一种基于AIoT的建筑设备管理应用解决方案研究

引言

公共建筑功能复杂,设施设备系统繁多且位置分散,比如电梯、照明、水泵、空调、电气柜、机房（环境参数）等。设备故障无预警、能耗不可控、运营成本高等是各类公共建筑的共性问题。以第三代产城结合智慧小区为例,一个小区建设规模达几平方公里甚至一二十平方公里已成常态,在该区域内,分布着大量的相关设施且位置各异,如果运维完全靠物业人员的自觉性,不可避免地会产生不必要的能源消耗,比如消防风机长期不正常开启等,从而造成巨大的浪费。另外,设备在使用过程中出现故障的情况必然存在,如何第一时间知晓故障点也是管理人员的关注点之一。

1EBA概念

智能物联网(AIoT）指系统通过各种信息传感器实时采集各类信息（一般是在监控、互动、连接情境下的）,在终端设备、边缘域或云中心通过机器学习对数据进行智能化分析,包括定位、比对、预测、调度等。

在技术层面,人工智能使物联网获取感知与识别能力,物联网为人工智能提供训练算法的数据。从具体类型来看,主要有具备感知/交互能力的智能联网设备、通过机器学习手段进行设备资产管理、拥有联网设备和AI能力的系统性解决方案等三大类。

作为人类消费生活类的建筑环境场景,是AIoT技术的典型应用结合场景。AIoT的消费生活类场景以人作为服务对象,需要围绕以下4个维度:（1）人的使用体验、行为模式:（2）安全、防灾预警:（3）节约能耗、人力及时间成本:（4）提高工作效率。对应到不同的场景会有不同的侧重点,但内核还是予人舒适、安全、便捷的体验。

EBA,正是基于此技术需求衍生的系统解决方案,主要针对建筑设施设备和能耗的管控。通过EBA的应用,建筑物能够实现节约能耗、人力、时间成本,安全、防灾预警等功能需求。同时,为了满足更多管理方的需求,EBA在系统框架的搭建上要求呈现清晰、操作简单、维护方便等。

EBA,顾名思义是建筑设施及能耗管理系统的缩写,其中,E有environment（环境）/equipment（设施）/energy（能耗）三层含义:B即Building:A有automatic（自动化）/administrator（管理）两层含义。EBA三个简单字母包含了此系统解决方案所涉及的应用范畴,它是IoT技术和云计算（数据中心）服务能力结合业务场景需要实现的整合,如图1所示。

2EBA应用特点

通过对不同类型建筑的调研,包括住宅、公寓、学校、产业园区、科技小镇、高铁站、办公酒店改造项目等,针对设施设备管控的系统搭建,以下问题成为物业或管理方的关注点:控制逻辑简单、满足设备分散应用的要求、解决部分区域不方便布线问题、可以远程操作且操作简单、拥有清晰直观的界面、使用者不需要专业知识、维护简单、对接企业大平台等。

针对以上情况,采用一套简便的系统,可让运维人员操作门槛降低,快速上手使用,修改调整简单,同时又满足技术的发展趋势,符合AIoT和大数据应用的背景,就显得尤其必要。

通过多年的技术沉淀,结合各种业态建筑的使用经验,自主研发了基于AIoT技术的EBA应用系统,重新定义了EBA的技术特点:场景化、物联化、定制化、可视化。服务建筑,赋能运维,不仅是提供产品,而且通过技术创新和服务,为用户提供精准运维、数据分析和增值服务,让建筑物自身具备决策和执行力。

3EBA系统组成

从整个系统构架上来说,EBA应用系统分为应用层、业务服务层和终端设备层。应用层主要体现各类应用场景的模块展现:业务服务层主要负责业务流的运作,满足应用管理、数据算法分析、数据存储等功能,主要能够对设备层进行连接与控制,提供智能分析与数据处理能力,将针对场景的核心应用固化为功能模块等,实现与终端设备层设备的指令交互、与应用层的功能交互,这一层对业务逻辑、统一建模、全链路技术能力、高并发支撑能力等要求较高:终端设备层主要是利用边缘设备,实现系统现场场景、数据链路通信等,是AIoT的"五官"与"手脚",可以完成视图、音频、压力、温度等数据收集,并执行抓取、分拣、搬运等行为。

EBA应用系统主要由以下部分组成:

(1）EBA应用平台:实现用户的业务层需求,实现EBA现场设备的应用交互:

(2）EBA边缘服务器:实现EBA应用功能的植入:

(3）IoT智控单元:IoT智控单元是符合物联时代设施管理的具备边缘计算性能的智能主机,主要实现与EBA应用平台或者客户云端平台的交互:

(4）LoRa转换单元:LoRa转换单元实现IoT智控单元和边缘控制器之间、边缘控制器相互之间、边缘控制器和现场智能传感器之间的无线物联:

(5）边缘控制器:边缘控制器实现现场设施设备的管控:

(6）现场智能传感器:实现相关现场场景数据的采集和分析:

(7）智能表具:具有能耗数据采集、计量和传输的功能,实现信息集成、分析优化和信息展现。

整个系统物理架构如图2所示。

图2EBA系统解决方案硬件架构

4EBA系统管理平台

EBA智能管理平台即由基于云端应用的EBA管理系统、EBA边缘服务器、IoT智控单元、边缘控制器、LoRa转换单元、NB转换单元、Cat.1转换单元、智能水电表和智能动态环境参数监测传感器等构建的软硬件一体化的智能化管理平台。图3为EBA应用解决方案整个软件开发架构示意图。

EBA管理平台主要满足整个系统的操作、查询、展示、管理的需要,具体实现以下功能:

4.1重点设备管理

针对性监控重点能耗设备,优化系统运行控制、收集分析运行数据、故障自动报警等,系统支持无人值守下全自动状态运行。全天候监测所有智能设备的运行状态,以最小的人力、物力达到最完善的管理效果。依据实际运行参数和耗电系数等得到设备的负荷变化特征,作为设备诊断和运行效率分析的依据。

4.2重点数据采集

系统对建筑物环境参数、设备运行状态参数、各设备能耗数据等进行实时自动采集计量、保存和归类,代替繁重的人工记录。

4.3系统数据管理

系统按照设施和能源类型的不同分别进行管理,对大楼进行分区域管理和控制,使用简便的管理和节能控制方式,避免由于场地闲置而造成的浪费。

4.4历史数据查询

系统自动生成实时曲线、历史曲线、预测曲线、实时报表、历史报表、日/月报表等资料,供管理人员查询使用。

4.5图表显示

用表格和图片的形式体现建筑物的能耗使用情况、设备状态、设备运行效率、能耗历史曲线等。

5大数据智能分析诊断

大数据提供海量数据的存储、清洗服务,以形成数据资产,并针对数据资产通过多维度数据画像和各种业务场景,开发经营分析和决策报表,例如对能耗设备进行监控,根据设备运行情况,提供经济、可靠的最佳能源供应方案,管理不同时间内设备用电量大小,使设备始终处于最佳运行状态及达到最佳利用率,大量减少不必要的能源浪费。

6自定义数据可视化大屏:数字驾驶仓

平台采集的海量设备数据和业务数据通过数据清洗后,利用接口推送方式,给用户构建直观的数据可视化大屏展示模式。EBA解决方案在实际项目中的展示效果如图4所示。

7结语

EBA是一种基于AIoT技术的针对建筑设备管理的系统解决方案,主要用于建筑设施设备和能耗的管控。通过EBA的应用,建筑物能够满足节约能耗和人力、时间成本,安全、防灾预警等功能需求。

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