[发明专利]基于仿真的数据机理双驱动的传感器节点部署方法和系统

说明书

本发明公开了基于仿真的数据机理双驱动的传感器节点部署方法和系统，以实际建筑的传感器部署问题为研究背景，考虑到建筑内人员行为的不确定性、空间交互的不连通性、室外天气的多变性等影响建筑环境传感的多重因素，利用序优化方法结合数据机理双驱动在有效约简可行域大小的同时高效地寻找最优部署策略，一方面通过建筑模拟引擎进行基于机理驱动的建筑环境的模拟仿真，大幅降低了实验成本，另一方面通过神经网络进行基于数据驱动的序优化粗选可行解集的生成，大大提高了生成传感器最优部署策略的效率。本发明同时充分地考虑了传感器成本和传感精度，最后达到精度和成本的最优权衡以满足实际建筑中传感器部署面临的问题。

技术领域

本发明属于传感器网络节点部署及建筑节能技术领域，具体涉及一种基于仿真的数据机理 双驱动的传感器节点部署方法和系统。

背景技术

近年来，随着社会的不断发展，世界总体能源消耗量逐年递增，这不但带来能源短缺问题， 还造成一系列环境问题，因此，在满足基本能源需求的前提下尽可能节能减排成为国内外产业 界和学术界关注的焦点和创新前沿。世界可持续发展委员会指出，目前在许多国家，建筑能耗 至少占社会总能耗的40％，额日期额将近40％的建筑能耗与供热、通风、空调系统(HVAC) 有关。因此，设计能优化HVAC运行的智能建筑系统来减少建筑能源消耗对于减缓世界能源 和环境问题来说都是具有重要意义的。

为了实现建筑运行优化，使用传感器网络来采集建筑环境信息是十分必要的。并且传感器 的可靠性和有效性是智能建筑系统的稳定运行的保障。然而传感器的感知精度受到多重因素的 影响，而低精度感知将会影响到建筑系统的控制和决策，进而带来建筑系统的不稳定性和高能 耗等问题。

传感器网络被广泛应用于各种领域。然而在建筑领域中，由于人员行为的不确定性高、分 散的房间之间交互少，因此传统的传感器部署方法很难用于生成提高建筑环境信息观测性能的 策略。同时，传统的传感器部署方案也未能详尽地考虑到保护人员隐私和降低经济成本的需求。 因此，需要对建筑传感器网络节点部署方法进行改进。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了基于仿真的数据机理双驱动的建筑传感器节点部署方法 和系统，能够同时考虑到传感精度和经济性需求，并找到二者达到平衡的最佳传感器部署方案。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：基于仿真的数据机理双驱动的传感器节点部 署方法，包括以下步骤：

S1、根据实际建筑物空间位置分布情况，将建筑划分为M个子区域，并由经济成本预算 确定需要部署的传感器个数k_i、取值范围k_i∈[a,b]及取值步长c；

S2、在传感器个数为k_i的条件下，从全部部署方案的可行域Ω中生成大小为N的传感器 节点部署策略的可行域

S3、根据S1确定的初始化的传感器个数k_i，确定目标函数，所述目标函数使得传感器网络节点部署策略的传感误差最小；

S4、根据从实际建筑中获取的环境信息和气象信息，利用建筑能耗模拟引擎EnergyPlus 进行基于机理驱动的仿真，获得基于仿真的建筑环境数据，基于仿真的建筑环境数据包括环境 分布真实值和k_i个传感器条件下的环境数据；

S5、将S4获得的基于仿真的建筑环境数据输入神经网络进行训练和预测，结合序优化算 法S3求解目标函数，输出传感器节点部署策略的可行域中的最优解；

S6、存储S5中输出的最优解，令k_i＝k_i+c；

S7、令i＝i+1，并判断k_ib是否成立；