JP6480801B2 - 環境管理システム - Google Patents
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Description
例えば、インターネット上の商取引を行う店舗では、利用者の閲覧履歴から、これまで蓄積してきたビッグデータから、閲覧された商品とこれまで別の利用者が同時に閲覧した商品等の関連のあるおすすめ商品を表示することを行っている。
加えて、GPSデータを利用した分野としては、自動車に搭載されたGPSにより得られる位置情報の変化から、位置情報の変化量が少ない車が多い場所は渋滞していることから道路の渋滞状況を分析するなどの渋滞情報提供に用いられている。
また、目標指令を入力に操作量を出力にする制御対象および制御対象の逆モデルで構成されたフィードフォワード制御器と、目標値と制御対象の出力の偏差を入力として偏差をゼロになるように操作量を出力するフィードバック生成器とで構成する、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせたシステムがある(特許文献5を参照)。
さらに、耳孔装着型集音装置においてノイズを削除するためにフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて利用しているものがある(特許文献6を参照)。それは、装着部の外部音を集音するように配置された外部マイクロホンによる集音信号に基づくフィードフォワード方式によるノイズキャンセリング音を生成し、このノイズキャンセリング音をスピーカから出力する。耳孔装着型集音装置の内部空間内の音を集音するマイクロホンによる集音信号に基づくフィードバック方式によるノイズキャンセリング信号を生成し、このノイズキャンセリング音をスピーカから出力する。この組み合わせにより、外乱にも適応したノイズキャンセルを行うようにしている。このようにして、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて、外乱に対応した制御を行っている。
また、この発明にかかる環境管理システムでは、情報収集解析端末の過去データ選択手段は、所定の期間の蓄積された取得データの平均値と現在の取得データとの比較により、平均値を参考値として選択し、平均値は、蓄積された取得データの蓄積量に応じて、蓄積された取得データの選択範囲を変化させて算出することが好ましい。
さらに、この発明にかかる環境管理システムでは、情報収集解析端末の過去データ選択手段は、蓄積された取得データと現在の取得データとの比較により、類似性の高い取得データを参考値として選択し、類似性は、現在値と規定時間前の値とにより算出される変化量を用いることが好ましい。
また、この発明にかかる環境管理システムでは、フィードフォワード制御を開始直後、参考値と情報収集機器からの取得データとの差が所定範囲を超えた場合、フィードバック制御のみで制御し、規定時間経過後、再度、制御計画情報を取得することが好ましい。
また、情報収集解析端末の過去データ選択手段は、所定の期間の蓄積された取得データの平均値と現在の取得データとの比較により、平均値を参考値として選択し、その平均値が、蓄積された取得データの蓄積量に応じて、蓄積された取得データの選択範囲を変化させて算出する場合、蓄積データベースに蓄積された取得データの取得状況においてフィードフォワード制御に最適な参考値を選択することができる。あるいは、情報収集解析端末の過去データ選択手段は、蓄積された取得データと現在の取得データとの比較により、類似性の高い取得データを参考値として選択し、類似性が、現在値と規定時間前の値とにより算出される変化量を用いる場合、選択された過去の外部環境における取得データが、制御計画情報を算出する基となる取得データとしての正確性を向上させることができることから、フィードフォワード制御に適切な参考値を選択することができる。
さらに、フィードフォワード制御を開始直後、参考値と情報収集機器からの取得データとの差が所定範囲を超えた場合、フィードバック制御のみで制御し、規定時間経過後、再度、制御計画情報を取得する場合、算出された制御計画情報が、現状に即した制御情報でなかった場合であっても、目標値に制御することができ、規定時間経過後に取得された制御計画情報により、再び、自律的にフィードフォワード制御を再開させることができる。
なお、管理すべき環境の状態は、時系列に変化する外部環境の状態に依存している。
環境管理システム10は、データを送受信する機能を有する複数の通信制御機器12を含む。また、通信制御機器12には、図1(b)に示すように、通信制御機器12が制御するための制御対象機器14が直接接続されるか、あるいは、データ制御機器20を介して間接的に接続されている。また、通信制御機器12には、外部環境あるいは管理すべき環境における取得データを取得するための情報収集機器16およびセンサ18が直接接続されるか、あるいは、データ処理機器22を介して間接的に接続されている。外部環境あるいは管理すべき環境における取得データとは、例えば、温度データ、湿度データあるいは照度データ、監視カメラ映像等、情報収集機器16やセンサ18が収集するデータである。
また、通信制御機器12は、特に、管理すべき環境におけるセンサ18等から得られる取得データの閾値を監視しており、監視している取得データが閾値を超えた、もしくは、閾値を下回った場合には、制御対象の通信制御機器12に制御情報を送信する機能を有する。
通信制御機器12は、他の通信制御機器12と通信するための通信モジュール28、通信ポート30およびアンテナ32を含む。また、通信制御機器12は、通信制御機器12を駆動させるためのバッテリ34と、後述するI/O部からの情報を保存するためのメモリ36を含む。
アンテナ32は、図3(a)に示すように外側に接続せず、内蔵していてもよい。
I/O部40は、情報収集機器16およびセンサ18から、外部入出力端子42あるいは無線モジュール44を介して、アナログ入力46aおよびデジタル入力46b、ならびにアナログ出力48aおよびデジタル出力48bする機能を有する。
なお、本実施の形態にかかる環境管理システム10において、各通信制御機器12間同士や各通信制御機器12と情報収集解析端末24との間の通信方法については、電子メールを用いた通信方法を中心に説明しているが、それに限られず、FTP、TCP、UDPなど、どの通信方法を利用してもかまわない。
図3(a)に示すように、通信制御機器の正面に電源用LED68、表示用LCD70、操作ボタン72を備える。表示用LCD70には、アンテナ受信感度や送受信など通信状態などを含む機器状態を表示することができる。電源用LED68には、LEDが点灯することで通電状態を示している。また、操作ボタン72との組み合わせの動作により、設定状態や接続している情報収集機器16やセンサ18の状態等を表示させることができる。また、手前面と左側面に外部入出力端子42が設けられており、センサ類や情報収集機器などが接続される。外側には、アンテナ32が接続されている。また、左側面には、通信ポート30が設けられている。この携帯網、もしくはイーサネット(登録商標)網に接続するための通信モジュール28が内蔵されている。環境管理システム10を構成する通信制御機器12が、すべてイーサネット(登録商標)等の有線通信でも、すべてが携帯網の無線通信でも、有線通信と無線通信が混在しても構わない。設置場所の条件により選択することができる。
また、図3(b)は、通信制御機器12の他の実施の形態にかかる外観斜視図を示す。図3(b)に示すように、表示用LCD70の代替手段として機器状態表示用LED66が設けられており、この機器状態表示用LED66には、アンテナ受信感度や送信状態などを含む機器状態を表示させることができる。
さらに、環境管理システム10は、複数の通信制御機器12からのデータ収集し、解析し、さらに、各制御対象機器14に対して制御計画情報を提供するための情報収集解析端末24を含む。複数の通信制御機器12および情報収集解析端末24は、ネットワーク26を介して接続されている。また、情報収集解析端末24には、管理者端末24aが接続されている。センサ18や情報収集機器16から得られた外部環境あるいは管理すべき環境における取得データは、それらが接続される通信制御機器12に格納し、蓄積され、蓄積された外部環境あるいは管理すべき環境の状態を示す取得データは、それぞれの通信制御機器12から情報収集解析端末24に定期的に送信される。
これにより、情報収集解析端末24は、新たに中小規模ネットワーク上で取得された外部環境あるいは管理すべき環境における取得データを収集し、蓄積することができる。なお、情報収集解析端末24の設置場所は、ネットワーク26に接続されていれば通信制御機器12の近くでも、遠隔地でもかまわない。
蓄積データベース部84に蓄積される取得データは、データ収集時刻およびセンサ18や情報収集機器16などの固有の機器番号(他の機器と重複しない番号)のうちの少なくとも1つを含み、制御情報は、情報収集時刻、制御対象機器14の固有の機器番号および制御対象機器14における時系列に制御を行った具体的な情報(制御値)のうちの少なくとも1つを含む。
情報収集解析端末24への送信の際には、送信元の通信制御機器12に一時的に蓄積された取得データが、どの機器のもの、つまり、どのセンサ18、あるいは情報収集機器16からの取得データであるか、どの制御対象機器14からの制御情報であるかを特定することができる。従って、それらの取得データあるいは制御情報の時系列、配置などの関係が特定できるため、任意の制御対象機器14に役立てうるフィードフォワード制御のための制御計画情報を算出することができる。また、この制御対象機器14を制御するための制御計画情報は、制御時刻、制御対象機器14の固有の機器番号および制御値を含む。
環境管理システム10では、このネットワークシステム内で得られた外部環境あるいは管理すべき環境における取得データおよび制御情報を、制御対象機器14を制御するための制御計画情報として算出するために利用することで、人間を介さないで自律的に制御することのできるシステムを構成することができる。
また、情報収集解析端末24の制御計画情報算出部は、その選択された過去の主として外部環境における取得データから、その取得データに対して時系列に対応し、管理すべき環境を目標値に制御したときの制御対象機器14が行った制御情報に基づいて、制御対象となる各制御対象機器12を制御するための制御計画情報を算出する機能を有する。
なお、過去の外部環境における取得データは、特に、1日周期の時系列な変化あるいは季節的な変化に依存するデータである。
過去データ選択部86において、制御計画情報を算出するための過去の外部環境における取得データの選択方法は、平均値を使用する方法、あるいは、蓄積された過去の外部環境における取得データから制御当日と同等と考えられる天候条件の過去の外部環境における取得データを選択して使用する方法がある。平均値を利用する方法とは、例えば、過去数年間の同一日の前後1ヶ月の平均値を利用する、もしくは、過去数年間の同一日の前後1週間の平均値など、ある一定期間の外部環境における取得データを平均してその平均値を利用する方法である。以下、制御計画情報として使用される過去の外部環境における取得データの選択方法について、詳細に説明する。
すなわち、1日分の取得データを1セット、例えば、1時間に1個の取得データとした場合は、1日24個の取得データ、1時間に2個の取得データとした場合は、1日48個の取得データを単位にしたデータ構成を考えている。しかし、例えば、3時間を1セットの取得データとした場合は、1時間で2個の取得データの場合、3時間で6個の取得データが1単位になり、3時間ごとにフィードフォワード制御のための制御値を選択し直すこともできる。これは、制御対象によって、都合のよい条件を選定すればよい。
前年、もしくは、数年前の制御当日の例えば前後1ヶ月や前後1週間の平均値の使用について説明する。例えば、1日に24個の取得データを用いる場合は、前後1ヶ月、もしくは、前後1週間分の取得データから、それぞれ1日分24個の平均値を算出する。次に、制御開始時間の現在値と制御時間の平均値との差を制御補正値として算出して、その制御補正値を、1日分それぞれの24個の平均値に加算、もしくは、差し引きすることにより参考値を得て、フィードフォワード制御の制御計画情報を算出するために用いられる。
また、過去の取得データの1日分の選択は、過去数年の同一時期の1ヶ月の平均値、同一時期の1週間の平均値や直近1週間の平均の取得データなど、制御当日と同等と考えられる取得データに基づいて、設定される。
この選択する方法は、例えば、さらに、2つの手段に分類することができる。
1つめの手段は、1セット分、上記の例では1日分である24個の取得データ毎に選択する方法で、2つめの手段は、1セット分、すなわち、24個の取得データを共通の特徴に基づいていくつかの部分に分割して、共通の特徴のグループ毎に選択する方法である。共通の特徴とは、例えば、取得データの変化勾配が近似している等である。
そのため、現在値と規定時間前の値、例えば、2時間前の変化量の両者を比較して選択することにより、過去の外部環境における取得データを選択することができる。そうすることで、選択された過去の外部環境における取得データが、制御計画情報を算出する基となる取得データとしての正確性を向上させることができる。
さらには、関連のある他の取得データの影響を考慮することによりデータの正確性の向上を図ることができる。例えば、屋内温度を制御する場合、屋外温度、屋外湿度のデータについて多変量解析などを用いて考慮することで、制御当日の環境に近い状態を選択することができる。
なお、この選択する方法の考え方は、平均値を算出して参考値を設定する方法についても適用することができる。
次に、情報収集解析端末24の制御計画情報算出部88は、選択された過去の外部環境における取得データとその取得データに対して時系列に対応し、目標値に制御したときの制御対象機器14が行った過去の制御対象機器14に対する制御情報とに基づいて、制御計画情報を算出する。
次に、図6、図7の処理フローを用いて本実施の形態にかかる環境管理システム10における制御方法を説明する。図6は、この発明にかかる環境管理システムにおいて、制御計画情報を算出するための参考値を導出するため、平均値を利用する方法による制御方法を示す処理フロー図であり、図7は、この発明にかかる環境管理システムにおいて、蓄積された過去の取得データから制御当日と同等と考えられる天候条件の過去の取得データを選択して参考値として使用する方法による制御方法を示す処理フロー図である。また、図8は、この発明にかかる環境管理システムにおけるフィードフォワード制御を行った場合の一例を示した図である。
過去の外部環境における取得データにおける所定期間の平均値が参考値として選択され、設定される(S202)。
現在値と設定された参考値とを比較し、許容値の範囲内か否かの比較がされる(S204)。
現在値と参考値との差の値が許容値の範囲内の場合、参考値から、その参考値に対して時系列に対応し、管理すべき環境を目標値に制御したときの制御対象機器が行った制御情報に基づき、制御計画情報が算出され、制御計画情報が、情報収集解析端末24から所定の各通信制御機器12に送信される(S210)。
現在値と参考値との差の値が許容値の範囲外の場合、その差の値から、制御補正値が算出される(S206)。
続いて、算出された制御補正値から参考値が補正され、新たな参考値が設定される(S208)。
そして、設定された参考値から、その参考値に対して時系列に対応し、管理すべき環境を目標値に制御したときの制御対象機器が行った制御情報に基づき、制御計画情報が算出され、算出された制御計画情報が、情報収集解析端末24から所定の各通信制御機器12に送信される(S210)。
例えば、制御開始時刻が12時の場合、当日の12時の気温が12℃で過去の外部環境における取得データの中から選択された参考値の12時の気温が14℃の場合には、その差が2℃になる。許容値が“2℃未満”と設定されていた場合、この例では差の値が2℃なので補正をする必要がある。そして、S206で行われる制御補正値は、例えば、差の値を用いて、制御補正値の2℃とすることができる。S206で行われる新たな参考値の算出は、過去の外部環境における取得データから選択された参考値におけるすべての時刻のデータから制御補正値である2℃差し引くことによって行うことができ、S208において、その算出された新たな参考値が設定される。
また、例えば、7時の時点での現在値が25℃で昨年のデータの23℃を利用する場合、前年の7時の取得データが23℃であるため、制御補正値を2℃とすることができる。そうすると、新たな参考値は、1日分の前年の取得データから選択された参考値に+2℃加算して、S208において、その算出された新たな参考値が設定される。
次に、管理すべき環境における現在値と目標値との差が許容値の範囲内か否かの比較がされる(S214)。
管理すべき環境における現在値と目標値との差が許容値の範囲内の場合、規定期間経過後(S216)、制御計画情報に基づく制御値が終了したか否かが判断される(S218)。
制御計画情報に基づく制御値が終了した場合は、制御を終了するか否かが判断される(S220)。
制御を終了する場合は、この環境管理システム10による制御が終了する(S222)。
また、S220において、制御計画情報に基づく制御値が終了し、さらに、制御を行う場合は、再び、フィードフォワード制御を行うための設定を開始する(S200)。
その差が、マイナス値の場合、あるいは、プラス値であっても規定の回数にわたって、プラス値が連続した場合、差の値に基づいて、制御値が算出される(S232)。
一方、その差が、プラス値の場合、フィードフォワード制御を考慮しないフィードバック制御だけを実行するためにフィードフォワード制御値を差し引いた補正値を制御補正値として算出する(S250)。
続いて、S232あるいはS250において、算出された制御値が、設定される(S234)。
そして、設定された制御値に基づいて、フィードバック制御が実行される(S236)。なお、フィードバック制御の詳細については、後述する。
図8は、過去のデータとして、前年の温度平均値、および制御を開始する日の前日の温度を示している。前年の温度平均値は、屋内温度の平均値、および屋外温度の平均値を示す。また、制御を開始する日の前日の温度は、屋内温度、屋外温度を示す。
まず、屋内温度の目標値を25℃とする。昨年の温度平均値において、屋内温度と屋外温度とを比較すると、11時までは、屋内温度の方が屋外温度より高く、11時から23時までは、屋外温度の方が屋内温度より高くなっている。
この結果から、S208において、11時までは屋内で暖房やヒータなどで屋内温度を上げる制御を、11時から23時までは、冷房などで屋内温度を下げる制御を実行するような制御計画情報が算出されることで、目標値に沿った制御を行うことができる。
次に、規定の時刻(例えば午前8時)に外部環境における現在値を取得する(S302)。
続いて、その現在値と同じもしくはほぼ等しい過去の外部環境における取得データを前年既定の範囲(例えば、前年当日の前後1ヶ月)の同一時刻のデータから探し、現在値と同じデータがある場合は、前年当日から近い日を選び、その日の1日分の取得データを参考値として選択され、設定される(S304)。
そして、設定された参考値から、その参考値に対して時系列に対応し、管理すべき環境を目標値に制御したときの制御対象機器が行った制御情報に基づき、制御計画情報が算出され、制御計画情報が、情報収集解析端末24から所定の各通信制御機器12に送信される(S306)。
図7において示した処理フローの場合、過去に蓄積された過去の取得データを参考値とし、その参考値に対して時系列に対応し、管理すべき環境を目標値に制御したときの制御対象機器が行った制御情報に基づき、制御計画情報を算出して、現時点の制御に反映するというデータ活用ができる。すなわち、この時の制御対象機器14の制御結果の情報を制御計画情報として利用することができる。
なお、ここでは単に、現在の外部環境における温度と過去の外部環境における取得データの比較での制御の方法を示したが、屋外温度に加えて、外気湿度、土壌温度などの相関関係を利用した制御計画情報を算出して、フィードフォワード制御のために使用することもできる。
運用開始1日目は、過去のデータが存在しないので、フィードバック制御で運用する。運用開始から2日目から7日目については、前日(例えば、1日分24個のデータ)までの平均値を過去の外部環境における情報収集機器やセンサからの取得データとして用いる。運用開始から8日目以降については、直近過去1週間(7日分)の取得データの平均値を参考値として用いる。運用後1年以上を経過した場合には、過去1年分の制御当日の前年同一日の前後1ヶ月、もしくは、前後1週間の平均値を取得データとしての参考値として用い、その参考値に対して時系列に対応し、管理すべき環境を目標値に制御したときの制御対象機器が行った制御情報に基づき、フィードフォワード制御を行う。このような方法で初めに選択された過去の取得データとしての参考値の使用条件についての選択方法を満たす過去の1年、もしくは、数年分のデータが蓄積されるまでの運用を行う。なお、過去1週間、1ヶ月など1年に満たない過去の取得データを使用する場合は上記の方法を採用してもよい。
図6および図7に示される本実施の形態にかかる環境管理システム10の制御の処理フローにおいて共通するフィードバック制御(S236およびS336)は、当日の当時刻の管理すべき環境における気温、湿度等としての取得データと目標値との比較から、その時点の管理すべき環境における取得データの差を算出することにより行われる。ここで得られた差をフィードバック制御のための補正に利用する。つまり、得られた差がプラスの差であるか、マイナスの差であるか、その差が大きいか、小さいかにより、制御対象機器14に対する制御値を変更することで制御する(すなわち、通常のフィードバック制御である)。ただし、得られた差が小さく許容範囲内の値である場合は、制御を行わないようにしてもよい。こうすることで、フィードフォワード制御を優先させることができる。この場合の許容値は、例えば、管理者端末24aを用いて、各制御対象機器14に対して設定することができる。
主体となる通信制御機器12には、情報収集機器16およびセンサ18が直接、あるいは、データ処理機器22を介して接続されており、その接続は通信制御機器12のI/O部40に接続されている。主体となる通信制御機器12では、その構成のうち、I/O部40、データ処理部50、メール文作成部52、電子メール作成部54および送信用通信部56が、制御命令メールを発信する処理に用いられる。
第1の方法は、I/O部40おいて、任意に設定可能なサンプリング時間を設定しておき、そのサンプリング時間にしたがって、情報収集機器16やセンサ18に対してデータを取り込むためのトリガー信号を送信し、情報収集機器16やセンサ18からデータをデータ処理部50に取り込む方法である。
また、第2の方法は、情報収集機器16やセンサ18からの情報(データ)を、I/O部40において予め設定されたサンプリング時間毎に取り込みを行うことにより、I/O部40を経由して、データ処理部50に取り込む方法である。
連携する通信制御機器12では、その構成のうち、受信用通信部58、電子メール抽出部60、メール文解析部62、データ解析部64およびI/O部40が、制御命令メールを受信する処理に用いられる。
次に、送信用通信部56は、情報収集解析端末24に状態変化報告メール、もしくは連携する通信制御機器12に制御命令メールを送付する。連携する通信制御機器12が複数台存在しても、それぞれ通信制御機器12内の処理動作は、ここに記載した通信制御機器12と同様の処理動作が行われる。また、さらに、情報収集解析端末24は、状態変化報告メールを電子メール作成部80において作成し、管理者端末24aに送信する。
次に、情報収集解析端末24から各通信制御機器12へ指示するための制御計画情報、あるいは主体となる通信制御機器12から連携となる通信制御機器12へ指示するための制御命令メールに記載される制御フォーマットについて説明する。
ON、OFFするポート番号を示す数字は16進数で表記されており、ポート番号を特定するためには、2進数に変換して読み取られる。4の場合は、「0100」として解読し、3番ポートが特定されていることを示し、「7」は、「0111」として解読されるので、1番,2番,3番ポートの3つのポート番号が特定される。また、「f」は、「1111」として解読されるので、1番,2番,3番,4番ポートのすべてが特定される。このように16進数を2進数表記として解釈することにより、短い制御コードで複数の出力ポートを特定することができる。
制御設定条件1:
主体となる通信制御機器12の3番ポートが閾値上限越え:#2+2−0、#4+0−4
制御設定条件2:
主体となる通信制御機器12の3番ポートが閾値下限超え:#2+0−4、#3+1−0
となり、この条件の制御フォーマットを主体となる通信制御機器12の3番ポートに関連付した形式で記憶させ、条件成立時に上記の制御フォーマットを用いてそれぞれの制御フォーマットにおいて特定される連携する通信制御機器12に制御命令メールとして送信される。
これと同じ形として、「$2¥2&1」,「$2¥2&0」といった、「&」の後に続いて数値を与えることにより、制御することもできる。ここでは、「1」を上昇する制御に対応させ、「0」を下降する制御に対応させることにより、「+」,「−」を用いた制御命令と同様な制御を行うことができる。
すなわち、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせることで、単純に現在値を計測して、目標値との差を少なくするフィードバック制御だけを行うより、現在値から目標値に到達するまでの時間的遅延を少なくする、つまり外乱による影響を最小限にとどめることができる。
また、春、夏、秋、冬などの季節により温度、湿度、およびそれらの変化量が異なることから、屋内と屋外との温度、あるいは湿度差が大きい季節は、より屋外の影響を受ける。ただし、作物の種類によって設定する屋内の温度、湿度が異なるため、どの時期に屋外の影響を受けやすいかは作物の種類により異なる。
従って、本栽培システム110は、人間が栽培条件、栽培状況を見て栽培条件を改善するための情報提供を行うことができる。
このように、ビル用省エネルギー管理システム210は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて制御を行う。
ビルの電力使用量は、1Fの受配電機器に取り付けられた電力使用量を検知するセンサにより計測され、それぞれの階層に配置される通信制御機器212a〜212hに送られることにより電力使用量が監視される。そして、3Fの技術部の屋内に配置される情報収集解析端末224に、1F〜6Fのすべての通信制御機器212a〜212hからのデータ情報と制御対象機器14とセンサ等18の情報収集機器16からの制御情報および取得データを得ることができ、かつ、制御対象機器14の制御を行うことができる。例として、このビル用省エネルギー管理システム210により、夏場と冬場にエアコン(冷房、暖房)を使用して温度制御を行う条件での制御方法について説明する。ここでは、温度制御だけを例に説明するが、湿度、照度その他別の制御対象機器の制御を同時に行うことができる。
部屋の使用が終了し、エアコンをOFFにすると、外部環境である屋外の温度の影響を受けるため、部屋の温度が上がってしまうことから、次にその部屋を使用する場合には、エアコンをONする必要が生じる。部屋の使用頻度が高い場合は、このエアコンの再作動に伴いONする回数が多くなるため、部屋のエアコンの運転を部屋使用後に使用時の設定温度より高めの設定温度で維持したときより、電力使用量が高くなる場合がある。そのため、部屋使用後に温度を維持する、もしくは、目的値とする温度より少し高めの温度で維持することにより、次に部屋の使用開始時に、エアコンの再作動に伴う電力使用量を抑えることができる。加えて、部屋を使用している人にとって、暑い部屋に入り仕事をするよりは、エアコン設定温度(目標値)に近い温度の部屋に入り仕事をする方がすぐに仕事に取り掛かれるなど仕事の効率も上がる。
また、部屋の使用頻度が低い場合は、エアコンで室温を維持する電力量について、新たにエアコンをONした時の電力使用量が少なくなる場合は、部屋のエアコンをOFFし、そうでない場合は、高い設定温度で維持することにより電力使用量を抑える。
百貨店や量販店には複数の出入口がある。その出入口は、自動ドア、もしくは、手動ドアであり、一般家庭の玄関よりドアを開閉する回数が多く、かつ、開放時間も長い。そのため、ドアの開放、あるいは開閉操作により、外気が屋内に入ってくる量が多くなり、エアコンによる冷房や暖房の効果が低下する。そのため、百貨店や量販店における複数の出入口のドアの開放、あるいは開閉操作によっても、略一定の温度状態を維持するための制御が必要となる。
図16A(b)は、過去のある1日の営業時間内のそれぞれの時間当たりの人感センサによる検知回数を集計した結果と外気温、目標値との関係を示した図である。ここでは、過去のある1日の取得データを用いるが、過去1週間の取得データの平均値や前年の同一時期の取得データ等を用いても良い。
また、図16B(a)は、昼の時間帯の詳細な人感センサによる検知回数の詳細と制御条件の関係を示した図であり、図16B(b)は、エアコンの制御条件を示した図である。
このとき、制御量を示す制御情報は、制御フォーマットとして多段階制御フォーマットが用いられる。
図18に示すように、ニューラルネットワークは、入力層と出力層と中間層とで構成されている。ここでは、中間層が1層で記載されているが、2層以上で構成してもよい。入力層には、エアコンを制御する百貨店や量販店の出入口近傍の温度(屋内温度)と外部の気温(屋外温度)、および目標値を設け、出力層には、エアコンの設定温度とエアコンの風量の2つが設けられる。望ましい出力(エアコン温度、エアコン風量)に対応した、屋内温度、屋外温度、目標温度の組み合わせをいくつか準備し、それぞれのネットワークの重みを小さな乱数を用いて初期化し、用意した入力データの組み合わせを入力し、制御計画情報として出力結果を計算する。
ここでは、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて制御する。以下に示す方法は、過去の取得データを利用するフィードフォワード制御である。
ここで、監視カメラ314d4を例に、人の動き方向とその制御内容について説明する。監視カメラ314d4はどの方向に向かって設置されるかは場所によって異なる。そのため、人の動き方向を図20(a)に示したように全方位の8方向とするが、状況により4方向、あるいは16方向に変更してもよい。この例における監視カメラ314d4は、建物の出入り方向に向いており、人の動き、建物に入る方向と出る方向に分けられるため、人の動き方向を2つの移動方向の「A」の方向と「E」の方向に集約して解析する。時間帯毎の人の動き方向と発生頻度の解析結果の例を図20(b)に示す。結果が記載されているのが出入りの「A」の方向と「E」の方向の2方向で、「A」の方向が建物に入る方向で、「E」の方向が建物から出る方向を示しており、横軸が時間を示しており、0時から23時の24時間制で時刻を示している。例えば、8時台の「A」の方向は、120であり、これは120人が建物に入る動きをしたことを示し、「E」の方向が0人で建物から出る人がいなかったことを示している。この結果から、0時台〜6時台、21時台〜23時台には、建物への人の出入りがないことを示している。また、7,8時台には、建物に入る人だけで建物から出る人がおらず、一方、19時台、20時台には、建物から出る人だけで入る人がいないことを示している。
このように、ビル防犯管理システム310では、過去の取得データを解析し、利用することにより防犯対策ができる。
P(H|D)=P(D|H)×P(H)/P(D) (1)
Hの条件例としては、
1.人感センサd1が人を検出、
2.人感センサd2が人を検出、
3.自動ドアが動作、
と設定され、そして、
・人感センサd1が人を検出した時(H1)、監視カメラC1の記録をONにする(D)、
・人感センサd2が人を検出した時(H2)、監視カメラC2の記録をONにする(D)、
・自動ドアが動作した時(H3)、監視カメラC1の記録をONにする(D)、
と設定される。
P(H1|D)=P(D|H1)×P(H1)/P(D)
P(H2|D)=P(D|H2)×P(H2)/P(D) (2)
P(H3|D)=P(D|H3)×P(H3)/P(D)
・人感センサd1が人を検出
P(H1|D)>閾値 (3)
・人感センサd1、d2が人を検出
P(H1|D)+P(H2|D)>閾値 (4)
・人感センサd2が人を検出
P(H2|D)+P(H3|D)>閾値 (5)
同様に、人感センサd1,d2が人を検知した場合は、式(4)に示すように、人感センサd1が人を検知した場合に監視カメラC1の記録をする確率と人感センサd2が人を検知した場合に監視カメラC1の記録をする確率の和が閾値を超えるか否かで監視カメラC1の記録をするか否かを判定する。さらに、人感センサd2と自動ドアが動作した場合は、式(5)に示すように、人感センサd2が人を検知した場合に、監視カメラの記録をする確率と自動ドアが動作した時に監視カメラC1の記録をする確率の和が閾値を超えるか否かで監視カメラC1の記録をするか否かを判定する。その他の状態についても同様にそれぞれの確率を計算し、それが閾値を超えるか否かで監視カメラの記録を行うか否かを判定することができる。
12,112a〜112i,212a〜212f,312a,312b 通信制御機器
14 制御対象機器
16 情報収集機器
18 センサ
20、220a〜220h データ制御機器
22、222 データ処理機器
24,124、224、324 情報収集解析端末
24 情報収集解析端末
24a 管理者端末
26 ネットワーク
28 通信モジュール
30 通信ポート
32 アンテナ
34 バッテリ
36 メモリ
38 情報通信処理部
40 I/O部
42 外部入出力端子
44 無線モジュール
46a アナログ入力
46b デジタル入力
48a アナログ出力
48b デジタル出力
50 データ処理部
52 メール文作成部
54 電子メール作成部
56 送信用通信部
58 受信用通信部
60 電子メール文抽出部
62 メール文解析部
64 データ解析部
66 機器状態表示用LED
68 電源用LED
70 表示用LCD
72 操作ボタン
74 電源スイッチ
76 電源入力端子
78 通信部
80 データベースサーバ
82 処理部
84 蓄積データベース部
86 過去データ選択部
88 制御計画情報算出部
90 電子メール作成部
110 栽培システム
114a1〜114a8,314a1〜414a22 照明
118a0〜118a8,218a1〜218a9 温度センサ
118b0〜118b8 湿度センサ
118c1〜118c8 肥料供給装置
118d1〜118d8,314d1〜314d10 監視カメラ
180a〜180h 栽培施設
210 ビル用省エネルギー管理システム
214b1〜214b13 エアコン
218e1〜218e24,318e1〜318e19 人感センサ
310 ビル防犯管理システム
R1〜R6 部屋
Claims (4)
- 1日周期あるいは季節的に時系列に変化する外部環境に対して、管理すべき環境を目標値に制御するための環境管理システムであって、
前記環境管理システムは、
情報収集機器および制御対象機器の少なくともいずれか一方が接続された複数の通信制御機器と、
前記制御対象機器を制御するための情報収集解析端末と、
を備え、
前記情報収集解析端末は、
前記情報収集機器からの前記外部環境における取得データ、および前記取得データに対して時系列に対応し、前記目標値に制御したときの前記制御対象機器による制御情報を蓄積する蓄積データベースと、
蓄積された前記取得データから、1日分の取得データを1セットとした参考値として選択する過去データ選択手段と、
選択された前記参考値に時系列に対応する制御情報に基づいて、制御計画情報を算出する制御計画情報算出手段と、を備え、
前記通信制御機器は、
前記情報収集機器により前記管理すべき環境において取得された取得データと前記目標値との差に基づきフィードバック制御により前記目標値に制御するデータ処理手段を備え、
前記複数の通信制御機器のそれぞれは、
前記制御計画情報に基づいて前記制御対象機器に対してフィードフォワード制御を行って目標値に制御し、
前記制御対象機器と前記参考値との差が所定範囲を超えた場合ならびに前記蓄積データベースに前記取得データおよび前記制御情報が存在しない場合の少なくともいずれか一方の条件を満たすとき、前記フィードバック制御に切り替えることで、
前記通信制御機器に接続される前記制御対象機器を自律的に制御することを特徴とする、環境管理システム。 - 前記情報収集解析端末の前記過去データ選択手段は、
所定の期間の前記蓄積された取得データの平均値と現在の取得データとの比較により、前記平均値を参考値として選択し、前記平均値は、前記蓄積された取得データの蓄積量に応じて、前記蓄積された取得データの選択範囲を変化させて算出することを特徴とする、請求項1に記載の環境管理システム。 - 前記情報収集解析端末の前記過去データ選択手段は、
前記蓄積された取得データと現在の取得データとの比較により、類似性の高い取得データを参考値として選択し、前記類似性は、現在値と規定時間前の値とにより算出される変化量を用いることを特徴とする、請求項1に記載の環境管理システム。 - フィードフォワード制御の開始直後、前記参考値と前記情報収集機器からの取得データとの差が所定範囲を超えた場合、フィードバック制御のみで制御し、規定時間経過後、再度、前記制御計画情報を取得することを特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の環境管理システム。
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