建筑物約占美國能源消耗的40%，占全球二氧化碳排放量的三分之一。使建筑物更節(jié)能不僅是節(jié)省成本的措施，而且是關(guān)鍵的緩解氣候變化戰(zhàn)略。因此，“智能”建筑的興起正在日益成為世界各地的規(guī)范。

智能建筑可自動(dòng)化供暖，通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)等系統(tǒng);燈光; 電力; 和安全性。自動(dòng)化需要傳感數(shù)據(jù)，例如室內(nèi)和室外溫度和濕度，二氧化碳濃度和占用狀態(tài)。智能建筑結(jié)合了多種技術(shù)，可以使數(shù)據(jù)更加節(jié)能。

由于HVAC系統(tǒng)幾乎占建筑物能源消耗的一半，因此智能建筑使用智能恒溫器，該恒溫器可自動(dòng)執(zhí)行HVAC控制并可以了解建筑物居住者的溫度偏好。

在《應(yīng)用能源》雜志上發(fā)表的一篇論文中，麻省理工學(xué)院信息與決策系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(LIDS)的研究人員與Skoltech科學(xué)家合作，設(shè)計(jì)了一種新的智能恒溫器，該恒溫器使用了數(shù)據(jù)有效算法，可以在溫度范圍內(nèi)學(xué)習(xí)最佳溫度閾值。周。

“盡管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析最近取得了進(jìn)步，但智能建筑的實(shí)施卻受到了建筑中數(shù)據(jù)獲取過程的耗時(shí)的阻礙，”電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)教授兼主任Munther Dahleh說數(shù)據(jù)，系統(tǒng)和社會(huì)研究所(IDSS)的成員。智能恒溫器算法使用建筑物數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)如何最佳操作，但是收集數(shù)據(jù)可能要花費(fèi)數(shù)月的時(shí)間。

為了加快學(xué)習(xí)過程，研究人員使用了一種稱為流形學(xué)習(xí)的方法，其中復(fù)雜和“高維”函數(shù)由稱為“流形”的簡(jiǎn)單和低維函數(shù)表示。通過利用多種學(xué)習(xí)方法和對(duì)建筑物熱力學(xué)的了解，研究人員用一組具有多個(gè)，更易于解釋的參數(shù)的“閾值”策略代替了可以具有許多參數(shù)的通用控制方法。為學(xué)習(xí)最佳歧管而開發(fā)的算法需要較少的數(shù)據(jù)，因此它們的數(shù)據(jù)效率更高。

為恒溫器開發(fā)的算法采用一種稱為強(qiáng)化學(xué)習(xí)(RL)的方法，這是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的順序決策和控制方法，近年來在掌握雙陸棋和圍棋等游戲方面引起了廣泛關(guān)注。

該論文的主要作者，LIDS的博士后Ashkan Haji Hosseinloo說：“我們?yōu)橛?jì)算機(jī)游戲提供了高效的仿真引擎，可以為RL算法生成大量數(shù)據(jù)，從而學(xué)習(xí)良好的游戲策略。” “但是，我們沒有大數(shù)據(jù)可用于建筑物中的微氣候控制。”

擁有機(jī)械工程學(xué)背景和RL等方法方面的培訓(xùn)，Hosseinloo可以將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和最新計(jì)算中的見解應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界的物理系統(tǒng)。他說：“我的主要?jiǎng)訖C(jī)是通過提高這些系統(tǒng)的效率來減緩，甚至預(yù)防能源和環(huán)境危機(jī)。”

智能恒溫器的新RL算法是“事件觸發(fā)”的，這意味著它們僅在某些事件發(fā)生時(shí)才做出決定，而不是按預(yù)定的時(shí)間表做出決定。這些“事件”由達(dá)到閾值的某些條件定義，例如房間中的溫度超出最佳范圍。Hosseinloo說：“這使得學(xué)習(xí)更新的頻率降低，并使我們的算法的計(jì)算成本降低。”

計(jì)算能力是學(xué)習(xí)算法的潛在限制，計(jì)算資源取決于算法是在云中運(yùn)行還是在設(shè)備本身(例如智能恒溫器)上運(yùn)行。Hosseinloo說：“我們需要既具有計(jì)算效率又具有數(shù)據(jù)效率的學(xué)習(xí)算法。”

節(jié)能建筑除了減少排放和削減成本外，還具有其他優(yōu)勢(shì)。建筑物的“小氣候”和空氣質(zhì)量會(huì)直接影響建筑物居民的生產(chǎn)力和決策性能?？紤]到許多大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)，環(huán)境和社會(huì)影響，小氣候控制已成為政府，建筑物管理者甚至房主的重要問題。

“新一代智能建筑旨在從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)如何自動(dòng)操作并以最少的用戶干預(yù)進(jìn)行操作，”合作作者Skoltech方面的教授Henni Ouerdane說。“學(xué)習(xí)型恒溫器可以潛在地學(xué)習(xí)如何與其他HVAC設(shè)備配合使用，或者基于其對(duì)電價(jià)的預(yù)測(cè)來調(diào)節(jié)其設(shè)定點(diǎn)溫度，從而節(jié)省能源和成本。”

侯賽因盧還認(rèn)為，他們的方法和算法適用于機(jī)器人，自動(dòng)駕駛汽車和交通運(yùn)輸?shù)绕渌谖锢淼目刂茊栴}，其中數(shù)據(jù)和計(jì)算效率至關(guān)重要。

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