基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統及方法
2023-10-05 22:11:09 1
專利名稱：基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統及方法。
背景技術：
統計數據表明，中國建築能耗的總量逐年上升，在能源消費總量中所佔的比例已從上世紀70年代末的10%，上升到近年的27.8%。其中，北方城鎮建築採暖和農村生活用煤約為1. 6億噸標煤/年，佔中國2004年煤產量的11. 4% 。中國北方城鎮採暖能耗佔全國建築總能耗的36%，為建築能源消耗的最大組成部分。單位面積採暖平均能耗折合標準煤為20kg/m2 *年，為北歐等同緯度條件下建築採暖能耗的2 4倍。所以降低採暖能耗是我們降低建築能耗的一個重要方面和重要環節。 目前國內外將多Agent系統應用於建築領域的研究主要集中在兩方面一是定義不同種類不同層次的Agent，實現建築環境中各種參數的優化控制；二是對Agent的自學習算法和Agent間交互機制的研究。最早將MAS應用於智能建築中的是MIT人工智慧實驗室Brooks教授，他在1997年提出了採用MAS的控制體系結構。後來為了實現建築物節能，Davidsson和Boman提出了用於建築環境控制的多Agent系統，該多Agent系統由四類Agent組成。其中個人Agent將多個標記Agent搜集的信息綜合分析後確定個人的參數，房間Agent根據這些參數來設定房間的環境參數值並決定採用何種控制策略，最後由環境Agent來實施控制策略。英國艾塞克斯大學的Vic Callaghan等進一步提出了面向智能建築的Agent體系結構，系統採用分布式人工智慧技術、基於模糊邏輯的嵌入式Agent技術以及網際網路技術。Agent被設計嵌入到房間控制器等設備中，並通過計算機網絡連接起來，傳感器和執行器通過底層的現場總線連接起來。 在國內，Agent技術相關領域大多停留在理論研究和方案驗證階段，在建築領域的研究尚不多見。福州大學在基於CORBA的多Agent智能建築模型方面進行了研究，並以安保系統及照明系統為主要研究對象，在JALite開發平臺上描述了系統如何通過Agent進行任務分配及交互。重慶大學以JADE作為開發平臺，建立了一個建築智能化系統集成的MAS模型。綜上所述，可以看出多Agent在建築中的應用目前仍停留在規劃階段。
目前的建築供熱存在能源浪費的情況尤其是集中供熱條件下能源浪費情況更為嚴重，在沒有人員存在的大樓裡還向此大樓供熱就是一種典型的能源浪費情況。正是由於多Agent系統的交互性、自適應等優點它為我們降低建築能耗提供了新的途徑和新的思路；基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統就是利用多Agent之間的信息交互和相互協作準確判斷建築物內人員的存在情況，並根據人員的存在情況來控制大樓的供熱閥門的開閉減少不必要的能源消耗。
發明內容
本發明的目的就是為解決目前在沒有人員存在的大樓仍向此大樓供熱造成能源浪費的問題，提供一種基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統及方法，它通過管理Agent融合所有房間Agent上傳的信息，綜合個人Agent人員身份信息、熱釋電紅外傳 感器人員有無信息以及人員統計Agent信息獲得準確的人員信息以完成所需的決策，關閉 沒有人員存在的大樓的供熱閥門實現能源優化達到最大節約能源的目的。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案 —種基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，它包括若干個人Agent、 若干環境Agent、若干房間Agent、至少一個管理Agent、至少一個人員統計Agent和熱網監 測控制系統；其中， 個人Agent用來識別人員的身份； 環境Agent集成有熱釋電紅外傳感器判斷是否有人並能夠接收個人Agent信息；
人員統計Agent對出入大樓的人數進行統計，並將統計信息通過乙太網上傳到管 理Agent ; 所有環境Agent通過無線網絡上傳信息給相應房間Agent ，然後由房間Agent把這 些信息經乙太網上傳給管理Agent ; 管理Agent融合所有房間Agent 、人員統計Agent和熱釋電紅外傳感器上傳的信息 作為大樓內有無人員的判斷依據；當管理Agent判斷出大樓內無人員存在時，通過熱網監 測控制系統控制大樓的供熱閥門關閉達到節能目的。 —種基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，它包括若干個人Agent、 若干環境Agent、若干房間Agent、至少一個管理Agent和至少一個人員統計Agent ;其中，
個人Agent用來識別人員的身份； 環境Agent集成有熱釋電紅外傳感器判斷是否有人並能夠接收個人Agent信息；
人員統計Agent對出入大樓的人數進行統計，並將統計信息通過乙太網上傳到管 理Agent ; 所有環境Agent通過無線網絡上傳信息給相應房間Agent ，然後由房間Agent把這 些信息經乙太網上傳給管理Agent ; 管理Agent融合所有房間Agent 、人員統計Agent和熱釋電紅外傳感器上傳的信息 作為大樓內有無人員的判斷依據；當管理Agent判斷出大樓內無人員存在時，通過各房間 Agent控制室內供熱閥門開閉達到節能目的。 所述個人Agent為射頻卡，射頻卡內寫有攜帶它的人員身份信息，每個個人Agent 都有自己獨立的ID號碼。 所述環境Agent包括環境微控制器，環境微控制器分別與熱釋電紅外傳感器和射 頻收發器連接，射頻收發器用於無線通信接收個人Agent廣播，從而實現對人員身份的識 別。 所述人員統計Agent包括微控制器，分別與至少4個熱釋電紅外傳感器、射頻收發 器、乙太網接口連接；4個熱釋電紅外傳感器其中的兩個布置在出入口一側，另外兩個布置 在出入口另一側，分別對進和出大樓的人員個數進行統計；人員統計Agent可對計數自動/ 手動清零。 射頻收發器用於無線通信接收個人Agent廣播，從而實現對人員身份的識別；通 過乙太網接口與乙太網連接。 所述房間Agent包括房間微處理器，它通過射頻收發器與無線網絡連接；通過乙太網接口與乙太網連接；房間微處理器還有多個模擬量輸出端、開關量輸出端和數字量輸 出端。 所述熱網監測控制系統控制大樓供熱閥門的開關，其主控制器通過乙太網與管理 Agent直接相連。 —種基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統的節能方法，管理Agent 綜合三方面信息即個人Agent人員身份信息、熱釋電紅外傳感器檢測的人員是否存在信息 以及出入大樓的人數統計信息作為大樓內人員有無的判斷依據；當這三方面信息至少有 任意兩方表徵樓內已無人員存在並且經過設定的延時後再次確認至少有兩方信息表徵樓 內已無人員存在則管理Agent判定樓內確定為無人員存在，它就會給熱網監測控制系統發 送關閉該大樓供熱閥門命令，由熱網監測控制系統來關閉此大樓的供熱閥門實現能源的節 約；當大樓沒有熱網測控系統的時候，則用各房間Agent對閥門控制。
本發明所利用的技術包括
1、無線網絡 對於無線網絡，主要解決的就是路由問題；在多Agent體系中，當相鄰房間之間的 Agent或是房間內的Agent之間進行通信的時候，發送方Agent會向無線網絡中發送一幀 信息，這幀信息包含有3個欄位分別是MAC幀頭、Net幀頭和數據負載。在此無線網絡中收 到這幀信息的節點會對數據包進行解析，得到源地址與目的網絡地址。無線通訊網絡是個 樹狀的網絡，根據當前節點是否為協調器判斷是沿著樹往上還是往下搜索，若是往上，則從 每一層的路由節點開始判斷目標節點是否在該層，若不在，則繼續往上搜索直到第零層；往 下，也是依次從每個路由節點判斷是否是該節點還是在該層或是在下一層，直到最大深度， 經過一層層的傳遞，信息最終到達目的地址。
2、乙太網技術Microsoft Visual Basic提供了用於Windows Sockets編程的可用控制項-
Winsock控制項，該控制項已經封裝了所有繁瑣的技術細節，並為用戶提供了訪問TCP網絡的極 其方便的途徑。只需要通過設置控制項的屬性並調用其方法就可以輕易連接到一臺遠程的計 算機中，並且還可以雙向交換數據，而這一切都不需要我們了解TCP的細節或調用低級的 Winsock API 。所以在這裡我們通過VB編程利用Winsock控制項使管理Agent和各個房間 Agent之間建立連接，並通過傳輸控制協議TCP進行數據的交換。管理Agent把各個房間 Agent上傳的信息保存到專門的資料庫中，並對資料庫進行維護和管理；通過建立B/S架構 的管理系統，使得授權用戶可以在任何地方通過登陸系統提供的瀏覽界面查看大樓環境參 數、設備運行狀態，還可以遠程控制相關設備的開關。
3、各類Agent 在多Agent的體系中，本發明的Agent主要分為了 4類分別是個人Agent (PA)、 環境Agent (EA)、房間Agent (RA)和管理Agent (MA)，人員統計Agent為房間Agent (RA)中 的一種。 每個房間內至少存在一個環境Agent和一個房間Agent 。房間內的EA和RA之間 以及相鄰房間的各Agent之間組成一個無線網絡，各EA和RA之間通過無線進行通信。
個人Agent是人員身份識別的射頻卡。當攜帶它的人進入建築物內，它就會不停 的向周圍發送廣播信號，以便於EA能夠識別。EA除了能夠識別人員身份信息外，它上面還集成了熱釋電紅外傳感器；對於安置在各個房間內、走廊上和樓梯間的EA，熱釋電紅外傳 感器用來檢測樓內是不是有人員存在。人員統計Agent為特殊功能的房間Agent,它利用 對射的熱釋電紅外傳感器對進出大樓的人員個數進行統計並將統計信息通過乙太網上傳 給管理Agent。所有房間Agent把環境Agent發來的信息通過乙太網上傳給管理Agent,同 時房間Agent還能根據環境Agent和管理Agent發來的信息進行綜合判斷來控制房間的用 電設備。管理Agent收集所有房間Agent發來的信息並對這些信息進行分析和管理並利用 信息融合判斷大樓內的人員情況，在樓內無人員存在的情況下對建築供熱系統進行節能控 制。 4、信息融合 在多Agent系統中，同一個無線網絡中的各個環境Agent之間以及環境Agent與 房間Agent之間通過無線網絡進行通信。所有房間、走廊以及樓梯間的環境Agent通過無 線網絡向和它們在同一網絡的房間Agent上傳收到的個人Agent的人員身份信息以及紅外 傳感器檢測的人員是否存在信息；所有的房間Agent將環境Agent上傳的信息通過乙太網 再上傳給管理Agent ;人員統計Agent通過乙太網上傳人員統計信息。管理Agent綜合三 方面信息即個人Agent信息、熱釋電紅外傳感器檢測的人員是否存在信息以及出入大樓的 人員統計信息作為大樓內人員有無的判斷依據；若大樓內所有環境Agent均未收到任何個 人Agent廣播信號則認定這一信息表徵大樓內已無任何人員存在；若樓內所有熱釋電紅外 傳感器均未檢測到人體輻射的紅外線能量變化則認定這一信息表徵大樓內已無任何人員 存在；若人員統計Agent對進出大樓的人員計數為進入大樓的人數等於出來的人數則認定 這一信息表徵大樓內已無任何人員存在；當三方面信息有至少任意兩方面信息能夠表徵大 樓內已無任何人員存在並且經過設定的延時之後，依然有至少任意兩方面信息能夠表徵大 樓內已無任何人員存在則管理Agent判定大樓內沒有任何人員存在。 本發明的有益效果為在建築物內應用基於多Agent技術和信息融合的建築供熱 節能系統，特別是在對大型建築樓群進行集中供熱時，應用基於多Agent技術和信息融合 的建築供熱節能系統對進一步實現建築節能具有重要意義基於多Agent技術和信息融合 的建築供熱節能系統，利用開放式的乙太網，管理Agent可以很方便的獲取大樓內各個房 間的環境信息，尤其是各個大樓內的人員存在信息；同時開放式的乙太網方便了各個RA之 間數據的共享。正是基於多Agent之間的交互和信息融合技術，提高了判斷人員有無的準 確率，並根據判斷出建築物內的人員情況來控制大樓供熱閥門，避免了給空樓供熱而造成 不必要的能源浪費的情況發生。
圖1為本發明的結構示意圖； 圖2為多Agent系統結構示意圖； 圖3為環境Agent結構圖； 圖4為房間Agent結構圖； 圖5為射頻收發器電路； 圖6為本發明優化流程圖； 其中，l.個人Agent, 2.環境Agent, 3.房間Agent，4.管理Agent, 5.熱釋電紅夕卜傳感器，6.其他類型傳感器7.環境微控制器，8.射頻收發器，9.輸入調理電路，IO.房間微 控制器，ll.模擬量輸出端，12.數字量輸出端，13.開關量輸出端，14.乙太網接口，15. l號 樓供熱閥門，16. 2號樓供熱閥門，17. n號樓供熱閥門，18.熱網監測控制系統。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明 圖1中，基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，包括若干個個人 Agent 1 、若干個環境Agent2、若干個房間Agent3、至少一個管理Agent4、至少一個人員統計 Agent和熱網監測控制系統18。
其中， 個人Agentl識別人員身份的射頻卡；卡內寫有攜帶它的人員身份信息，每個個人 Agent都有自己獨立的ID號碼。當攜帶該卡的人員在建築物內時，有源卡(RFID)不斷向空 間中發送攜帶自己ID號的廣播信號； 環境Agent2集成有熱釋電紅外傳感器並能夠接收個人Agentl發射的無線信號；
人員統計Agent是一種特殊的房間Agent3，它集成了至少兩對熱釋電紅外傳感 器，其中的一對布置在出入口一側，另外一對布置在出入口另一側，兩對"對射的熱釋電傳 感器"分別對進和出大樓的人員進行計數；此外人員統計Agent還有計數自動/手動清零 的功能。 各個環境Agent2之間以及環境Agent2與房間Agent3之間通過無線網絡進行信 息的交互；所有環境Agent2通過無線網絡上傳信息給房間Agent3，然後由房間Agent3把 這些信息經乙太網上傳給管理Agent4 ;管理Agent4融合所有房間Agent3上傳的信息其中 包括有個人Agentl人員身份信息、熱釋電紅外傳感器5檢測的是否有人信息和人員統計 Agent3信息這三方面的信息來判斷樓內人員的有無情況。在管理Agent4判斷出樓內已無 人員存在的情況下通過熱網監測控制系統18關閉大樓的供熱閥門。 圖3中，環境Agent2包括環境微控制器7集成了熱釋電紅外傳感器5 ;為了以後 擴展的需要環境Agent2還可以集成其他的傳感器6如光照度傳感器、煙霧傳感器、溫度傳 感器、溼度傳感器等等； 同時環境Agent2還有用於無線通信的收發設備即射頻收發器8，通過射頻收發器 8各環境Agent2之間以及環境Agent2與房間Agent3之間可以進行無線通信，並能夠接收 個人Agentl發來的無線信號。
環境微控制器為MEGA64晶片。 圖4中，房間Agent3包括房間微處理器10，它通過射頻收發器8與無線網絡連接； 通過乙太網接口 14與乙太網連接；房間微控制器10還有多個模擬量輸出端11和數字量輸 出端12以及開關量輸出端13。房間Agent3可以根據環境Agent2和管理Agent4發來的信 息進行分析和判斷並控制房間的設備。
房間微處理器14為MC9S12NE64和MEGA64晶片。 房間Agent3通過無線網絡收集環境Agent2發來的信息，然後由房間Agent3通過 乙太網將這些信息上傳給管理Agent4。在所有房間Agent3發來的信息包括有房間內、走廊 和樓梯間熱釋電紅外傳感器檢測的人員信息，環境Agent2接收的個人Agentl無線信號情況和進出大樓的人員個數這三方面信息；管理Agent4綜合這三方面的信息來判斷樓內的 人員存在情況。 管理Agent4實際上就是一個擁有專用能源管理軟體電腦，它作為整個建築的信 息管理中心，將樓內的人員存在情況保存到實時資料庫中，並可以根據優化算法控制各個 大樓供熱閥門的開閉。 圖5中，射頻收發器8為UM2455無線收發晶片。 圖6中，基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統的控制方法，它的步驟 為 1)系統初始化，為所有RA和熱網監測控制系統上位機分配IP位址；
2)管理Agent通過乙太網讀取所有房間Agent上傳的信息； 3)管理Agent將所有房間Agent上傳的信息進行分析和管理，判斷樓內人員的存 在情況； 4)管理Agent綜合環境Agent接收到的個人Agent人員身份信息、熱釋電紅外傳 感器檢測的人員是否存在信息和出入大樓的人員個數統計這三方面的信息作為大樓內人 員有無的判斷依據；若大樓內所有環境Agent均未收到任何個人Agent無線信號則認定這 一信息表徵大樓內已無任何人員存在；若樓內所有熱釋電紅外傳感器均未檢測到人體輻射 的紅外線能量變化則認定這一信息表徵大樓內已無任何人員存在；若人員統計Agent對進 出大樓的人員計數為進入大樓的人數等於出來的人數則認定這一信息表徵大樓內已無任 何人員存在；當三方面信息有至少任意兩方面信息能夠表徵大樓內已無任何人員存在並且 經過設定的延時時間之後，依然有至少任意兩方面信息能夠表徵大樓內已無任何人員存在 則管理Agent判定大樓內確實沒有任何人員存在； 5)根據步驟4)當管理Agent判定該樓已沒有任何人員存在時，給熱網監測控制系 統發送關閉該大樓供熱閥門命令，由熱網監測控制系統來關閉此大樓的供熱閥門實現能源 的節約。當大樓沒有熱網測控系統的時候，可用本系統中的房間Agent完成閥門控制功能。
權利要求
一種基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，其特徵是，它包括若干個人Agent、若干環境Agent、若干房間Agent、至少一個管理Agent、至少一個人員統計Agent和熱網監測控制系統；其中，個人Agent用來識別人員的身份；環境Agent集成有熱釋電紅外傳感器判斷是否有人並能夠接收個人Agent信息；人員統計Agent對出入大樓的人數進行統計，並將統計信息通過乙太網上傳到管理Agent；所有環境Agent通過無線網絡上傳信息給相應房間Agent，然後由房間Agent把這些信息經乙太網上傳給管理Agent；管理Agent融合所有房間Agent、人員統計Agent和熱釋電紅外傳感器上傳的信息作為大樓內有無人員的判斷依據；當管理Agent判斷出大樓內無人員存在時，通過熱網監測控制系統控制大樓的供熱閥門關閉達到節能目的。
2. —種基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，其特徵是，它包括若干個人Agent、若干環境Agent、若干房間Agent、至少一個管理Agent和至少一個人員統計Agent ;其中，個人Agent用來識別人員的身份；環境Agent集成有熱釋電紅外傳感器判斷是否有人並能夠接收個人Agent信息；人員統計Agent對出入大樓的人數進行統計，並將統計信息通過乙太網上傳到管理Agent ;所有環境Agent通過無線網絡上傳信息給相應房間Agent ，然後由房間Agent把這些信息經乙太網上傳給管理Agent ;管理Agent融合所有房間Agent 、人員統計Agent和熱釋電紅外傳感器上傳的信息作為大樓內有無人員的判斷依據；當管理Agent判斷出大樓內無人員存在時，通過各房間Agent控制室內供熱閥門開閉達到節能目的。
3. 如權利要求1或2所述的基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，其特徵是，所述個人Agent為射頻卡，射頻卡內寫有攜帶它的人員身份信息，每個個人Agent都有自己獨立的ID號碼。
4. 如權利要求1或2所述的基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，其特徵是，所述環境Agent包括環境微控制器，環境微控制器分別與熱釋電紅外傳感器和射頻收發器連接，射頻收發器用於無線通信接收個人Agent廣播，從而實現對人員身份的識別。
5. 如權利要求1或2所述的基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，其特徵是，所述人員統計Agent包括微控制器，分別與至少4個熱釋電紅外傳感器、射頻收發器、乙太網接口連接；4個熱釋電紅外傳感器其中的兩個布置在出入口一側，另外兩個布置在出入口另一側，分別對進和出大樓的人員個數進行統計；人員統計Agent可對計數自動/手動清零；射頻收發器用於無線通信接收個人Agent廣播，從而實現對人員身份的識別；通過乙太網接口與乙太網連接。
6. 如權利要求1或2所述的基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，其特徵是，所述房間Agent包括房間微處理器，它通過射頻收發器與無線網絡連接；通過乙太網接口與乙太網連接；房間微處理器還有多個模擬量輸出端、開關量輸出端和數字量輸出端。
7. 如權利要求1或2所述基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統，其特徵 是，所述熱網監測控制系統控制大樓供熱閥門的開關，其主控制器通過乙太網與管理Agent 直接相連。
8. —種採用權利要求1或2所述基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統的 節能方法，其特徵是，管理Agent綜合三方面信息即個人Agent人員身份信息、熱釋電紅外 傳感器檢測的人員是否存在信息以及出入大樓的人數統計信息作為大樓內人員有無的判 斷依據；當這三方面信息至少有任意兩方表徵樓內已無人員存在並且經過設定的延時後再 次確認至少有兩方信息表徵樓內已無人員存在則管理Agent判定樓內確定為無人員存在， 它就會給熱網監測控制系統發送關閉該大樓供熱閥門命令，由熱網監測控制系統來關閉此 大樓的供熱閥門實現能源的節約；當大樓沒有熱網測控系統的時候，則用各房間Agent對 閥門控制。
全文摘要
本發明涉及一種基於多Agent技術和信息融合的建築供熱節能系統及方法，通過監測大樓內有無人員的情況相應地對集中供熱的閥門進行控制實現節能。它由管理Agent融合所有房間Agent上傳的信息，其中包括有個人Agent人員身份信息、熱釋電紅外傳感器檢測的是否有人信息和人員統計Agent信息這三方面的信息來判斷樓內人員的有無情況。其中，個人Agent識別人員身份；環境Agent集成有熱釋電紅外傳感器判斷是否有人並能夠接收個人Agent信息；人員統計Agent對出入大樓的人數進行統計，它是一種特殊功能的房間Agent；管理Agent與熱網監測控制系統連接，根據人員有無情況對大樓供熱系統進行節能控制。所有環境Agent通過無線網絡上傳信息給房間Agent，然後由房間Agent把這些信息經乙太網上傳給管理Agent。
文檔編號F24D19/10GK101737849SQ20101010626
公開日2010年6月16日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者張桂青, 張琳, 汪明, 申斌, 閆俏 申請人:山東建築大學