检测的概念在智能大厦中进行控制。然后，该设备将根据用户的位置和偏好用户操作，将不会以最大占用为基础。这与基于调度的控制模型不同，在这种控制模式下，房间内的占用率被认为是最大的，而忽略了用户的偏好，即使设备操作是基于用户计划的。

在建筑的正式模型中，建筑物的一些楼层，每一层都有两个或多个楼层。这个房间有一些坐标，每个坐标都有一个传感器来定位坐在椅子上的人的位置(压力传感器)。每个坐标都有一个坐位装置，除了某些没有座位的区域。如果没有压力传感器的坐标，则仅以出勤率为基础。图1详细描述了基于多用户偏好和活动的控制设计的体系结构。

基于多用户偏好和活动的控制设计体系结构

在本研究中，我们定义了与用户档案相似的用户偏好。用户偏好--不执行活动--是在向执行器发出操作命令时形成的结果。用户喜好产生的用户舒适度一般受温度和照明的影响。这是因为温度和照明可以在用户喜好的上下文中清楚地描述。然而，满足用户的实时方便是一项艰巨的任务，因为它取决于用户的心情。

基于多用户偏好的智能建筑控制装置模型由三个系统支持，即占用检测、室内定位和主动识别。在控制设计中，这三个系统的产量被用作上下文或参数，以产生驱动决策和能量效应。然而，本研究没有特别讨论用户的存在、室内定位和活动识别。我们假设我们的系统从这三个系统中的每一个接收到输出，并且它们被认为是我们控制模型的控制设计中的上下文。这三个上下文是用户标识符、位置和活动(。然而，我们将解释这三种系统的一般工作机制。

存在系统的机制是通过存在传感器(e-g--无线电频率识别(RFID)标签和读取器传感器)来实现的。当用户进入房间时，RFID标签发送安装在房间中的RFID读取器读取的信号。

定位系统的目的是估计从采集到的和从移动设备接收的测量数据值中获得的位置。蓝牙，RFID，Zigbee，UWB和IEEE 802。1x是用于室内定位的技术实例[13]。

活动识别可以通过使用内置摄像头传感器、可穿戴传感器、r对象传感器来实现.此外，活动识别算法将执行检测过程，以向系统提供有关用户活动的信息[14]。

3.1基于位置使用者的驱动概念

为了阐明建筑物自动化装置的规则，下面描述规则的制定。定义的楼层语法表示一组可变结构? = {?1, ?2, ?3, hellip; , ??} ;其中f是地板。?? = {?1 , ?2? , ?3?, hellip; , ???;是地板的房间。指示的可视化在图2中描述。图2的图表描述了每个的箭头的方向显示了房间节点的地板节点的所有权。各房间?1? , ?2? , ?3? , hellip; , ??到?1? ?, ?2? ?, ?3? ?, hellip; , ???的位置描述为：

一些设备在满足用户的喜好(尤其是照明)中起着至关重要的作用，我们用灯的位置来表示坐标，每个的位置都是一个协调的位置，坐标中安装了RFID传感器来识别用户。假设每个坐标的面积与RFID读取器可以接受的信号范围相匹配，而不中断周围坐标中的RFID读取器，每个RFID读取器记录所有的用户ID数据。

这些坐标中的每一个都包含与某些用户首选项相关的电子设备(所有这些设备都是首选设备)。除窗户空调(窗空调)外，所有用户都使用空调。因此，坐标所表示的每个位置都有电子设备，并声明为：

地点：???(?,?) = 坐标 (?, ?) ，其中 ? = 1,2,3, hellip; , ? 和 ? = 1,2,3, hellip; , ?。在每一层的每个房间里数字

图2B楼的可视化必须从第一层开始?? 到 ?? n地板有空间

图3在单层空间上j=1 (?1? )坐标和下列属性的等效化。

?? = 发明的位置 ? = 1,2,3, hellip; , ? ??? = 控制的地方 ? = 1,2,3, hellip; , ? ?? = 用电的位置 ? = 1,2,3, hellip; , ? ?? = 压力传感器在哪? = 1,2,3, hellip; , ?

在图3中可以看到协同和后续属性的可视化。

用户存在、室内定位和活动识别系统的输出是用户标识(用户)、坐标(LOC)和活动(ACT)。这三个输出由规则系统处理，以将动作命令应用于执行器，在第3.2小节中描述了用户、位置、活动和多用户偏好与执行器操作之间的关系。

矩阵行表示可用坐标，矩阵列用来表示各房间的有效坐标y。每个(x，y)都包含放置在椅子上的感应器(P)。压力传感器作为条件的接收器工作，如果有一个重量根据等式。(3)。所述条件将使光驱动的命令(D)能够操作(打开或关闭)。照明是一个重要的设备，必须在每一个位置。每个坐标中的灯可以同时供多个用户使用。各坐标具有与偏好用户相关联的电气设备，例如灯和空调机。当执行活动时，与偏好用户相连的电气设备称为首选设备。首选的设备与地点有不同的条件(例如，照明)。关系式：???(?,?)到???(?,?minus;1) ，关系???(?,?)与???(?,? 1) ,，关系???(?,?) 到 ???(?minus;1,?) ,，以及p ???(?,?) 与 ???(? 1,?)的关系等，当在???(?,?)空，并且存在于位置???(?,?minus;1)或最近位置等情况下，出现???(?,?) 与 ???(?,?minus;1)的关系。

例如，坐标???(?,?)没有光器件，那么坐标???(?,?)处的压力传感器函数PI将触发在???(? 1,?) 和 ???(?,? 1)，这些条件独立为中心坐标(????)的位置上的光解。如果???(?,?)有放样装置，则???(?,?)成为依赖坐标，因为坐标中照明的驱动仅取决于该位置的每个传感器压力。以下是对位置的独立和依赖关系的形式化描述。

3.2用户、位置、活动和首选项之间的关系

现实生活中可能出现的一些情况是：一个或多个用户具有相似的偏好，一个或多个用户具有不同的首选项，一个或多个用户具有一个相似的首选项参数。与其他偏好参数是不同的，或可能的条件组合。用户在做专业活动时可以有不同的偏好，ORIT也可以是一样的。例如，在使用PC机阅读和工作时，Ana的照明偏好级别为1000勒克斯，温度为24℃，而Rosy则希望在阅读时使用温度为23℃的1500勒克斯照明。但她对使用个人电脑有不同的偏好，比如使用个人电脑时的照明偏好为1200勒克斯，室温25摄氏度。

在本研究中，我们确定了用户、活动和偏好之间的主要关系。主要关系是用户生成活动，而活动生成用户首选项。此外，用户首选项存储在智能建筑系统中，存储在数据库首选项中。偏好(P)温度(T)和亮度(I)的一致性。用户偏好与其他用户不同或相同。下面是用于活动的用户偏好的正式模型：

定义I：用户与活动的关系：用户是一个非空集，具有有限状态，并具有隶属函数? = {?1, ?2, ?3, hellip; , ??}；不含U和1 le; ? le; n。活动传感器被放置在与活动相关的对象中。如果对象中的传感器接收到一个值，则活动将被识别。传感器变量是一个非空和有限的状态集.传感器隶属函数是传感器= = {??, ??, ?? }。占位传感器也是，而活性传感器S是建筑物传感器，占用传感器隶属函数?? = {?1, ?2, ?3, hellip; , ?? }，隶属函数?? = {?1, ?2, ?3 hellip;

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