[发明专利]基于物联网的城市交通建筑节能控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于无线射频电子车票的城市交通建筑自适应节能控制方法。

背景技术

据美国能源部统计，空调(HVAC)系统是各类建筑中电力消耗最大的部分，平均为45.6％，其次是照明动力系统。城市交通建筑是能源消耗较大的一类建筑，通常要求24小时供电。

目前，公共建筑中设计院给出的动力设备负荷计算值是各区域额定值的累加，累加的结果实际上是总负荷的最大值，施工和使用单位一般就以设计院推荐的这个最大值为标准进行系统建设、维护、验收，实际上这是不利于节能的做法。从交通建筑设备控制系统的技术实现层面来看，当前普遍采用的还是经典PID控制算法，控制精度不高，控制方法保守，也没有完善的能耗统计方法。从控制系统模型来看，建筑能耗的内部扰动主要来自用能设备和人体的散热散湿。城市交通建筑，特别是像北京、上海这样的大城市的城铁站、地铁站、航站楼是人员密集的地方，建筑空间中的人流量在一天、一年中的不同时段都是动态变化的，这就意味着空间中人体散发的能量是动态值，从而引发空间内部负荷的变化。目前的交通建筑设备控制系统是独立于乘客系统的完全针对设备的控制和管理系统，没有考虑人员流动带来的大扰动问题。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种能够精确统计建筑中各子区域乘客数量的方法，将乘客系统和设备系统有机的结合起来，统一看作能源控制和管理系统中相互作用的因素，根据人流量使交通建筑设备控制系统做到自适应控制，从而最大限度节约能源。

本发明的技术解决方案是：在交通建筑中构建一个乘客-设备物联网系统，该系统由3部分组成：

(1)数据采集部分

数据采集部分完成自动检票、人员信息采集与远程发送功能，包括RFID车票/机票和读卡器两部分。本发明设计的RFID车票不但具备防伪的基本功能，还具有身份合法性自动认证功能，即可以将人员信息经读卡器采集和远程传送后与公安机关数据库相连，经过比对检验当前乘客身份的合法性。当携带RFID车票的人员经过入口、出口及区域衔接处布置的读卡器时，读卡器对客流量进行自动计数，并通过内置的GPRS模块将区域流量信息实时传送到中央管理计算机。RFID车票与读卡器之间的配合原理是：当RFID车票进入读卡器的可识别区域时，读卡器发出一组固定频率的电磁波，周围形成电磁场，RFID标签从电磁场中获得能量激活标签中的微芯片电路，芯片转换电磁波，然后发送给读卡器，读卡器把它转换成相关数据。即通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。

(2)数据传输部分

数据传输部分采用GRPS(或3G)网络完成区域设备到智能控制中心的数据传输。

(3)智能计算与控制中心

智能计算与控制中心完成各区域人流量的统计、分析、预测，负荷的实时计算与预测，以及与现存中央空调控制系统、照明控制系统软件的通信，即向涉及能源管理的系统发出控制指令。对中央空调控制系统，就是实时修改控制回路的温度设定值、湿度设定值。对照明控制系统，就是实时修改区域内灯具的照度和开/关比例。

智能计算与控制中心设计的创新之处在于：

(1)控制系统模型的全新思路

当前交通建筑空间对温度、湿度、照度的闭环控制系统采用的是调节系统模型，设定值不作频繁调节，且将人流量作为系统的干扰来处理。系统设定值的初始值(默认值)是控制系统编程时人工给定的，如果系统运行时没有通过终端设备修改就可能一直保持在这个默认值上。如果通过终端修改了设定值，那么这种修改也是随机的，使用者往往不考虑节能问题。总之，传统的设定值不能反映负荷的动态变化，带来的直接结果是现有控制系统的大滞后、低精度，间接结果是能源的粗放型控制，造成节能浪费。另外，以往研究方法都是先以温度、湿度等单个变量为线索建立控制回路，然后再经过综合去分析整个系统，在综合过程中往往就产生了偏差，而且迄今为止也没有一套完善的理论化综合方法。

基于以上分析，本发明打破传统模型的束缚，采用伺服系统模型框架，如附图1所示。使设定值随人流量自动变化，输出量自动、连续、精确的复现输入信号的变化。由于综合考虑了空调、照明系统的节能改造，因此从应用需求驱动来看，用单个变量建模无法反映系统的全貌，故考虑将单个变量通过映射全部转化为能量，再在能量向量空间中统一完成系统建模。依据实测统计数据，将人流量划分成n(n＝1，2，...，N)(N为自然数)个等级，定义两个映射：