一種基於能耗策略的校園智能用電設備的控制方法與流程
2023-05-18 07:37:51
本發明屬於智能控制技術領域，具體涉及校園智能用電設備的控制方法。
背景技術：
目前，綠色校園建設是建築節能減排的重要方面。校園建築用電設備主要包括空調、照明、插座等。傳統的通過校園設備控制達到節能的方式存在諸多缺點。首先，操作不便。辦公建築中存在大量不同類型的設備，包括空調、照明、插座等，僅僅通過人工幹預的方式控制設備會花費大量時間。其次，用戶體驗差。空調設備包含高風、中風、低風、溫度等屬性，對每個屬性的設置都要讓用戶去點擊相應的按鈕，並且每次只能操控一臺空調，而當校園建築配備的空調設備較多時，對用戶來說工作量非常巨大， 由於操作不便，使設備控制人員的對控制空調的體驗變差，從而不願意不輕易改變設備的運行狀態，導致設備不能隨著外部環境的變化而設置到合理的狀態，從而也給使用空調的學生和老師帶來較差體驗。再次，節能效果差。設備不能根據環境變化及時調整自身狀態，造成用電浪費，比如，當室內溫度已經達到舒適範圍，不需要空調運行，但由於空調沒能及時關閉從而造成嚴重的耗電情況。第四，設備控制不夠靈活，用戶對設備的控制要求是隨著時間變化而變化的，當外界環境變化時，需要重新規劃對設備的控制策略，不能隨著外界條件的變化及時調整對設備的控制策略。
技術實現要素：
為克服傳統校園設備控制存在的浪費用電及控制不方便等不足，本發明提供一種基於能耗策略的智能設備控制方案，該方案不僅能使用電設備根據外界環境的變化及時調整自身屬性值，達到節能目的，而且能方便用戶對校園設備進行批量控制，有效提高管理人員的工作效率。
本發明提供的基於能耗策略的智能設備控制方法，具體步驟包括：利用面向對象表示方式表示影響設備控制的策略知識；在策略知識對象表示的基礎上確定定時策略、環境策略、場景模式策略三種對設備的控制策略；由一個系統用戶輸入界面用於策略知識的更新。其中：
1、利用面向對象表示方式表示影響設備控制的策略知識。
面向對象表示的知識對象包括兩個方面：基礎知識和策略知識。基礎知識是知識庫的基本方面，包括設備屬性、類型以及與設備相關的其它信息；策略知識存放設備智能控制的相關策略、規則，其依賴基礎知識而存在。
針對校園節能環境下的設備控制場景，本發明採用面向對象表示法（Object-Oriented Knowledge Representation，即OOKR）表示影響設備控制的策略知識。面向對象思想是對人類認知世界能力的一種高度抽象，更加符合人類的思維習慣，對知識的表示和處理更加符合人們的認知習慣。事實上，面向對象知識表示法融合了產生式、面向框架、過程等知識表示方法，是一種綜合的知識表示結構。其表示結構如下：
Class（類）〈Name（名稱）〉 extends（繼承） 〈BaseClass（基類） 〉{
Attribute（屬性）：
〈擁有知識〉
Method（方法）：
〈知識處理〉
Restraint（條件）：
〈限制條件〉
}
傳統的對象表示法把規則作為知識對象的屬性封裝到一個對象中，導致規則固化，當需要更改規則的時候必須更改對象結構，在控制推理過程中缺乏靈活性。在本發明採用的知識對象表示中，規則也可以被對象化，規則與一般知識對象的關係由對象內部的關係轉化為對象之間的關係，這種結合方式不僅將規則對象和知識對象區分對待，相對獨立，易於擴展和維護，提高系統靈活性，而且可以利用代碼復用，降低冗餘度。對象化的規則可由一個三元組表示〈N，P，Q，C〉。其中
N：表示規則的名稱；
P：表示規則的前件集合，一般由對象的屬性和方法組成；
Q：表示規則的結果集，一般由對象的方法組成；
C：規則執行條件，表示在什麼條件下觸發規則執行；
規則的這種表示方法，不僅包含對象化特點，而且也有過程化的特點。前件和結果集出現了對象，對象方法的執行本身具備過程性的特點，並且方法的執行和具體對象相關聯，實現了規則的過程化和對象化的結合。
2、在策略知識對象表示的基礎上提出定時策略、環境策略、場景模式策略三種對設備的控制策略。
定時策略使符合策略的設備在某一時刻共同進入同一狀態；環境策略使設備感知外部環境的變化，當環境變化達到預先設置的值時觸發智能設備進入預先設置的執行狀態；場景模式策略實現設備在不同場景模式下的不同狀態之間的轉換。
針對定時策略和環境策略，系統首先獲取主策略對象（Strategy）（主策略對象用於定義主控設備和傳感器之間的關係）的信息，根據是否有關聯設備判斷此對象對應的策略是否為定時策略。若是定時策略，觸發定時對象執行策略，定時對象根據策略屬性，在策略預先設置的時刻使設備執行相關指令，從而使設備達到預先設置的屬性值，定時策略通過Quartz（一種在某時間範圍內用於調度任務的軟體框架）框架調度任務；若是環境策略，觸發環境策略對象執行，在執行環境策略之前，需要獲取策略的主控設備（如空調）和聯動設備（如溫度傳感器）信息並進行綁定，把綁定信息發送給遠程處理對象，由遠程處理對象把綁定關係發送到底層控制器，在環境策略應用過程中，傳感器感知外界溫度變化，並把實時溫度傳到應用伺服器，應用服務程序根據得到的溫度判斷其值是否達到屬性策略對象（AttrStrategy）設置的閾值，當外界溫度達到設置的閾值時，從環境策略庫中取出相應的策略並構建控制命令，並把控制命令傳遞給遠程處理對象（專門負責向具體設備發送操作指令），由遠程處理對象和底層設備（具體設備）進行交互，從而控制主控設備（如空調）改變相應的屬性值。在執行環境策略和定時策略時，應用伺服器和底層處理器通過Netty（一種軟體通信協議）框架實現通信，通過監聽器監聽傳感器的溫度值變化。
針對場景策略，系統首先獲取場景模式對象Scenario（策略應用的具體場景），把場景模式中的serverCode（服務代碼）、groupAddress（場景地址）、sceneMode（場景模式，由用戶定義）屬性傳遞給遠程控制對象RemoteControl（遠程處理對象，專門負責向具體設備發送操作指令），並調用RemoteControl對象的conductScenario（用於向具體場景下的所有設備發送操作命令）方法，在RemoteControl對象中，接收Scenario對象的消息並構造參數列表，形成控制命令集合，通過信息管道傳遞給硬體伺服器（用於向具體設備轉發下達控制命令的伺服器），由硬體伺服器向場景模式策略下的各個設備下達操作指令。與環境策略和定時策略類似，遠程控制對象和硬體伺服器通過Netty框架實現底層通信。
3、實現一個系統用戶輸入界面用於策略知識的更新。
通過用戶輸入界面把用於控制設備的各種策略知識標準化，表示成系統識別的策略知識對象，達到及時、靈活的更新系統中的設備控制策略知識。
本發明主要通過知識輸入的方式獲取知識。通過這種方式獲取知識，首先需要有一個友好的人機互動界面，能把系統需要的外界知識有效傳輸到知識庫。知識的獲取是一個不斷迭代的過程，最初根據專家經驗，結合需求文檔及行業標準，獲取策略制定的相關知識，通過人機界面把得到的知識按照界面要求輸入到系統中，這時知識庫擁有最初的能耗策略相關知識；接下來根據知識庫中的基礎知識和策略知識執行相關策略，由於在知識庫構建之初，可能會沒考慮到一些影響策略效果的因素，從而導致策略在執行過程中暴漏出各種問題，執行結果會不符合用戶習；通過不斷實踐，系統會形成反饋，專家根據反饋意見進一步調整能耗策略，再次把整合後的知識輸入到系統中，進行下一次的迭代。在輸入界面背後，有一套程序負責處理輸入知識的處理，包括對輸入知識的準確性、完整性、可靠性、冗餘度進行校驗，使知識正確轉化成系統識別的知識對象，根據輸入知識和知識庫原有知識進行比較，融合，完成對知識庫數據的增加、刪除、更新和衝突處理。
本發明的有益效果是，可以使用電設備按照預先設置的策略，根據外界環境的變化及時改變自身屬性值，達到適應外界環境的最佳狀態，避免了用電浪費。同時，根據設備控制策略可對設備進行批量控制，大大節省了工作人員的工作時間。
附圖說明
圖1為本發明的策略知識對象表示。
圖2為智能設備控制策略的框架圖。
圖3 為環境策略流程示意圖。
圖4為定時策略流程示意圖。
圖 5 為場景策略流程示意圖。
具體實施方式
在圖1中，針對校園節能環境下的設備控制場景，本發明採用面向對象表示法表示策略知識，這種知識的表示和處理更加符合人們的認知習慣。知識對象主要包括普通知識對象和策略知識對象，通過知識對象的模塊化、鬆散耦合性、消息通信機制等更好的體現出系統的智能性、靈活性、可擴展性等特點。系統的推理過程通過對象內部的方法或者在對象之間進行消息傳遞實現。
在圖2中，系統通過人機互動界面與用戶溝通交流，這也是知識獲取的主要手段，推理機再根據知識庫進行邏輯推理，然後根據推理機進一步衍生出時間策略、環境策略、場景策略，通過這三種策略達到管理控制智能設備的目的。
在圖3中，環境策略是通過傳感器（聯動設備）感知外界環境的變化，當外界環境的變化達到傳感器的閾值時，就會觸發傳感器工作；由於環境策略在知識庫中定義了在這個策略下與此傳感器對應的主控設備，所以當觸發器工作時，會從知識庫取出相應的主控設備；根據主控設備的類型，判斷這個智能設備具備的屬性，再次向知識庫取出屬性設置的規則，構建命令集合，封裝命令對象，最後把命令參數傳遞到遠程控制系統，執行相關策略命令；檢查設備屬性狀態，判斷是否符合策略標準，有無達到預期效果，把結果反饋給策略制定者，從而根據反饋不斷更新知識庫，使策略達到最優。
在圖4中，定時策略是預先設置一個時間值，在到達這一時刻後，定時策略下的所有設備同時進入各自預先設置的狀態。首先需要激活定時策略，根據策略向知識庫中取出智能設備，設備的類型及數量可以根據需要在知識庫中動態設置；判斷是否達到策略執行時刻，若達到，則從知識庫中取出對應規則、命令、數據，構建命令對象；向遠程控制系統傳遞控制命令；檢查設備屬性狀態，判斷是否達到策略預期，同時根據結果選擇是否更新知識庫，促進定時策略進行不斷優化。
在圖5中，場景模式與以上兩個策略不同，環境策略和定時策略在預先設置好相關配置後，在策略執行過程中不需要人工幹預，只是在策略執行完成後，策略制定者會根據結果去人工更新知識庫。而場景策略在執行前期、中期、後期都需要人的參與，通過增加人機互動程度，使場景策略的執行能更好反映人的意願。其策略執行過程和以上兩種策略類似，只是需要通過人工激活策略，並且在策略的執行過程中可以選擇手動切換到另一個場景策略。通過不同場景策略的實踐，可以不斷增加、刪除、更新場景策略的知識庫，使場景策略更加符合人的期望。