基于傳感器的智能建筑監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)收集技術(shù)

最近發(fā)表在《應(yīng)用科學(xué)》上的一篇評(píng)論文章探索并比較了各種解決方案，以測(cè)量有效智能建筑監(jiān)控系統(tǒng)的建筑參數(shù)，該系統(tǒng)考慮了建筑居住者行為、傳感器部署和實(shí)施復(fù)雜性。

智能建筑監(jiān)控架構(gòu)

樓宇自動(dòng)化和控制系統(tǒng)（BACS）已成為先進(jìn)樓宇管理技術(shù)的關(guān)鍵要素。這些系統(tǒng)由硬件和軟件元件組成，用于通過增強(qiáng)的連接性實(shí)現(xiàn)有效的溝通、決策和自動(dòng)控制，從而自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)各種建筑系統(tǒng)。

BACS包括三個(gè)層次：管理、自動(dòng)化（監(jiān)督）和現(xiàn)場。管理層構(gòu)成了人機(jī)界面，包括操作員和監(jiān)控單元，所有這些都與主要數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連?；蛘?，自動(dòng)化層形成集成多個(gè)離散設(shè)備的各種通信網(wǎng)絡(luò)的通信和控制的主要樞紐。

現(xiàn)場層包括物理輸入傳感器、執(zhí)行器和輸出激活器。這些分布在整個(gè)建筑物中的特定應(yīng)用控制器提供監(jiān)控和控制功能。此外，三層BACS架構(gòu)在自動(dòng)化層之上采用中立監(jiān)控器，確保各種系統(tǒng)和設(shè)備之間的互操作性，以實(shí)現(xiàn)樓宇管理的運(yùn)營精度和效率。

智能建筑監(jiān)控應(yīng)用

一個(gè)全面的建筑優(yōu)化系統(tǒng)可以監(jiān)控所有建筑和設(shè)施管理方面，包括空間利用率、能源使用、水消耗和分配。

自動(dòng)照明管理系統(tǒng)減少了能源使用，同時(shí)確保了居住者的視覺舒適度?；谖锫?lián)網(wǎng)（IoT）的照明控制可實(shí)現(xiàn)有效的智能建筑管理和控制。此外，時(shí)間調(diào)度、日光收集和占用控制等策略用于照明管理。

供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)有助于控制建筑物的氣候，以確保居住者的舒適和安全。這些系統(tǒng)通?？刂茰囟取穸?、空氣分布和室內(nèi)空氣質(zhì)量。此外，智能HVAC系統(tǒng)提高了能源效率并自動(dòng)控制室內(nèi)氣候以提高舒適度。

然而，HVAC系統(tǒng)在辦公樓中消耗的能源最多，因此需要仔細(xì)優(yōu)化能源效率和環(huán)境影響。這可以通過設(shè)計(jì)降低供暖和制冷負(fù)荷的建筑物來實(shí)現(xiàn)。此外，應(yīng)監(jiān)控靜態(tài)（建筑材料、方向和位置）和動(dòng)態(tài)（天氣數(shù)據(jù)、占用特征、能源使用和水使用）參數(shù)的能源消耗。

通過智能水表進(jìn)行用水量監(jiān)測(cè)有助于檢測(cè)漏水并避免浪費(fèi)。監(jiān)控居住者的最終使用習(xí)慣可以保護(hù)建筑物中的水資源并預(yù)測(cè)未來的用水量。此外，水質(zhì)傳感器還可以監(jiān)測(cè)水質(zhì)。

最重要的是，室內(nèi)占用數(shù)據(jù)對(duì)于智能建筑系統(tǒng)至關(guān)重要。運(yùn)動(dòng)或占用傳感器允許準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策，通過有效控制商業(yè)建筑中的 HVAC 系統(tǒng)，最大限度地減少運(yùn)營能源和水的消耗。

數(shù)據(jù)聚合

有效的數(shù)據(jù)管理增強(qiáng)了數(shù)據(jù)交換，促進(jìn)了可互操作的建筑模型，并定義了建筑構(gòu)件在其整個(gè)生命周期中的規(guī)格。此外，智能建筑應(yīng)用需要組合來自多個(gè)分散系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這需要先進(jìn)的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施和處理高數(shù)據(jù)生成需求的能力。

由于持續(xù)監(jiān)控，智能建筑中的異構(gòu)傳感器會(huì)加速生成大量數(shù)據(jù)。因此，實(shí)時(shí)分析（RTA）對(duì)于持續(xù)無縫的數(shù)據(jù)處理至關(guān)重要。RTA為快速?zèng)Q策提供了有價(jià)值的見解，從而提高了監(jiān)控系統(tǒng)的效率和可靠性。

智能建筑中的傳感器融合結(jié)合了來自各種IoT傳感器的數(shù)據(jù)，以對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的行為進(jìn)行連貫、準(zhǔn)確和可靠的理解，從而改善建筑運(yùn)營。它支持對(duì)單個(gè)傳感器進(jìn)行全面一致的數(shù)據(jù)分析，同時(shí)組合來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)可以提高數(shù)據(jù)集的精度、可靠性和清晰度。

然而，傳感器融合過程面臨一些挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)的不完善和相關(guān)性、不一致以及數(shù)據(jù)集的異質(zhì)性。這些可以通過使用基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)方法進(jìn)行初始驗(yàn)證和基線數(shù)據(jù)采集來緩解。

或者，建筑信息模型（BIM）可以解決與建筑生命周期中的信息交換、互操作性和有效協(xié)作相關(guān)的問題。BIM、IoT設(shè)備和BACS之間的協(xié)同作用可以更智能地處理大型、復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的傳感器數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的建筑管理。例如，來自IoT傳感器的時(shí)間序列數(shù)據(jù)提供數(shù)值和模式，而BIM則提供建筑物系統(tǒng)之間的上下文和語義連接。

總結(jié)

總體而言，研究人員全面回顧和比較了建筑監(jiān)控中使用的各種傳感器技術(shù)。討論了傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集挑戰(zhàn)以及這些數(shù)據(jù)的后續(xù)構(gòu)建和處理。

BACS允許建筑管理人員和設(shè)施運(yùn)營商通過收集可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來監(jiān)控復(fù)雜環(huán)境中的關(guān)鍵參數(shù)和操作。因此，管理智能建筑需要能夠處理大量數(shù)據(jù)生成的高級(jí)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。研究人員建議開發(fā)一個(gè)適用于不同公共建筑架構(gòu)的兼容智能設(shè)施監(jiān)控框架，在BACS和BIM中戰(zhàn)略性地集成物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器。

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