用於建築的無線建築管理系統及方法
2023-10-23 02:31:42 2
專利名稱：用於建築的無線建築管理系統及方法
技術領域：
本發明涉及建築系統、建築數據建模、以及建築自動化。
背景技術：
已經採用建築信息建模來協助各種建築系統的計劃及實施。例如，周知在建築項目的開發階段提供建築模型來輔助設備選擇、以及協助規劃施工方案。建築模型經常包含關於建築結構要素的粒狀細節(granular details)，諸如框架細節、基礎細節和牆壁細節寸。現有的建築信息模型包含識別要素之間二維或三維相互關係的數據。建築模型典型地存儲為資料庫，並且可以由第三方用於多種目的。儘管使用建築模型可以計劃並實施基本的建築構造，但建築模型也可以具有另外的目的，諸如用於熱負荷仿真分析、或者電力負荷仿真分析等方面。隨著施工進行，可以得到關於建築的更多細節，以及，在一些情況下，可能出現與模型不同的變更。例如，在施工過程中，選擇了設備，以及識別出關於通風設備、暖氣裝置、 管道設施的細節。基於這些附加細節，可以增強建築模型，提供更加全面準確的模型。過去，隨著建築過程的進行，建築模型的維護更加困難費時。因為實際施工涉及幾個轉包商，各自有一些僱員，難於以全面可靠的方式來更新建築模型。結果，一旦建築建成並投入使用，建築模型經常有些過時而具有有限的實用性及可靠性。結果，在沒有獲益於精確且粒狀的建築模型的情況下，系統的運轉典型地發生在建築正常活動中。然而，周知在優化建築運轉的努力方面精確建築模型可以為多種系統分析及仿真做好準備。儘管如此，對於已經完成併入住的建築而言，因為並不容易得到精確的建築模型，典型地通過不斷摸索來試圖進行優化。據此，需要一種更好的方法用於建立和/或維護優選作為資料庫的建築模型。在建築的運轉期間，這種建築模型可以提供多重優點。
發明內容
通過提供用於自動化建築和/或更新建築數據模型的系統和方法，本發明的至少一些實施方式致力於上述需求以及其它需求。至少一些實施方式實現了新要素進入模型， 該模型可以由多種應用包括仿真、建築控制、空間規劃等使用。第一實施方式是一種建築系統，包括通信網絡、多個無線節點、多個被動式無線設備、多個傳感器、以及處理電路。無線節點布置在建築內，並且可操作地與通信網絡相耦合。 各被動式無線設備固定於建築內的對象，並且包含關於對象至少一個特性的第一信息。各被動式無線設備構造成，使用從被動式無線設備所檢測出的通信信號取得的電力，與無線節點無線地通信。傳感器構造成，產生表示建築各處感知溫度的第二信息，各傳感器可操作地與通信網絡相連接。處理電路可操作地耦合，以便接收來自無線設備的第一信息和來自傳感器的第二信息。處理電路構造成，基於第一信息和第二信息產生關於建築的控制信息。通過參照下面具體描述和附圖，本領域的一般技術人員易於理解本發明的上述以及其它的特點和優點。
圖1示出了在建築的一部分或區域中根據本發明的建築系統的示範實施例；圖2示出了除去建築的圖1的建築系統100的示意性方塊圖；圖3示出了在圖1的建築系統中可以使用的被動式無線設備的示範實施例的方塊示意圖；圖4示出了在圖1的建築系統中可以使用的傳感器單元的示範實施例的方塊示意圖；圖5示出了在圖1的建築系統中可以使用的無線節點的示範實施例的方塊示意圖；圖6示出了由根據本發明實施例的圖1的系統可以實現的第一組操作；圖7示出了可以由無線節點和被動式無線設備用來獲得建築空間內新近布置對象的位置、標識以及其它特徵的示範組操作；圖8示出了為了使用至少部分利用圖1的系統所生成的建築模型來仿真控制策略的示範組操作；圖9示出了由根據本發明實施例的圖1的系統可以實現的第二組操作；以及圖10示出了在圖1所示的建築區域中控制器、通風風門、以及傳感器的示例布局。
具體實施例方式圖1和圖2示出了在建築的一部分中實現本發明實施方式的示範實施例。具體而言，圖1示出了在建築的一部分或區域102中的建築系統100，其包括通信網絡104、在建築內與通信網絡104可操作地耦合的多個無線節點106、多個被動式無線設備108a、 108b、. . . 108η、以及處理電路110。在這種實施方式中，建築系統100還包括布置在建築區域102各處的傳感器單元111。圖2示出了除去建築區域102的圖1的建築系統100的示意性方塊圖。具體參照圖1，建築區域102包括辦公室形式的第一空間112、會議室形式的第二空間114、以及過道形式的第三空間116。僅僅出於說明的目，示例地給出了建築區域102 以及空間112、114和116的具體布局。對於許多建築布局而言，本領域一般技術人員很容易調整本文所描述的原理。第一空間112包括椅子142、牆壁144至147、計算機工作站148、電話機150、窗戶巧4和辦公桌156。通風風門158布置在空間112的天花板空間上方，並且負責向第一空間112分送經調節的空氣。經調節的空氣可以是冷氣或暖氣，並且包括再循環空氣和新鮮空氣。通風風門158接收來自沒有示出但本領域周知的空氣處理單元和通風管道的經調節的空氣。一般而言，可以使用通風風門158來控制第一空間112的溫度和/或新鮮空氣含
5量。為此目的，未示出的控制器向通風風門158提供控制輸出信號，以便響應於所感知的第一空間112內的狀況和其它因素來進一步打開或關閉風門158。第二空間114包括四把椅子162至165、四堵牆壁166至168、147 (共用牆壁)、會議桌170、邊桌172、檯燈174、以及窗戶176。通風風門178布置在空間114的天花板空間上方。通風風門178以與第一空間112的風門158大體相同的方式操作。具體而言，通風風門178構造成向第二空間114分送受控制的經調節的空氣量。第三空間116包括三個牆段146、166和180、影印機182、以及通風風門184。通風風門184布置在空間116的天花板空間或通風系統的上方，並且以與第一空間112的風門158大體相同的方式操作。具體而言，通風風門184構造成向第三空間116分送受控制的經調節的空氣量。再次概括地參照圖1和圖2，各被動式無線設備108x固定於建築區域102內的對象上或固定在對象內。對象可以是固定裝置，諸如牆壁、窗戶、地毯、結構梁、暖通(HAVC)結構、頂部照明、以及電氣和管道固定裝置。對象可以是室內陳設，諸如桌子、燈具、椅子、辦公桌、窗上用品等等。對象也可以是實際的電氣設備，諸如影印機、印表機、電話、照明燈具。優選地，所有的這種對象都具有被動式無線設備108x。舉例來說，被動式無線設備108a、108b、108c和108d布置在第一空間112的四堵牆壁144、145、146和147上，被動式無線設備108e、108f分別布置在第一空間112的椅子 142以及辦公桌156上，被動式無線設備108g、10 布置在第一空間112和第二空間114的窗戶巧4、176上，被動式無線設備108i、108j分別布置在第一空間112的計算機工作站148 和電話機150上。其它被動式無線設備布置在建築區域102內的類似對象上。各被動式無線設備108x包含關於其固定所至對象的至少一個特性的第一信息。 在優選實施方式中，各被動式無線設備108x包括其安裝所至對象的多個物理特徵的信息。 這種物理特徵可以包括外形尺寸、熱特性、生產商標識、對象類型標識和生產日期，以及其子集。物理特徵可以具體到對象的類型。例如，所存儲的電氣設備諸如印表機/複印機182、 計算機148或電話機150的物理特徵包括能源消耗信息、和/或熱能(熱量)產生特性。所存儲的窗戶(例如154、176)的物理特徵可以包括光學特性和熱特性。各被動式無線設備108x構造成，利用從被動式無線設備108x中探測到的通信信號取得的電力，與至少一個無線節點106無線地通信。因此，舉例來說，被動式無線設備 108x可以適當地包括本領域周知的所謂射頻識別(RFID)技術。被動式無線設備108x接收來自無線節點106的信號並且發射包括所存儲數據的響應。被動式無線設備108x從收到的信號中獲得電力，以執行響應發射。這種技術通常是周知的。圖3示出了被動式無線設備108x的示範實施例的方塊示意圖。被動式無線設備 108x包括天線301、射頻(RF)電路302、電力獲取電路304、以及數據處理電路306。天線 301可以採取任何適合於RF收發的形式，並且使其可操作地與RF電路302相連接。RF電路302是RF接收器和發射器，其構造成在典型用於RFID操作的頻率上操作。目前多個波段被用於RFID操作。運行在這些頻率範圍的設備是周知的。電力獲取電路304是一種電路，使其可操作地耦合，以便從由RF電路302接收的RF信號中獲得能量，以及，電力獲取電路304構造成，提供該能量作為偏置功率，用於數據處理電路306和RF電路302。數據處理電路306包括存儲器308，其存儲關於被動式無線設備108x安裝所至對象的信息。這種信息可以包括對象的外形尺寸、對象的標識、對象的生產商、對象的光學和/或電氣特性、以及對象生產日期。在一些實施例中，存儲器308可以存儲關於對象的「碳影(carbonshadow) 」。碳影是對象與其生產、存儲、交付、以及安裝進入建築區域102等有關的碳足跡。如果對象實際上是電氣設備，則其碳足跡信息可以包括關於對象的平均功率消耗或者其能源使用的其它度量的信息。據此，可以理解，基於存儲在被動式無線設備108x中的信息，圖1的處理電路 110可以用來跟蹤建築的碳足跡。再次概括地參照被動式無線設備108x，可以理解，被動式無線設備108x可以是所謂的電池輔助式被動RFID設備，其中所包括的電池用於為數據處理電路306供電。在這種設備中，仍然將來自所接收RF信號的能量用於經由RF電路302發射響應信號。再次參照圖1和圖2，傳感器單元111包括用於由建築系統監測和/或控制的多種狀況的傳感器。例如，傳感器單元111可以包括溫度傳感器、氣流傳感器、光敏感器、揮發性有機化合物傳感器等。在一種實施例中，每個傳感器單元111是一種無線傳感器單元，其包括多個傳感器，包括微機電系統(MEMQ傳感器。傳感器單元111優選地包括平常建築自動化操作諸如溫度控制及通風控制所使用的傳感器。圖4示出一種多用途傳感器單元400的示例構造，其可以用作一個或多個傳感器單元111。傳感器單元400是一種微系統，其採用一套MEMS傳感器402，MEMS傳感器402可以是溫度、氣流、溼度、光亮、CO2、揮發性有機化合物(VOCs)等任意測量的任意組合。微系統傳感器單元400還可以併入處理電路404、以及射頻傳輸電路406。在2003年1月觀日提交的、標題為「Building System with Reduced Wiring Requirements and Apparatus forUse Therein」的美國專利申請No. 10/353, 142、以及2003年9月26日提交的、標題為「Building Control System Using Integrated MEMS Device，，的美國專利申請No. 10/672，527 中討論了具有處理電路和RF能力的MEMS設備的一般示例，上述兩件申請的內容以引用的方式併入本文。這些類型的其它設備也是周知的。再次參照圖1，無線節點106布置在建築區域102各處。如圖2所示，無線節點106 構造成與傳感器單元111和被動式無線設備108X無線地通信。無線節點106還優選構造成經由通信網絡104與處理電路110通信，通信網絡104大體在建築區域102各處延伸。 通信網絡104可以適當地包括基於乙太網的網絡、無線區域網(LAN) (WLAN)，或者二者的組
口 O圖5示出了無線節點106的示範實施方式，無線節點106構造成以WLAN形式與通信網絡104—起使用。然而，應當理解，無線節點106的其它實施方式可以構造成經由網絡電纜進行通信，因此，僅僅是感覺上「無線」，這種節點以無線方式與傳感器單元111和被動式無線設備108x進行通信。參照圖5的實施方式，無線節點106包括RF通信電路502、電源504、存儲器506、以及處理電路508。在這裡所描述的實施方式中，RF通信電路502包括RF發射器和接收器，其構造成，以由通信網絡104、傳感器單元106、以及被動式無線設備108x所採用的頻率，可控制地發射並接收RF信號。因此，例如，RF收發電路502能發射並接收無線區域網(WLAN)、RFID 標籤信號、以及藍牙信號。RF通信電路502進一步構造成，基於通信網絡104、傳感器單元 106、以及被動式無線設備108x所採用的三種無線通信方案之一來解調RF信號。
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電源504是由通信電路502、存儲器506和處理電路508使用的電源。電源504可以適當地包括長壽命鋰電池等。然而，在無線節點106與通信網絡104物理連接的實施方式中，也可以從這種連接或其它連接獲取電力。無論如何，處理電路508包括用於處理數據的電路，這些數據使用由通信網絡 104、無線傳感器單元111、以及被動式無線設備108x採用的三種通信方案發射。據此，處理電路508包括用於協議處理以及數據格式、用於從傳感器111、被動式無線設備108x和通信網絡104接收的數據的邏輯。處理電路508進一步包括用於控制RF通信電路502操作的邏輯。另外，如這裡所述，進一步對處理電路508編程以實現屬於無線節點106的操作 (或者促使部件502和504來實現操作)。為此目的，處理電路508執行存儲為軟體代碼的操作，該軟體代碼可以全部或部分存儲在存儲器506中。存儲器506優選還包含識別以前由無線節點106探測到的無線被動設備108x的目錄、表格或者資料庫。這種數據使無線節點106能夠發現新的被動式無線設備108x、或者探測到已被移走的被動式無線設備108x。應當理解，至少在一些情況下，無線節點106和傳感器單元111的功能可以組合進一種設備。另外，應當注意到，無線節點106可以包括用於自動化系統的控制器功能，諸如用於通風風門、水閥、照明器材等的控制器。再次參照圖1和圖2，本實施例中的處理電路110是計算機工作站130的一部分， 計算機工作站130包括用戶接口 132和通信電路134。處理電路110還與數據存儲器136 連接，數據存儲器136可以是也可以不是全部或部分地包括在工作站130處。除了別的以外，數據存儲器136存儲建築數據模型137、或建築模型137，如這裡所描述的，該模型可以被生成或更新。建築數據模型137是建築的模型、結構、操作的資料庫或其它數據文件的集合。這種模型的總體體系結構是周知的，以及，典型地包括關於模型中各對象的屬性、以及模型中與之相互作用或與之相連接的其它對象的標識。在這裡所描述的實施方式中，通過包含關於建築的更為粒狀的信息，包括由建築的使用引起的對象(諸如家具、設備、甚至佔用)、以及更新和使用模型137的方式，模型137不同於周知的建築模型。通過描述，其它差異將更為明了。一般而言，處理電路110經由通信電路134和網絡104可操作地連接，以便從無線節點106接收關於無線設備108x的信息。處理電路110構造成，至少部分地基於存儲在被動式無線設備118x中的信息來更新(乃至生成)建築模型137。在簡化的示例中，通過併入從固定於建築區域102的窗戶巧4、176的被動式無線設備108g、10 !獲得的熱特性，可以使用處理電路110來增強存儲在數據存儲器136中的建築模型137。這種信息可以由開發制熱、製冷、以及通風策略的仿真程序或計劃程序使用。同樣地，通過併入從固定於電氣設備諸如計算機工作站148和電話機150的被動式無線設備108i、108j獲得的熱(發熱) 特性，處理電路110可以增強建築模型137。處理電路110進一步構造成從傳感器單元111獲取關於建築狀況的信息。這種信息可以用於開發控制策略、調整實時控制操作、或者提供建築區域102內當前狀況(或趨勢)的可視化(顯示)。處理電路110進一步採用用戶接口 132來顯示關於模型137和/或建築區域102
8中所感知狀況的信息。因為處理電路110具有到精確模型137、以及到來自傳感器單元111 的傳感器值的入口，處理電路可以利用關於在此所感知狀況的信息來提供建築布局的直觀顯示。因為在一些實施方式中傳感器單元111能感知多種環境狀況，如果需要，處理電路 110可以同期顯示信息，顯現在所顯示的空間樓層平面內的空間中的多種狀況，包括位於其中的對象。無線節點106、被動式無線設備108x、以及處理電路110的上述組合，可以給建築數據模型提供多種增強或改進。在一些實施例中，無線節點106和被動式無線設備108x可以用來幫助識別移進空間的新對象的位置、或者現有對象的變化位置，從而允許建築模型 137更新。例如，如果將空間112與空間114之間的牆壁147向左移動兩英尺，那麼，通過執行定位操作來確定被動式無線設備108d的位置，無線節點106可以探測到該移動。為此目的，圖6示出了由根據本發明實的系統100可以實現的第一組操作。圖6 示出了由系統100用來對建築模型生成更新的操作。在步驟602中，基於使用被動式無線設備108x生成的信息，處理電路110獲得用於存儲在數據存儲器136中的建築模型137的新數據。該信息包括新近布置在建築區域 102內某個位置的對象的標識和位置。另外，該信息可以包括從其被動式無線設備獲得的該對象的其它特徵，諸如物理特徵、碳足跡信息等。圖7示出了示範組操作，可以由無線節點106和被動式無線設備108x使用，以獲得建築區域102內新近設置對象的位置、標識、以及其它特徵。在步驟702中，第一無線節點106發送探測RF信號，以發現先前沒有探測到的任何被動式無線對象。這種信號想要從被動式無線設備產生一種大體即時的響應。在步驟 704中，第一無線節點106接收來自先前沒有被第一無線節點106探測到的被動式無線設備 108x的響應信號。在步驟706中，基於發射(步驟702)與響應接收(步驟704)之間的時間差，第一無線節點106確定到該被動式無線設備108x的距離dl。可選擇地，第一無線節點106可以向新RFID設備發射單獨的測距信號，並且基於測距信號的發射與來自新RFID 設備響應的接收之間的時間差，確定距離dl。在步驟708中，第二無線節點106也發送探測RF信號，以發現先前沒有探測到的任何一個被動式無線對象。在步驟710中，第二無線節點106接收來自新的被動式無線設備108x的響應信號。為此目的，應當注意到，建築區域102內的大體每個位置都優選在至少兩個無線節點106的無線通信範圍內。據此，建築區域102內任何位置的對象布置，導致至少兩個無線節點能探測到該對象的被動式無線設備108x。在步驟712中，基於發射(步驟708)與響應接收(步驟710)之間的時間差，第二無線節點106確定到該被動式無線設備108x的距離d2。在步驟714中，基於dl、d2、第一和第二無線節點106的位置、以及其它信息，處理電路確定新的被動式無線設備108x的位置。其它信息可以是按照與dl和d2相同方式獲得的到另一無線節點106的另一距離d3。附加的距離值d3使得能夠經由三角形計算進行定位。可選擇地，其它信息可以是關於建築區域布局的信息。例如，對於圖1中到未知對象具有確定距離dl、d2的任何兩個無線節點106，dl、d2的交點在二維坐標系中僅僅限定兩點。然而，這兩點中有一點不在區域102內。據此，在二維坐標系中，基於距已知位置無線傳感器的兩個距離dl和d2，處理電路在步驟712中可以確定一點的絕對位置。對於能夠有把握認為是布置在地板上的對象諸如桌子、椅子、以及大型影印機而言，即使對於三維坐標系，這種信息也經常足夠。否則，近似值是足夠的。實現步驟714的處理電路可以適當地是處理電路110。然而，應當理解，無線節點 106之一的處理電路508、以及其它處理電路，也可以實現這種計算。在步驟716中，基於存儲在被動式無線設備108x中的信息，第一(或者第二)無線節點獲得關於該對象的物理特徵信息。儘管在步驟702或708中也可以獲得這種信息， 但因為通過從被動無線裝置108x的存儲器308中提取信息可能引入延遲，在那些步驟中獲得多方面的信息有可能影響獲得正確距離測量的能力。因此，在單獨的步驟中獲得存儲的信息，允許在步驟702和708中有簡化的距離測量探測信號。應當注意到，使用無線節點106，可以採用其它方法來識別新近布置的被動式無線設備、確定它們的位置、以及獲得關於安裝此被動式無線設備的對象的信息。為此目的，美國專利申請序號No. (Fabrizio Stortoni)描述了一種方法，可以獲得建築環境中的位置坐標和RFID標籤的信息內容。美國專利申請序號No.的公開內容以引用的方式併入本文。再次參照圖6，在步驟602之後，處理電路110執行步驟604。在步驟604中，處理電路110更新建築模型137。例如，如果對象是建築區域102中的新對象，諸如新家具、或者新計算機工作站，處理電路110可以首先將該對象加到建築模型文件，然後，基於位置信息和/或其它信息將該對象連結至模型137。如果合適，處理電路110也可以加入其它邏輯連結，諸如系統(如HVAC或消防系統)中對象的邏輯位置。使用對象ID、對象位置、以及優選外形尺寸，向現有建築模型添加新部件的方法是周知的。如果1)得到模型137支持、並且 2)由被動無線傳感器108x提供，則可以添加諸如熱特性、壽命、電氣特性等的特性。在步驟606中，處理電路110接收關於建築模型137中在區域102內被移動或從區域102內被移走的對象的任何信息。為此目的，各種無線節點106構造成，定期檢查以便了解先前由節點106探測到的對象是否仍然能探測到。使用類似於結合圖7所述的過程， 可以再次核實先前探測到對象的位置。如果節點106(和處理電路110)探測到目前在建築模型137中的對象設備在區域102內已經被移動或者被完全移走，那麼，節點106通知處理電路110。在步驟606中，處理電路110接到通知。在步驟608中，處理電路110相應地更新建築模型137。步驟602、604、606和608可以重複，直至所有新的、新近移動的、或者移走的設備都經過處理來更新模型137。相應地，圖1的系統100提供一種方法，能以不斷進行的方式更新存儲在數據存儲器中的建築模型。在建築的交付使用階段期間以及在日復一日的建築運轉期間，可以使用這種過程。因此，建築模型可以保持更新而不需要大量的手工數據錄入。因此，與現有技術相比，在建築的初期建設和交付使用完成很久之後，系統100在不斷進行的建築運轉期間維護建築模型。更為周知的是，佔用者的存在能影響建築性態(behavior)。據此，在系統100的一些實施例中，處理電路110進一步構造成，用建築內佔用者的表示來更新建築模型137。建築模型137因此包括關於佔用者以及他們在建築區域100內的位置的信息。為此目的，圖1的系統100可以增強為，併入布置在建築佔用者身上的被動式無線設備108x。例如，可以要求建築內的每個人佩戴標識(或其它安全)徽章。這種徽章包括 RFID設備(被動式無線設備108x)。然後，系統100可以使用與以上結合圖6和圖7的那
10些討論相類似地操作，來識別建築內佔用者的存在和位置。模型137可以更新為包括建築的當前佔用者的準實時表示。在可選方案中，或者另外地，系統100可以使用與圖6和圖7 中相類似的那些操作，以每時、每天、每周或每季為基礎來追蹤或者趨向佔用。使用圖7的定位操作，可以使佔用趨向於逐個房間。這種信息可以併入建築模型137，或者存儲為相關資料庫。通過組合不斷進行更新的模型137與建築運轉數據以及佔用趨勢，上述系統100 增強了智能建築控制。如上所述，更新的建築模型能有助於改進建築控制策略。例如，圖8的操作示出了使用仿真可以如何使用系統100來確定HAVC控制策略。與現有HVAC仿真技術相比，本發明以使用帶有現行和精確的熱建模信息(thermal modeling information)的建築模型137進行仿真為特色。另外，當實際實現所仿真的控制策略時，通過使用傳感器單元111來探測系統的實際狀況，系統100可以評估一次或多次仿真的精確性。另外，與現有技術的仿真相比，使用所存儲的佔用趨勢數據，也可以將佔用者的熱習性併入仿真。參照圖8，在步驟802中，處理電路110 (或其它處理電路)訪問如上所述經過更新的建築模型137。這樣一種模型提供建築內所有或幾乎所有對象的精確表示。另外，可選地，建築模型137可以包括(或單獨訪問)用於建築的各空間112、114和116的佔用模型。 如上所述，通過實時探測與空間112、114和116在一起的佔用者，並隨時間累計佔用數據， 可以獲得這樣一種佔用模型。在步驟804中，處理電路促使執行多次仿真。各仿真可以指定狀況，諸如戶外天氣、時刻、以及控制策略。在一種實施例中，通過改變控制策略，但是用不變的天氣狀況，執行多次仿真。各種各樣的仿真方法是周知的。這些周知的仿真方法使用建築模型137來有效地預測響應於特定組控制操作的系統性態。因為如本文所述模型137可以包括各種對象諸如電氣設備、窗戶的熱特性，並且可以基於佔用趨勢估計佔用者的熱影響，與現有仿真方法相比，本仿真可以更加全面準確。在步驟806中，處理電路110可以促使HVAC系統根據仿真中所選擇的一個來執行控制操作。為此目的，仿真的分析可以指出對於給定組的環境(天氣、時刻、季節)特別有效的控制策略。處理電路Iio在步驟806中促使由HVAC系統實現該控制策略。為此目的， 處理電路110可以向HVAC系統以及未示出的HVAC控制站或直接向未示出的控制器(其控制通風風門158、178和184)傳達控制策略信息。在一些實施例中，預期處理電路110和工作站130還包括一個或多個建築自動化系統的控制站。在步驟808中，在實施控制策略之後，處理電路110獲得關於識別建築區域102中狀況的傳感器單元111的值。為此目的，傳感器單元111經由無線節點106和網絡104向處理電路110傳達關於所感知狀況(溫度、溼度、C02、V0Cs和/或氣流)的信息。在步驟810中，基於在步驟808中獲得的傳感器信息，處理電路110比較系統的實際性態與步驟804中預測的仿真性態。如上所述，仿真可以是粒狀的，提供關於各空間112、 114和116相對於溫度及其它狀況的仿真性態。因為空間112、114和116具有單獨的傳感器單元111，處理電路110也具有粒狀的傳感器數據。因此，步驟810中的比較可以包括仿真性態與實際性態之間差異的逐個空間分析。在步驟812中，處理電路110提供比較結果的視覺指示，以及至少(ata minimum)提供仿真與實際狀況變化明顯所在之處的指示。然後，接到這種指示的技術人員可以確定變化的原因。HVAC系統的仿真性態與實際性態之間的變化可以是建築模型137中誤差的結果。可選擇地，變化可以指示設備故障、乃至需要維護的設備或結構部件。據此，通過顯示或者其它指示仿真系統性能與實際系統性能之間明顯變化的存在及位置，能以適時的方式發現並糾正建築系統中的維護問題，以便幫助系統更有效地運轉。在不必涉及仿真的其它操作中，處理電路110使用來自傳感器111所積累的傳感器值，來開發空間112、114和116中多種感知狀況的粒狀趨勢。處理電路110進一步構造成，使感知的狀況趨勢與各空間112、114和116內的佔用趨勢相互關聯。然後，處理電路 110可以導致相關結果的圖形或文本顯示。以這種方式，可以處理高佔用時空間中自身暴露的問題。例如，處理電路110可以識別會議室空間114的高度使用期間VOCs中的相互關係。處理電路110顯示這種相互關係。在了解此信息的情況下，可以採取調查和/或糾正行動。類似地，基於模型137中的信息，處理電路110可以採用相同的方法，將所感知的環境狀況與建築中對象的特徵聯繫起來。例如，處理電路110構造成，確定由傳感器單元 111所感知的特定環境狀況與如模型137中所存儲的空間中對象的物理特徵之間的相互關係。例如，處理電路110可以識別某些工廠的地毯(來自模型137)、以及過多VOCs (如傳感器單元111所感知的)、或者包括某些型號影印機的區域中的過熱之間的相互關係。處理電路110提供這種相互關係的顯示，使得可以採取進一步的分析、調查、和/或糾正行動。圖9示出了使用系統100的結構可以實現的不同組的操作。具體而言，建築HVAC 系統安裝維護過程中的問題之一是跟蹤如何控制通風風門(或其它致動器)。具體而言，通風風門(例如，風門158、178和184)典型地接收來自現場控制器或現場控制盤(諸如西門子型號TEC控制器)的控制信號。現場控制器典型地就近安置，但不必與其所控制的通風風門在同一房間。當在建築內安裝或者更換風門時，可以使用圖6和圖7的方法來識別新近安裝的風門的物理位置和其它特性。然而，可以不必使用圖6和圖7的方法來識別哪個控制器負責控制該通風風門的操作，因為那是一個安裝問題。安裝技術人員不太可能具有這樣的職責或能力，更新風門上的被動式無線設備108x來指示如何將風門與HVAC相連接。因此，處理電路110可以識別並定位新的風門，但不能將該風門與建築模型137內的現場控制器「連接」。例如，辦公樓中較大的開放區域可能包括多個區，其具有多個風門和兩個或更多的現場控制器。圖10示出一種情形，其中三個風門158、178和184有可能用兩個控制器 1008和1010進行控制。儘管安裝風門158、178和184的人可能知道哪個控制器具體控制每個風門，但這種信息並沒有存儲在它們各自的被動式無線設備108x上，因此，並不容易達到更新建築模型137。即使HVAC系統具有控制各風門控制器的非常清楚的標識，但這種控制器的物理位置可能沒有存儲成建築模型易於使用的格式。採用圖9的操作來幫助確定哪個控制器(如建築模型137中所識別出的)控制系統100內的特定風門。例如，考慮一種示例，其中處理電路110試圖確定控制風門158的控制器。在步驟902中，處理電路識別多個控制器，例如，與所討論的風門(如風門158)在預定距離內的控制器1008、1010。處理電路110使用關於控制器和風門158的位置信息識別這些控制器。該位置可以適當地從如本文所述生成的建築模型137獲得。例如，使用圖 7的操作已經確定了風門158、178和184以及控制器1008、1010的位置。在步驟904中，處理電路110識別最靠近於風門例如風門1004的N個控制器。數目N可以合適地為4。在這裡所描述的示例中，只有兩個控制器1008和1010候選，所以，步驟904不是必需的。然而，在所討論的控制器的「預定」距離內有許多控制器的情況下，處理電路110限制候選控制器為最近的N個控制器。然後，在步驟906中，處理電路110相繼地促使選定的N個控制器各自以限定的方式改變冷氣(或暖氣)的流動。結果，各控制器產生輸出信號，促使其所安裝的風門或多個風門打開或關閉，從而允許或多或少的調節空氣。這種操作想要改變風門158所在的特定空間中的溫度。如果特定的控制器控制風門158，那麼，作為改變輸出信號的結果，或多或少的冷(或暖)氣將進入該空間。然而，如果特定的控制器不控制風門158，那麼，靠近風門158的溫度即使不是根本沒有影響，也不會影響很多。在步驟908中，處理電路110從最靠近於所討論風門即風門158的傳感器單元111 獲得傳感器測量結果。與選定控制器的每一個對其所連接的風門改變其各自輸出流動信號時的時間相對應，處理電路110記錄傳感器輸出。如上所述，如果候選控制器構造成控制風門158，那麼，將會探測到明顯的溫度變化。然而，如果候選控制器構造成控制一些其它風門，那麼，靠近於風門158測得的溫度將不受影響。在步驟910中，處理電路110識別最影響風門158附近溫度的控制器。在步驟912 中，處理電路110在建築模型137中存儲風門158與識別出的控制器之間的連結。應當理解的是，上述實施例僅僅是示例性的，並且本領域普通技術人員可以容易地想出結合本發明原理並落入本發明精神及範圍內的他們自己的實現方式及修改。
1權利要求
1.一種建築系統，包括a)通信網絡；b)多個無線節點，在建築內可操作地與所述通信網絡耦合；c)多個被動式無線設備，各所述被動式無線設備固定於所述建築內的對象或固定在所述對象內，各所述被動式無線設備包含關於所述對象至少一個特性的第一信息，各所述被動式無線設備構造成，使用從所述被動式無線設備中檢測出的通信信號取得的電力，與至少一個所述無線節點無線地通信；d)多個傳感器，構造成產生表示所述建築各處所感知溫度的第二信息，各所述傳感器可操作地與所述通信網絡相連接；e)處理電路，可操作地耦合以便接收來自所述無線設備的第一信息和來自所述傳感器的第二信息，所述處理電路構造成，基於所述第一信息和所述第二信息產生關於所述建築的控制信息。
2.根據權利要求1所述的建築系統，其中，所述處理電路進一步構造成，部分地基於所述第一信息生成模型，以及，基於所述模型和所述第二信息產生控制信息。
3.根據權利要求2所述的建築系統，其中，所述建築系統包括多個控制器，並且其中， 所述控制信息包括用於至少一些所述控制器的一組或多組細目。
4.根據權利要求2所述的建築系統，其中，所述多個傳感器中至的少一些布置在所述多個無線節點中的一個無線節點或多個無線節點內。
5.根據權利要求1所述的建築系統，其中，所述處理電路進一步構造成，部分地基於所述第一信息和所述第二信息生成模型，基於所述熱模型產生多個仿真控制策略，以及，基於所述多個仿真控制策略中的一個產生控制信息。
6.一種方法，包括a)使用無線設備來識別布置在空間附近內的多個控制器；b)選擇所述多個控制器中的一個；c)獲得所述空間內的溫度測量；d)促使所述選擇的控制器來改變經調節的空氣流進所述空間；e)在第一持續時間之後，獲得所述空間內更新的溫度測量；f)選擇一個或多個其它控制器，以及，對每一個控制器重複步驟c)、d)和e)。
7.根據權利要求6所述的方法，進一步包括，對於每一個所述選擇的控制器，基於溫度測量與更新的溫度測量之差，確定所述多個控制器中用於所述空間的第一控制器。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，步驟a)進一步包括，採用布置在所述空間附近的無線節點與每個所述控制器上的無線設備進行通信。
9.根據權利要求6所述的方法，進一步包括，在步驟a)之後，確定每一個所述控制器與所述空間內的基準點之間的距離。
10.根據權利要求9所述的方法，進一步包括，基於每一個所述控制器與所述基準點之間的所確定的距離，對N個候選控制器進行識別。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述控制器中被選定的一個控制器和所述被選定的一個或多個其它控制器組成所識別的N個候選控制器。
12.根據權利要求7所述的方法，進一步包括，更新建築模型，以使所述空間與所述第一控制器相關聯。
13.根據權利要求7所述的方法，進一步包括，使用所述第一控制器對所述空間中的溫度進行控制。
14.一種方法，包括a)使用無線設備來識別布置在空間附近內的多個控制器；b)相繼地指令每個控制器改變輸出，所述輸出與一個致動器耦合；c)識別在改變所述輸出時導致所述空間中最大環境變化的所述控制器；d)存儲將所述被識別出的控制器與所述空間相關聯的信息。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，步驟b)進一步包括，採用布置在所述無線設備中的處理電路來相繼地指令所述控制器。
16.根據權利要求14所述的方法，其中，步驟c)進一步包括，採用布置在所述無線設備中的處理電路來識別所述控制器。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，所述無線設備包括RF電路和所述處理電路，並且其中，將所述處理電路構造成以第一模式與被動式無線設備通信；以第二模式與無線傳感器通信，其中，所述第一模式採用不同於所述第二模式的無線協議。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，使所述無線設備可操作地與通信網絡耦合。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，使所述無線設備有線連接至所述通信網絡。
全文摘要
本發明公開了一種建築系統，包括通信網絡、多個無線節點、多個被動式無線設備、多個傳感器、以及處理電路。無線節點布置在建築內，並且可操作地與通信網絡耦合。各被動式無線設備固定於建築內的對象，並且包含關於對象至少一個特性的第一信息。各被動式無線設備構造成，使用從被動式無線設備中檢測出的通信信號取得的電力，與至少一個無線節點無線地通信。傳感器構造成為產生表示建築各處所感知溫度的第二信息，各傳感器可操作地與通信網絡相連接。處理電路可操作地耦合，以便接收來自無線設備的第一信息和來自傳感器的第二信息。處理電路構造成，基於第一信息和第二信息產生關於建築的控制信息。
文檔編號H04L29/08GK102217231SQ200980142155
公開日2011年10月12日 申請日期2009年9月3日 優先權日2008年9月3日
發明者切勒裡·R·薩斯特裡, 奧斯曼·阿麥德, 理察·J·勒布蘭克, 賈斯蒂尼安.羅斯卡 申請人:西門子公司, 西門子工業公司