基于傳感器的智能建筑監(jiān)測和數據收集技術

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

智能建筑監(jiān)控架構

樓宇自動化和控制系統(tǒng)（BACS）已成為先進樓宇管理技術的關鍵要素。這些系統(tǒng)由硬件和軟件元件組成，用于通過增強的連接性實現有效的溝通、決策和自動控制，從而自動控制和調節(jié)各種建筑系統(tǒng)。

BACS包括三個層次：管理、自動化（監(jiān)督）和現場。管理層構成了人機界面，包括操作員和監(jiān)控單元，所有這些都與主要數據處理系統(tǒng)相連。或者，自動化層形成集成多個離散設備的各種通信網絡的通信和控制的主要樞紐。

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

智能建筑監(jiān)控應用

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

自動照明管理系統(tǒng)減少了能源使用，同時確保了居住者的視覺舒適度?；谖锫摼W（IoT）的照明控制可實現有效的智能建筑管理和控制。此外，時間調度、日光收集和占用控制等策略用于照明管理。

供暖、通風和空調（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)通常控制溫度、濕度、空氣分布和室內空氣質量。此外，智能HVAC系統(tǒng)提高了能源效率并自動控制室內氣候以提高舒適度。

然而，HVAC系統(tǒng)在辦公樓中消耗的能源最多，因此需要仔細優(yōu)化能源效率和環(huán)境影響。這可以通過設計降低供暖和制冷負荷的建筑物來實現。此外，應監(jiān)控靜態(tài)（建筑材料、方向和位置）和動態(tài)（天氣數據、占用特征、能源使用和水使用）參數的能源消耗。

通過智能水表進行用水量監(jiān)測有助于檢測漏水并避免浪費。監(jiān)控居住者的最終使用習慣可以保護建筑物中的水資源并預測未來的用水量。此外，水質傳感器還可以監(jiān)測水質。

最重要的是，室內占用數據對于智能建筑系統(tǒng)至關重要。運動或占用傳感器允許準確預測和數據驅動的決策，通過有效控制商業(yè)建筑中的 HVAC 系統(tǒng)，最大限度地減少運營能源和水的消耗。

數據聚合

有效的數據管理增強了數據交換，促進了可互操作的建筑模型，并定義了建筑構件在其整個生命周期中的規(guī)格。此外，智能建筑應用需要組合來自多個分散系統(tǒng)的數據。這需要先進的計算基礎設施和處理高數據生成需求的能力。

由于持續(xù)監(jiān)控，智能建筑中的異構傳感器會加速生成大量數據。因此，實時分析（RTA）對于持續(xù)無縫的數據處理至關重要。RTA為快速決策提供了有價值的見解，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合了來自各種IoT傳感器的數據，以對監(jiān)控系統(tǒng)的行為進行連貫、準確和可靠的理解，從而改善建筑運營。它支持對單個傳感器進行全面一致的數據分析，同時組合來自多個傳感器的數據可以提高數據集的精度、可靠性和清晰度。

然而，傳感器融合過程面臨一些挑戰(zhàn)，包括數據的不完善和相關性、不一致以及數據集的異質性。這些可以通過使用基礎設施即服務方法進行初始驗證和基線數據采集來緩解。

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)作相關的問題。BIM、IoT設備和BACS之間的協(xié)同作用可以更智能地處理大型、復雜和動態(tài)的傳感器數據，從而實現數據驅動的建筑管理。例如，來自IoT傳感器的時間序列數據提供數值和模式，而BIM則提供建筑物系統(tǒng)之間的上下文和語義連接。

總結

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。討論了傳感器網絡的數據收集挑戰(zhàn)以及這些數據的后續(xù)構建和處理。

BACS允許建筑管理人員和設施運營商通過收集可靠的實時數據來監(jiān)控復雜環(huán)境中的關鍵參數和操作。因此，管理智能建筑需要能夠處理大量數據生成的高級計算基礎設施。研究人員建議開發(fā)一個適用于不同公共建筑架構的兼容智能設施監(jiān)控框架，在BACS和BIM中戰(zhàn)略性地集成物聯網設備和傳感器。

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