如何構建高效的智能建筑體系結構

2019-03-30 14:19:27 gongchengbu 1

目前,物聯網(Internet of Thing, IoT)已成為眾人關注的一個熱門話題,人們對IoT的興趣如此之大,以至于忽略了物聯網的核心思想:它并不是關于物(Thing)的本身,而在于如果讓物變“聰明”。正是通過提取傳感器采集數據中的信息,才使物聯網變得有用和真實——尤其是在建筑物聯領域中。因此,作為一個研究物聯網的起點,智能建筑的架構是一個很好的選擇。我們所有的物聯網應用程序都可以遵循智能建筑原則構建,所有物聯網商業模式也都可以根植于此。

擺在我們面前的一個事實,智慧建筑不是經過自上而下的設計而是自下而上拼裝而成。這是因為智能建筑中的安防系統,設施控制和其他物聯網系統通常是獨立設計和單獨部署的。因此,要真正獲得物聯網為建筑所帶來的好處,采用自上而下的方法并使所有物聯網系統協同工作至關重要。

分清智慧建筑的層次

千里之行始于足下,梳理出智慧建筑體系結構及其組件的層次非常重要。每個系統,無論安防、設備控制還是其它物聯應用,都包含兩個邏輯層:

1.傳感器和控制器層(sensor and controller layer),將各種外界環境數據轉化為電信號;

2.系統集線器(system hub),將傳感器和控制器層連接到上位邏輯控制器或存儲服務器。

其中,系統集線器是智能建筑中的關鍵元素,因為它是通過API與其他智能建筑元素進行信息交換的關鍵點。

系統集線器通常是一種專用設備,包括與系統的特定任務相關的軟件和功能 ,安防,環境監控,照明,空調和電梯等。每個系統的基本行為邏輯都在集線器的控制之下。傳感器數據也在系統集線器中進行處理,并在控制回路中反饋,以響應設備層中的變化。這種架構建立了一個很高效的控制循環,監測到波動和作出反饋動作之間的延遲被控制在最短。

智慧建筑智慧在何處

智能建筑中真正的智能來自于頂層:一個管理數據流的設備,可將其稱為設施控制器。它是在傳統服務器或云中運行的一個應用程序集合,通過API接口,它連接著部署于建筑物物聯網底層的物聯網系統集線器。在大多數物聯網應用中,設施控制器不對特定具體的設備進行控制,而是跨系統集成以構建更高級別的智慧控制。正是這個設施控制器創造了智能建筑,這些設施控制器的層次結構讓建筑具備智慧——最終發展為智慧城市。

設施控制器由智能建筑體系結構中的三個概念部分組成:集合API,關聯和分析,以及規則和策略。智能建筑物聯網中的一切都是來自于此三元素的共同作用。

1、集合API

集合API創建了與系統集線器的鏈接,這使得設施控制器能夠查看特定事件并生成控制響應。在大多數情況下,集合API不會捕獲系統集線器執行的所有操作或指示每個響應,而是提取代表特殊條件的信號。在某些情況下,這些API還將用于將策略推送到系統集線器,例如控制集線器如何進行邊緣控制。

2、關聯和分析

這是設施控制器的核心。這里是人工智能和機器學習等新識別技術的研究重點。從廣義上講,由于集中了系統級別的邏輯條件,跨系統中心的條件相關性是建立智慧建筑的基礎。復雜事件處理可以是其中的一個研究方向,但目前的重點是AI技術的應用,更具體地說,使用機器學習來區分日常運行報告和異常事件的警報。

系統級別的邏輯條件梳理是智能建筑IoT應用的關鍵。條件包括系統運行所需的基本信息,如系統時鐘,假日時間表,甚至天氣,所有這些通常可以從系統中心獲得。還有一些將需要策略模塊的協助。采暖系統是否正常運行,市政供電是否可用,網絡連接是否正常以及建筑物中的任何系統是否處于警戒狀態,這些特定的系統邏輯條件,還必須放入系統時間線中,再進行相關處理。設施控制器必須將通過集合API報告的事件規范化為單個事件集,以促進關聯分析和規則策略的應用。

3、規則和策略

規則和策略可以由控制建筑系統的專家直接輸入,或通過機器學習算法進行開發或兩者兼用。通常,策略是對由設施控制器可以采取的規則觸發動作的約束。規則是對系統范圍條件的測試,即設施控制器將命令發送到系統集線器,并通過集線器發送到物聯網網絡中的各種設備。

以安防系統為例,單個電源故障通常不會觸發安全警報,但如果通信丟失導致電源故障,如果隨后產生周邊警報,則該組合可能使系統進入高警報狀態并自動通知保安或警察。

展望與總結

物聯網發展至今,已超越了傳感器和集線器的傳統定義。預計從2017年到2024年,智慧建筑市場全球市場復合年增長率可達34%,并最終將達到619億美元。

在實際應用中,智能系統必須預留充足的可擴展空間,以便能夠容納盡可能多種類型的傳感器和控制設備,以及盡可能多的的系統集線器。如果不這樣,用戶后期會被迫進行代價昂貴的系統和技術升級。此外,設施控制器中的設備過多,還意味著技術孤島的高風險,這些孤島會限制用戶將新技術應用于系統中。

如今,物聯網智慧技術廣泛應用于建筑、社區甚至城市等場景中,本文所討論的,并不是要求開發一款可適用于各種場景的單一應用,而是需要一個標準化的系統架構。


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