CN101737849B

CN101737849B - 基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统及方法

Info

Publication number: CN101737849B
Application number: CN2010101062628A
Authority: CN
Inventors: 张桂青; 张琳; 汪明; 申斌; 闫俏
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: The Mahdi (Tianjin) Engineering Design Institute Co. Ltd.
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2030-02-05
Also published as: CN101737849A

Abstract

本发明涉及一种基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统及方法，通过监测大楼内有无人员的情况相应地对集中供热的阀门进行控制实现节能。它由管理Agent融合所有房间Agent上传的信息，其中包括有个人Agent人员身份信息、热释电红外传感器检测的是否有人信息和人员统计Agent信息这三方面的信息来判断楼内人员的有无情况。其中，个人Agent识别人员身份；环境Agent集成有热释电红外传感器判断是否有人并能够接收个人Agent信息；人员统计Agent对出入大楼的人数进行统计，它是一种特殊功能的房间Agent；管理Agent与热网监测控制系统连接，根据人员有无情况对大楼供热系统进行节能控制。所有环境Agent通过无线网络上传信息给房间Agent，然后由房间Agent把这些信息经以太网上传给管理Agent。

Description

基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统及方法。

背景技术

统计数据表明，中国建筑能耗的总量逐年上升，在能源消费总量中所占的比例已从上世纪70年代末的10％，上升到近年的27.8％。其中，北方城镇建筑采暖和农村生活用煤约为1.6亿吨标煤/年，占中国2004年煤产量的11.4％。中国北方城镇采暖能耗占全国建筑总能耗的36％，为建筑能源消耗的最大组成部分。单位面积采暖平均能耗折合标准煤为20kg/m²·年，为北欧等同纬度条件下建筑采暖能耗的2～4倍。所以降低采暖能耗是我们降低建筑能耗的一个重要方面和重要环节。

目前国内外将多Agent系统应用于建筑领域的研究主要集中在两方面：一是定义不同种类不同层次的Agent，实现建筑环境中各种参数的优化控制；二是对Agent的自学习算法和Agent间交互机制的研究。最早将MAS应用于智能建筑中的是MIT人工智能实验室Brooks教授，他在1997年提出了采用MAS的控制体系结构。后来为了实现建筑物节能，Davidsson和Boman提出了用于建筑环境控制的多Agent系统，该多Agent系统由四类Agent组成。其中个人Agent将多个标记Agent搜集的信息综合分析后确定个人的参数，房间Agent根据这些参数来设定房间的环境参数值并决定采用何种控制策略，最后由环境Agent来实施控制策略。英国艾塞克斯大学的Vic Callaghan等进一步提出了面向智能建筑的Agent体系结构，系统采用分布式人工智能技术、基于模糊逻辑的嵌入式Agent技术以及互联网技术。Agent被设计嵌入到房间控制器等设备中，并通过计算机网络连接起来，传感器和执行器通过底层的现场总线连接起来。

在国内，Agent技术相关领域大多停留在理论研究和方案验证阶段，在建筑领域的研究尚不多见。福州大学在基于CORBA的多Agent智能建筑模型方面进行了研究，并以安保系统及照明系统为主要研究对象，在JALite开发平台上描述了系统如何通过Agent进行任务分配及交互。重庆大学以JADE作为开发平台，建立了一个建筑智能化系统集成的MAS模型。综上所述，可以看出多Agent在建筑中的应用目前仍停留在规划阶段。

目前的建筑供热存在能源浪费的情况尤其是集中供热条件下能源浪费情况更为严重，在没有人员存在的大楼里还向此大楼供热就是一种典型的能源浪费情况。正是由于多Agent系统的交互性、自适应等优点它为我们降低建筑能耗提供了新的途径和新的思路；基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统就是利用多Agent之间的信息交互和相互协作准确判断建筑物内人员的存在情况，并根据人员的存在情况来控制大楼的供热阀门的开闭减少不必要的能源消耗。

发明内容

本发明的目的就是为解决目前在没有人员存在的大楼仍向此大楼供热造成能源浪费的问题，提供一种基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统及方法，它通过管理Agent融合所有房间Agent上传的信息，综合个人Agent人员身份信息、热释电红外传感器人员有无信息以及人员统计Agent信息获得准确的人员信息以完成所需的决策，关闭没有人员存在的大楼的供热阀门实现能源优化达到最大节约能源的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，它包括若干个人Agent、若干环境Agent、若干房间Agent、至少一个管理Agent、至少一个人员统计Agent和热网监测控制系统；其中，

个人Agent用来识别人员的身份；

环境Agent集成有热释电红外传感器判断是否有人并能够接收个人Agent信息；

人员统计Agent对出入大楼的人数进行统计，并将统计信息通过以太网上传到管理Agent；

所有环境Agent通过无线网络上传信息给相应房间Agent，然后由房间Agent把这些信息经以太网上传给管理Agent；

管理Agent融合所有房间Agent、人员统计Agent和热释电红外传感器上传的信息作为大楼内有无人员的判断依据；当管理Agent判断出大楼内无人员存在时，通过热网监测控制系统控制大楼的供热阀门关闭达到节能目的。

一种基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，它包括若干个人Agent、若干环境Agent、若干房间Agent、至少一个管理Agent和至少一个人员统计Agent；其中，

个人Agent用来识别人员的身份；

管理Agent融合所有房间Agent、人员统计Agent和热释电红外传感器上传的信息作为大楼内有无人员的判断依据；当管理Agent判断出大楼内无人员存在时，通过各房间Agent 控制室内供热阀门开闭达到节能目的。

所述个人Agent为射频卡，射频卡内写有携带它的人员身份信息，每个个人Agent都有自己独立的ID号码。

所述环境Agent包括环境微控制器，环境微控制器分别与热释电红外传感器和射频收发器连接，射频收发器用于无线通信接收个人Agent广播，从而实现对人员身份的识别。

所述人员统计Agent包括微控制器，分别与至少4个热释电红外传感器、射频收发器、以太网接口连接；4个热释电红外传感器其中的两个布置在出入口一侧，另外两个布置在出入口另一侧，分别对进和出大楼的人员个数进行统计；人员统计Agent可对计数自动/手动清零。

射频收发器用于无线通信接收个人Agent广播，从而实现对人员身份的识别；通过以太网接口与以太网连接。

所述房间Agent包括房间微处理器，它通过射频收发器与无线网络连接；通过以太网接口与以太网连接；房间微处理器还有多个模拟量输出端、开关量输出端和数字量输出端。

所述热网监测控制系统控制大楼供热阀门的开关，其主控制器通过以太网与管理Agent直接相连。

一种基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统的节能方法，管理Agent综合三方面信息即个人Agent人员身份信息、热释电红外传感器检测的人员是否存在信息以及出入大楼的人数统计信息作为大楼内人员有无的判断依据；当这三方面信息至少有任意两方表征楼内已无人员存在并且经过设定的延时后再次确认至少有两方信息表征楼内已无人员存在则管理Agent判定楼内确定为无人员存在，它就会给热网监测控制系统发送关闭该大楼供热阀门命令，由热网监测控制系统来关闭此大楼的供热阀门实现能源的节约；当大楼没有热网测控系统的时候，则用各房间Agent对阀门控制。

本发明所利用的技术包括：

1、无线网络

对于无线网络，主要解决的就是路由问题；在多Agent体系中，当相邻房间之间的Agent或是房间内的Agent之间进行通信的时候，发送方Agent会向无线网络中发送一帧信息，这帧信息包含有3个字段分别是MAC帧头、Net帧头和数据负载。在此无线网络中收到这帧信息的节点会对数据包进行解析，得到源地址与目的网络地址。无线通讯网络是个树状的网络，根据当前节点是否为协调器判断是沿着树往上还是往下搜索，若是往上，则从每一层的路由节点开始判断目标节点是否在该层，若不在，则继续往上搜索直到第零层；往下，也是依次从每个路由节点判断是否是该节点还是在该层或是在下一层，直到最大深度，经过一层层的传递，信息最终到达目的地址。

2、以太网技术

Microsoft Visual Basic提供了用于Windows Sockets编程的可用控件——Winsock控件，该控件已经封装了所有繁琐的技术细节，并为用户提供了访问TCP网络的极其方便的途径。只需要通过设置控件的属性并调用其方法就可以轻易连接到一台远程的计算机中，并且还可以双向交换数据，而这一切都不需要我们了解TCP的细节或调用低级的Winsock API。所以在这里我们通过VB编程利用Winsock控件使管理Agent和各个房间Agent之间建立连接，并通过传输控制协议TCP进行数据的交换。管理Agent把各个房间Agent上传的信息保存到专门的数据库中，并对数据库进行维护和管理；通过建立B/S架构的管理系统，使得授权用户可以在任何地方通过登陆系统提供的浏览界面查看大楼环境参数、设备运行状态，还可以远程控制相关设备的开关。

3、各类Agent

在多Agent的体系中，本发明的Agent主要分为了4类：分别是个人Agent(PA)、环境Agent(EA)、房间Agent(RA)和管理Agent(MA)，人员统计Agent为房间Agent(RA)中的一种。

每个房间内至少存在一个环境Agent和一个房间Agent。房间内的EA和RA之间以及相邻房间的各Agent之间组成一个无线网络，各EA和RA之间通过无线进行通信。

个人Agent是人员身份识别的射频卡。当携带它的人进入建筑物内，它就会不停的向周围发送广播信号，以便于EA能够识别。EA除了能够识别人员身份信息外，它上面还集成了热释电红外传感器；对于安置在各个房间内、走廊上和楼梯间的EA，热释电红外传感器用来检测楼内是不是有人员存在。人员统计Agent为特殊功能的房间Agent，它利用对射的热释电红外传感器对进出大楼的人员个数进行统计并将统计信息通过以太网上传给管理Agent。所有房间Agent把环境Agent发来的信息通过以太网上传给管理Agent，同时房间Agent还能根据环境Agent和管理Agent发来的信息进行综合判断来控制房间的用电设备。管理Agent收集所有房间Agent发来的信息并对这些信息进行分析和管理并利用信息融合判断大楼内的人员情况，在楼内无人员存在的情况下对建筑供热系统进行节能控制。

4、信息融合

在多Agent系统中，同一个无线网络中的各个环境Agent之间以及环境Agent与房间Agent之间通过无线网络进行通信。所有房间、走廊以及楼梯间的环境Agent通过无线网络向和它们在同一网络的房间Agent上传收到的个人Agent的人员身份信息以及红外传感器检测的人员是否存在信息；所有的房间Agent将环境Agent上传的信息通过以太网再上传给管理Agent；人员统计Agent通过以太网上传人员统计信息。管理Agent综合三方面信息即个人Agent信息、热释电红外传感器检测的人员是否存在信息以及出入大楼的人员统计信息作为大楼内人员有无的判断依据；若大楼内所有环境Agent均未收到任何个人Agent广播信号则认定这一信息表征大楼内已无任何人员存在；若楼内所有热释电红外传感器均未检测到人体辐射的红外线能量变化则认定这一信息表征大楼内已无任何人员存在；若人员统计Agent对进出大楼的人员计数为进入大楼的人数等于出来的人数则认定这一信息表征大楼内已无任何人员存在；当三方面信息有至少任意两方面信息能够表征大楼内已无任何人员存在并且经过设定的延时之后，依然有至少任意两方面信息能够表征大楼内已无任何人员存在则管理Agent判定大楼内没有任何人员存在。

本发明的有益效果为：在建筑物内应用基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，特别是在对大型建筑楼群进行集中供热时，应用基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统对进一步实现建筑节能具有重要意义：基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，利用开放式的以太网，管理Agent可以很方便的获取大楼内各个房间的环境信息，尤其是各个大楼内的人员存在信息；同时开放式的以太网方便了各个RA之间数据的共享。正是基于多Agent之间的交互和信息融合技术，提高了判断人员有无的准确率，并根据判断出建筑物内的人员情况来控制大楼供热阀门，避免了给空楼供热而造成不必要的能源浪费的情况发生。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为多Agent系统结构示意图；

图3为环境Agent结构图；

图4为房间Agent结构图；

图5为射频收发器电路；

图6为本发明优化流程图；

其中，1.个人Agent，2.环境Agent，3.房间Agent，4.管理Agent，5.热释电红外传感器，6.其他类型传感器7.环境微控制器，8.射频收发器，9.输入调理电路，10.房间微控制器，11.模拟量输出端，12.数字量输出端，13.开关量输出端，14.以太网接口，15.1号楼供热阀门，16.2号楼供热阀门，17.n号楼供热阀门，18.热网监测控制系统。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明

图1中，基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，包括若干个个人Agent1、若干个环境Agent2、若干个房间Agent3、至少一个管理Agent4、至少一个人员统计Agent和热网监测控制系统18。

其中，

个人Agent1识别人员身份的射频卡；卡内写有携带它的人员身份信息，每个个人Agent都有自己独立的ID号码。当携带该卡的人员在建筑物内时，有源卡(RFID)不断向空间中发送携带自己ID号的广播信号；

环境Agent2集成有热释电红外传感器并能够接收个人Agent1发射的无线信号；

人员统计Agent是一种特殊的房间Agent3，它集成了至少两对热释电红外传感器，其中的一对布置在出入口一侧，另外一对布置在出入口另一侧，两对“对射的热释电传感器”分别对进和出大楼的人员进行计数；此外人员统计Agent还有计数自动/手动清零的功能。

各个环境Agent2之间以及环境Agent2与房间Agent3之间通过无线网络进行信息的交互；所有环境Agent2通过无线网络上传信息给房间Agent3，然后由房间Agent3把这些信息经以太网上传给管理Agent4；管理Agent4融合所有房间Agent3上传的信息其中包括有个人Agent1人员身份信息、热释电红外传感器5检测的是否有人信息和人员统计Agent3信息这三方面的信息来判断楼内人员的有无情况。在管理Agent4判断出楼内已无人员存在的情况下通过热网监测控制系统18关闭大楼的供热阀门。

图3中，环境Agent2包括环境微控制器7集成了热释电红外传感器5；为了以后扩展的需要环境Agent2还可以集成其他的传感器6如光照度传感器、烟雾传感器、温度传感器、湿度传感器等等；

同时环境Agent2还有用于无线通信的收发设备即射频收发器8，通过射频收发器8各环境Agent2之间以及环境Agent2与房间Agent3之间可以进行无线通信，并能够接收个人Agent1发来的无线信号。

环境微控制器为MEGA64芯片。

图4中，房间Agent3包括房间微处理器10，它通过射频收发器8与无线网络连接；通过以太网接口14与以太网连接；房间微控制器10还有多个模拟量输出端11和数字量输出端12以及开关量输出端13。房间Agent3可以根据环境Agent2和管理Agent4发来的信息进行分析和判断并控制房间的设备。

房间微处理器10为MC9S12NE64和MEGA64芯片。

房间Agent3通过无线网络收集环境Agent2发来的信息，然后由房间Agent3通过以太网将这些信息上传给管理Agent4。在所有房间Agent3发来的信息包括有房间内、走廊和楼梯间热释电红外传感器检测的人员信息，环境Agent2接收的个人Agent1无线信号情况和进出大楼的人员个数这三方面信息；管理Agent4综合这三方面的信息来判断楼内的人员存在情况。

管理Agent4实际上就是一个拥有专用能源管理软件电脑，它作为整个建筑的信息管理中心，将楼内的人员存在情况保存到实时数据库中，并可以根据优化算法控制各个大楼供热阀门的开闭。

图5中，射频收发器8为UM2455无线收发芯片。

图6中，基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统的控制方法，它的步骤为：

1)系统初始化，为所有RA和热网监测控制系统上位机分配IP地址；

2)管理Agent通过以太网读取所有房间Agent上传的信息；

3)管理Agent将所有房间Agent上传的信息进行分析和管理，判断楼内人员的存在情况；

4)管理Agent综合环境Agent接收到的个人Agent人员身份信息、热释电红外传感器检测的人员是否存在信息和出入大楼的人员个数统计这三方面的信息作为大楼内人员有无的判断依据；若大楼内所有环境Agent均未收到任何个人Agent无线信号则认定这一信息表征大楼内已无任何人员存在；若楼内所有热释电红外传感器均未检测到人体辐射的红外线能量变化则认定这一信息表征大楼内已无任何人员存在；若人员统计Agent对进出大楼的人员计数为进入大楼的人数等于出来的人数则认定这一信息表征大楼内已无任何人员存在；当三方面信息有至少任意两方面信息能够表征大楼内已无任何人员存在并且经过设定的延时时间之后，依然有至少任意两方面信息能够表征大楼内已无任何人员存在则管理Agent判定大楼内确实没有任何人员存在；

5)根据步骤4)当管理Agent判定该楼已没有任何人员存在时，给热网监测控制系统发送关闭该大楼供热阀门命令，由热网监测控制系统来关闭此大楼的供热阀门实现能源的节约。当大楼没有热网测控系统的时候，可用本系统中的房间Agent完成阀门控制功能。

Claims

1.一种基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，其特征是，它包括若干个人Agent、若干环境Agent、若干房间Agent、至少一个管理Agent、至少一个人员统计Agent和热网监测控制系统；其中，

个人Agent用来识别人员的身份；

2.一种基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，其特征是，它包括若干个人Agent、若干环境Agent、若干房间Agent、至少一个管理Agent和至少一个人员统计Agent；其中，

个人Agent用来识别人员的身份；

管理Agent融合所有房间Agent、人员统计Agent和热释电红外传感器上传的信息作为大楼内有无人员的判断依据；当管理Agent判断出大楼内无人员存在时，通过各房间Agent控制室内供热阀门开闭达到节能目的。

3.如权利要求1或2所述的基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，其特征是，所述个人Agent为射频卡，射频卡内写有携带它的人员身份信息，每个个人Agent都有自己独立的ID号码。

4.如权利要求1或2所述的基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，其特征是，所述环境Agent包括环境微控制器，环境微控制器分别与热释电红外传感器和射频收发器连接，射频收发器用于无线通信接收个人Agent广播，从而实现对人员身份的识别。

5.如权利要求1或2所述的基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，其特征是，所述人员统计Agent包括微控制器，分别与至少4个热释电红外传感器、射频收发器、以太网接口连接；4个热释电红外传感器其中的两个布置在出入口一侧，另外两个布置在出入口另一侧，分别对进和出大楼的人员个数进行统计；人员统计Agent可对计数自动/手动清零；射频收发器用于无线通信接收个人Agent广播，从而实现对人员身份的识别；通过以太网接口与以太网连接。

6.如权利要求1或2所述的基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，其特征是，所述房间Agent包括房间微处理器，它通过射频收发器与无线网络连接；通过以太网接口与以太网连接；房间微处理器还有多个模拟量输出端、开关量输出端和数字量输出端。

7.如权利要求1所述基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统，其特征是，所述热网监测控制系统控制大楼供热阀门的开关，其主控制器通过以太网与管理Agent直接相连。

8.一种采用权利要求1或2所述基于多Agent技术和信息融合的建筑供热节能系统的节能方法，其特征是，管理Agent综合三方面信息即个人Agent人员身份信息、热释电红外传感器检测的人员是否存在信息以及出入大楼的人数统计信息作为大楼内人员有无的判断依据；当这三方面信息至少有任意两方表征楼内已无人员存在并且经过设定的延时后再次确认至少有两方信息表征楼内已无人员存在则管理Agent判定楼内确定为无人员存在，它就会给热网监测控制系统发送关闭该大楼供热阀门命令，由热网监测控制系统来关闭此大楼的供热阀门实现能源的节约；当大楼没有热网测控系统的时候，则用各房间Agent对阀门控制。