專利名稱：用于建筑的無線建筑管理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑系統(tǒng)、建筑數(shù)據(jù)建模、以及建筑自動化。
背景技術(shù)：
已經(jīng)采用建筑信息建模來協(xié)助各種建筑系統(tǒng)的計劃及實施。例如，周知在建筑項目的開發(fā)階段提供建筑模型來輔助設(shè)備選擇、以及協(xié)助規(guī)劃施工方案。建筑模型經(jīng)常包含關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)要素的粒狀細節(jié)(granular details)，諸如框架細節(jié)、基礎(chǔ)細節(jié)和墻壁細節(jié)寸?，F(xiàn)有的建筑信息模型包含識別要素之間二維或三維相互關(guān)系的數(shù)據(jù)。建筑模型典型地存儲為數(shù)據(jù)庫，并且可以由第三方用于多種目的。盡管使用建筑模型可以計劃并實施基本的建筑構(gòu)造，但建筑模型也可以具有另外的目的，諸如用于熱負荷仿真分析、或者電力負荷仿真分析等方面。隨著施工進行，可以得到關(guān)于建筑的更多細節(jié)，以及，在一些情況下，可能出現(xiàn)與模型不同的變更。例如，在施工過程中，選擇了設(shè)備，以及識別出關(guān)于通風(fēng)設(shè)備、暖氣裝置、 管道設(shè)施的細節(jié)?；谶@些附加細節(jié)，可以增強建筑模型，提供更加全面準確的模型。過去，隨著建筑過程的進行，建筑模型的維護更加困難費時。因為實際施工涉及幾個轉(zhuǎn)包商，各自有一些雇員，難于以全面可靠的方式來更新建筑模型。結(jié)果，一旦建筑建成并投入使用，建筑模型經(jīng)常有些過時而具有有限的實用性及可靠性。結(jié)果，在沒有獲益于精確且粒狀的建筑模型的情況下，系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)典型地發(fā)生在建筑正?；顒又小Ｈ欢?，周知在優(yōu)化建筑運轉(zhuǎn)的努力方面精確建筑模型可以為多種系統(tǒng)分析及仿真做好準備。盡管如此，對于已經(jīng)完成并入住的建筑而言，因為并不容易得到精確的建筑模型，典型地通過不斷摸索來試圖進行優(yōu)化。據(jù)此，需要一種更好的方法用于建立和/或維護優(yōu)選作為數(shù)據(jù)庫的建筑模型。在建筑的運轉(zhuǎn)期間，這種建筑模型可以提供多重優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供用于自動化建筑和/或更新建筑數(shù)據(jù)模型的系統(tǒng)和方法，本發(fā)明的至少一些實施方式致力于上述需求以及其它需求。至少一些實施方式實現(xiàn)了新要素進入模型， 該模型可以由多種應(yīng)用包括仿真、建筑控制、空間規(guī)劃等使用。第一實施方式是一種建筑系統(tǒng)，包括通信網(wǎng)絡(luò)、多個無線節(jié)點、多個被動式無線設(shè)備、多個傳感器、以及處理電路。無線節(jié)點布置在建筑內(nèi)，并且可操作地與通信網(wǎng)絡(luò)相耦合。 各被動式無線設(shè)備固定于建筑內(nèi)的對象，并且包含關(guān)于對象至少一個特性的第一信息。各被動式無線設(shè)備構(gòu)造成，使用從被動式無線設(shè)備所檢測出的通信信號取得的電力，與無線節(jié)點無線地通信。傳感器構(gòu)造成，產(chǎn)生表示建筑各處感知溫度的第二信息，各傳感器可操作地與通信網(wǎng)絡(luò)相連接。處理電路可操作地耦合，以便接收來自無線設(shè)備的第一信息和來自傳感器的第二信息。處理電路構(gòu)造成，基于第一信息和第二信息產(chǎn)生關(guān)于建筑的控制信息。通過參照下面具體描述和附圖，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員易于理解本發(fā)明的上述以及其它的特點和優(yōu)點。


圖1示出了在建筑的一部分或區(qū)域中根據(jù)本發(fā)明的建筑系統(tǒng)的示范實施例；圖2示出了除去建筑的圖1的建筑系統(tǒng)100的示意性方塊圖；圖3示出了在圖1的建筑系統(tǒng)中可以使用的被動式無線設(shè)備的示范實施例的方塊示意圖；圖4示出了在圖1的建筑系統(tǒng)中可以使用的傳感器單元的示范實施例的方塊示意圖；圖5示出了在圖1的建筑系統(tǒng)中可以使用的無線節(jié)點的示范實施例的方塊示意圖；圖6示出了由根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1的系統(tǒng)可以實現(xiàn)的第一組操作；圖7示出了可以由無線節(jié)點和被動式無線設(shè)備用來獲得建筑空間內(nèi)新近布置對象的位置、標識以及其它特征的示范組操作；圖8示出了為了使用至少部分利用圖1的系統(tǒng)所生成的建筑模型來仿真控制策略的示范組操作；圖9示出了由根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1的系統(tǒng)可以實現(xiàn)的第二組操作；以及圖10示出了在圖1所示的建筑區(qū)域中控制器、通風(fēng)風(fēng)門、以及傳感器的示例布局。
具體實施例方式圖1和圖2示出了在建筑的一部分中實現(xiàn)本發(fā)明實施方式的示范實施例。具體而言，圖1示出了在建筑的一部分或區(qū)域102中的建筑系統(tǒng)100，其包括通信網(wǎng)絡(luò)104、在建筑內(nèi)與通信網(wǎng)絡(luò)104可操作地耦合的多個無線節(jié)點106、多個被動式無線設(shè)備108a、 108b、. . . 108η、以及處理電路110。在這種實施方式中，建筑系統(tǒng)100還包括布置在建筑區(qū)域102各處的傳感器單元111。圖2示出了除去建筑區(qū)域102的圖1的建筑系統(tǒng)100的示意性方塊圖。具體參照圖1，建筑區(qū)域102包括辦公室形式的第一空間112、會議室形式的第二空間114、以及過道形式的第三空間116。僅僅出于說明的目，示例地給出了建筑區(qū)域102 以及空間112、114和116的具體布局。對于許多建筑布局而言，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員很容易調(diào)整本文所描述的原理。第一空間112包括椅子142、墻壁144至147、計算機工作站148、電話機150、窗戶巧4和辦公桌156。通風(fēng)風(fēng)門158布置在空間112的天花板空間上方，并且負責(zé)向第一空間112分送經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣。經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣可以是冷氣或暖氣，并且包括再循環(huán)空氣和新鮮空氣。通風(fēng)風(fēng)門158接收來自沒有示出但本領(lǐng)域周知的空氣處理單元和通風(fēng)管道的經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣。一般而言，可以使用通風(fēng)風(fēng)門158來控制第一空間112的溫度和/或新鮮空氣含
5量。為此目的，未示出的控制器向通風(fēng)風(fēng)門158提供控制輸出信號，以便響應(yīng)于所感知的第一空間112內(nèi)的狀況和其它因素來進一步打開或關(guān)閉風(fēng)門158。第二空間114包括四把椅子162至165、四堵墻壁166至168、147 (共用墻壁)、會議桌170、邊桌172、臺燈174、以及窗戶176。通風(fēng)風(fēng)門178布置在空間114的天花板空間上方。通風(fēng)風(fēng)門178以與第一空間112的風(fēng)門158大體相同的方式操作。具體而言，通風(fēng)風(fēng)門178構(gòu)造成向第二空間114分送受控制的經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣量。第三空間116包括三個墻段146、166和180、影印機182、以及通風(fēng)風(fēng)門184。通風(fēng)風(fēng)門184布置在空間116的天花板空間或通風(fēng)系統(tǒng)的上方，并且以與第一空間112的風(fēng)門158大體相同的方式操作。具體而言，通風(fēng)風(fēng)門184構(gòu)造成向第三空間116分送受控制的經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣量。再次概括地參照圖1和圖2，各被動式無線設(shè)備108x固定于建筑區(qū)域102內(nèi)的對象上或固定在對象內(nèi)。對象可以是固定裝置，諸如墻壁、窗戶、地毯、結(jié)構(gòu)梁、暖通(HAVC)結(jié)構(gòu)、頂部照明、以及電氣和管道固定裝置。對象可以是室內(nèi)陳設(shè)，諸如桌子、燈具、椅子、辦公桌、窗上用品等等。對象也可以是實際的電氣設(shè)備，諸如影印機、打印機、電話、照明燈具。優(yōu)選地，所有的這種對象都具有被動式無線設(shè)備108x。舉例來說，被動式無線設(shè)備108a、108b、108c和108d布置在第一空間112的四堵墻壁144、145、146和147上，被動式無線設(shè)備108e、108f分別布置在第一空間112的椅子 142以及辦公桌156上，被動式無線設(shè)備108g、10 布置在第一空間112和第二空間114的窗戶巧4、176上，被動式無線設(shè)備108i、108j分別布置在第一空間112的計算機工作站148 和電話機150上。其它被動式無線設(shè)備布置在建筑區(qū)域102內(nèi)的類似對象上。各被動式無線設(shè)備108x包含關(guān)于其固定所至對象的至少一個特性的第一信息。 在優(yōu)選實施方式中，各被動式無線設(shè)備108x包括其安裝所至對象的多個物理特征的信息。 這種物理特征可以包括外形尺寸、熱特性、生產(chǎn)商標識、對象類型標識和生產(chǎn)日期，以及其子集。物理特征可以具體到對象的類型。例如，所存儲的電氣設(shè)備諸如打印機/復(fù)印機182、 計算機148或電話機150的物理特征包括能源消耗信息、和/或熱能(熱量)產(chǎn)生特性。所存儲的窗戶(例如154、176)的物理特征可以包括光學(xué)特性和熱特性。各被動式無線設(shè)備108x構(gòu)造成，利用從被動式無線設(shè)備108x中探測到的通信信號取得的電力，與至少一個無線節(jié)點106無線地通信。因此，舉例來說，被動式無線設(shè)備 108x可以適當(dāng)?shù)匕ū绢I(lǐng)域周知的所謂射頻識別(RFID)技術(shù)。被動式無線設(shè)備108x接收來自無線節(jié)點106的信號并且發(fā)射包括所存儲數(shù)據(jù)的響應(yīng)。被動式無線設(shè)備108x從收到的信號中獲得電力，以執(zhí)行響應(yīng)發(fā)射。這種技術(shù)通常是周知的。圖3示出了被動式無線設(shè)備108x的示范實施例的方塊示意圖。被動式無線設(shè)備 108x包括天線301、射頻(RF)電路302、電力獲取電路304、以及數(shù)據(jù)處理電路306。天線 301可以采取任何適合于RF收發(fā)的形式，并且使其可操作地與RF電路302相連接。RF電路302是RF接收器和發(fā)射器，其構(gòu)造成在典型用于RFID操作的頻率上操作。目前多個波段被用于RFID操作。運行在這些頻率范圍的設(shè)備是周知的。電力獲取電路304是一種電路，使其可操作地耦合，以便從由RF電路302接收的RF信號中獲得能量，以及，電力獲取電路304構(gòu)造成，提供該能量作為偏置功率，用于數(shù)據(jù)處理電路306和RF電路302。數(shù)據(jù)處理電路306包括存儲器308，其存儲關(guān)于被動式無線設(shè)備108x安裝所至對象的信息。這種信息可以包括對象的外形尺寸、對象的標識、對象的生產(chǎn)商、對象的光學(xué)和/或電氣特性、以及對象生產(chǎn)日期。在一些實施例中，存儲器308可以存儲關(guān)于對象的“碳影(carbonshadow) ”。碳影是對象與其生產(chǎn)、存儲、交付、以及安裝進入建筑區(qū)域102等有關(guān)的碳足跡。如果對象實際上是電氣設(shè)備，則其碳足跡信息可以包括關(guān)于對象的平均功率消耗或者其能源使用的其它度量的信息。據(jù)此，可以理解，基于存儲在被動式無線設(shè)備108x中的信息，圖1的處理電路 110可以用來跟蹤建筑的碳足跡。再次概括地參照被動式無線設(shè)備108x，可以理解，被動式無線設(shè)備108x可以是所謂的電池輔助式被動RFID設(shè)備，其中所包括的電池用于為數(shù)據(jù)處理電路306供電。在這種設(shè)備中，仍然將來自所接收RF信號的能量用于經(jīng)由RF電路302發(fā)射響應(yīng)信號。再次參照圖1和圖2，傳感器單元111包括用于由建筑系統(tǒng)監(jiān)測和/或控制的多種狀況的傳感器。例如，傳感器單元111可以包括溫度傳感器、氣流傳感器、光敏感器、揮發(fā)性有機化合物傳感器等。在一種實施例中，每個傳感器單元111是一種無線傳感器單元，其包括多個傳感器，包括微機電系統(tǒng)(MEMQ傳感器。傳感器單元111優(yōu)選地包括平常建筑自動化操作諸如溫度控制及通風(fēng)控制所使用的傳感器。圖4示出一種多用途傳感器單元400的示例構(gòu)造，其可以用作一個或多個傳感器單元111。傳感器單元400是一種微系統(tǒng)，其采用一套MEMS傳感器402，MEMS傳感器402可以是溫度、氣流、濕度、光亮、CO2、揮發(fā)性有機化合物(VOCs)等任意測量的任意組合。微系統(tǒng)傳感器單元400還可以并入處理電路404、以及射頻傳輸電路406。在2003年1月觀日提交的、標題為“Building System with Reduced Wiring Requirements and Apparatus forUse Therein”的美國專利申請No. 10/353, 142、以及2003年9月26日提交的、標題為“Building Control System Using Integrated MEMS Device，，的美國專利申請No. 10/672，527 中討論了具有處理電路和RF能力的MEMS設(shè)備的一般示例，上述兩件申請的內(nèi)容以引用的方式并入本文。這些類型的其它設(shè)備也是周知的。再次參照圖1，無線節(jié)點106布置在建筑區(qū)域102各處。如圖2所示，無線節(jié)點106 構(gòu)造成與傳感器單元111和被動式無線設(shè)備108X無線地通信。無線節(jié)點106還優(yōu)選構(gòu)造成經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)104與處理電路110通信，通信網(wǎng)絡(luò)104大體在建筑區(qū)域102各處延伸。 通信網(wǎng)絡(luò)104可以適當(dāng)?shù)匕ɑ谝蕴W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)(LAN) (WLAN)，或者二者的組
口 O圖5示出了無線節(jié)點106的示范實施方式，無線節(jié)點106構(gòu)造成以WLAN形式與通信網(wǎng)絡(luò)104—起使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，無線節(jié)點106的其它實施方式可以構(gòu)造成經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)電纜進行通信，因此，僅僅是感覺上“無線”，這種節(jié)點以無線方式與傳感器單元111和被動式無線設(shè)備108x進行通信。參照圖5的實施方式，無線節(jié)點106包括RF通信電路502、電源504、存儲器506、以及處理電路508。在這里所描述的實施方式中，RF通信電路502包括RF發(fā)射器和接收器，其構(gòu)造成，以由通信網(wǎng)絡(luò)104、傳感器單元106、以及被動式無線設(shè)備108x所采用的頻率，可控制地發(fā)射并接收RF信號。因此，例如，RF收發(fā)電路502能發(fā)射并接收無線局域網(wǎng)(WLAN)、RFID 標簽信號、以及藍牙信號。RF通信電路502進一步構(gòu)造成，基于通信網(wǎng)絡(luò)104、傳感器單元 106、以及被動式無線設(shè)備108x所采用的三種無線通信方案之一來解調(diào)RF信號。
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電源504是由通信電路502、存儲器506和處理電路508使用的電源。電源504可以適當(dāng)?shù)匕ㄩL壽命鋰電池等。然而，在無線節(jié)點106與通信網(wǎng)絡(luò)104物理連接的實施方式中，也可以從這種連接或其它連接獲取電力。無論如何，處理電路508包括用于處理數(shù)據(jù)的電路，這些數(shù)據(jù)使用由通信網(wǎng)絡(luò) 104、無線傳感器單元111、以及被動式無線設(shè)備108x采用的三種通信方案發(fā)射。據(jù)此，處理電路508包括用于協(xié)議處理以及數(shù)據(jù)格式、用于從傳感器111、被動式無線設(shè)備108x和通信網(wǎng)絡(luò)104接收的數(shù)據(jù)的邏輯。處理電路508進一步包括用于控制RF通信電路502操作的邏輯。另外，如這里所述，進一步對處理電路508編程以實現(xiàn)屬于無線節(jié)點106的操作 (或者促使部件502和504來實現(xiàn)操作)。為此目的，處理電路508執(zhí)行存儲為軟件代碼的操作，該軟件代碼可以全部或部分存儲在存儲器506中。存儲器506優(yōu)選還包含識別以前由無線節(jié)點106探測到的無線被動設(shè)備108x的目錄、表格或者數(shù)據(jù)庫。這種數(shù)據(jù)使無線節(jié)點106能夠發(fā)現(xiàn)新的被動式無線設(shè)備108x、或者探測到已被移走的被動式無線設(shè)備108x。應(yīng)當(dāng)理解，至少在一些情況下，無線節(jié)點106和傳感器單元111的功能可以組合進一種設(shè)備。另外，應(yīng)當(dāng)注意到，無線節(jié)點106可以包括用于自動化系統(tǒng)的控制器功能，諸如用于通風(fēng)風(fēng)門、水閥、照明器材等的控制器。再次參照圖1和圖2，本實施例中的處理電路110是計算機工作站130的一部分， 計算機工作站130包括用戶接口 132和通信電路134。處理電路110還與數(shù)據(jù)存儲器136 連接，數(shù)據(jù)存儲器136可以是也可以不是全部或部分地包括在工作站130處。除了別的以外，數(shù)據(jù)存儲器136存儲建筑數(shù)據(jù)模型137、或建筑模型137，如這里所描述的，該模型可以被生成或更新。建筑數(shù)據(jù)模型137是建筑的模型、結(jié)構(gòu)、操作的數(shù)據(jù)庫或其它數(shù)據(jù)文件的集合。這種模型的總體體系結(jié)構(gòu)是周知的，以及，典型地包括關(guān)于模型中各對象的屬性、以及模型中與之相互作用或與之相連接的其它對象的標識。在這里所描述的實施方式中，通過包含關(guān)于建筑的更為粒狀的信息，包括由建筑的使用引起的對象(諸如家具、設(shè)備、甚至占用)、以及更新和使用模型137的方式，模型137不同于周知的建筑模型。通過描述，其它差異將更為明了。一般而言，處理電路110經(jīng)由通信電路134和網(wǎng)絡(luò)104可操作地連接，以便從無線節(jié)點106接收關(guān)于無線設(shè)備108x的信息。處理電路110構(gòu)造成，至少部分地基于存儲在被動式無線設(shè)備118x中的信息來更新(乃至生成)建筑模型137。在簡化的示例中，通過并入從固定于建筑區(qū)域102的窗戶巧4、176的被動式無線設(shè)備108g、10 !獲得的熱特性，可以使用處理電路110來增強存儲在數(shù)據(jù)存儲器136中的建筑模型137。這種信息可以由開發(fā)制熱、制冷、以及通風(fēng)策略的仿真程序或計劃程序使用。同樣地，通過并入從固定于電氣設(shè)備諸如計算機工作站148和電話機150的被動式無線設(shè)備108i、108j獲得的熱(發(fā)熱) 特性，處理電路110可以增強建筑模型137。處理電路110進一步構(gòu)造成從傳感器單元111獲取關(guān)于建筑狀況的信息。這種信息可以用于開發(fā)控制策略、調(diào)整實時控制操作、或者提供建筑區(qū)域102內(nèi)當(dāng)前狀況(或趨勢)的可視化(顯示)。處理電路110進一步采用用戶接口 132來顯示關(guān)于模型137和/或建筑區(qū)域102
8中所感知狀況的信息。因為處理電路110具有到精確模型137、以及到來自傳感器單元111 的傳感器值的入口，處理電路可以利用關(guān)于在此所感知狀況的信息來提供建筑布局的直觀顯示。因為在一些實施方式中傳感器單元111能感知多種環(huán)境狀況，如果需要，處理電路 110可以同期顯示信息，顯現(xiàn)在所顯示的空間樓層平面內(nèi)的空間中的多種狀況，包括位于其中的對象。無線節(jié)點106、被動式無線設(shè)備108x、以及處理電路110的上述組合，可以給建筑數(shù)據(jù)模型提供多種增強或改進。在一些實施例中，無線節(jié)點106和被動式無線設(shè)備108x可以用來幫助識別移進空間的新對象的位置、或者現(xiàn)有對象的變化位置，從而允許建筑模型 137更新。例如，如果將空間112與空間114之間的墻壁147向左移動兩英尺，那么，通過執(zhí)行定位操作來確定被動式無線設(shè)備108d的位置，無線節(jié)點106可以探測到該移動。為此目的，圖6示出了由根據(jù)本發(fā)明實的系統(tǒng)100可以實現(xiàn)的第一組操作。圖6 示出了由系統(tǒng)100用來對建筑模型生成更新的操作。在步驟602中，基于使用被動式無線設(shè)備108x生成的信息，處理電路110獲得用于存儲在數(shù)據(jù)存儲器136中的建筑模型137的新數(shù)據(jù)。該信息包括新近布置在建筑區(qū)域 102內(nèi)某個位置的對象的標識和位置。另外，該信息可以包括從其被動式無線設(shè)備獲得的該對象的其它特征，諸如物理特征、碳足跡信息等。圖7示出了示范組操作，可以由無線節(jié)點106和被動式無線設(shè)備108x使用，以獲得建筑區(qū)域102內(nèi)新近設(shè)置對象的位置、標識、以及其它特征。在步驟702中，第一無線節(jié)點106發(fā)送探測RF信號，以發(fā)現(xiàn)先前沒有探測到的任何被動式無線對象。這種信號想要從被動式無線設(shè)備產(chǎn)生一種大體即時的響應(yīng)。在步驟 704中，第一無線節(jié)點106接收來自先前沒有被第一無線節(jié)點106探測到的被動式無線設(shè)備 108x的響應(yīng)信號。在步驟706中，基于發(fā)射(步驟702)與響應(yīng)接收(步驟704)之間的時間差，第一無線節(jié)點106確定到該被動式無線設(shè)備108x的距離dl?？蛇x擇地，第一無線節(jié)點106可以向新RFID設(shè)備發(fā)射單獨的測距信號，并且基于測距信號的發(fā)射與來自新RFID 設(shè)備響應(yīng)的接收之間的時間差，確定距離dl。在步驟708中，第二無線節(jié)點106也發(fā)送探測RF信號，以發(fā)現(xiàn)先前沒有探測到的任何一個被動式無線對象。在步驟710中，第二無線節(jié)點106接收來自新的被動式無線設(shè)備108x的響應(yīng)信號。為此目的，應(yīng)當(dāng)注意到，建筑區(qū)域102內(nèi)的大體每個位置都優(yōu)選在至少兩個無線節(jié)點106的無線通信范圍內(nèi)。據(jù)此，建筑區(qū)域102內(nèi)任何位置的對象布置，導(dǎo)致至少兩個無線節(jié)點能探測到該對象的被動式無線設(shè)備108x。在步驟712中，基于發(fā)射(步驟708)與響應(yīng)接收(步驟710)之間的時間差，第二無線節(jié)點106確定到該被動式無線設(shè)備108x的距離d2。在步驟714中，基于dl、d2、第一和第二無線節(jié)點106的位置、以及其它信息，處理電路確定新的被動式無線設(shè)備108x的位置。其它信息可以是按照與dl和d2相同方式獲得的到另一無線節(jié)點106的另一距離d3。附加的距離值d3使得能夠經(jīng)由三角形計算進行定位。可選擇地，其它信息可以是關(guān)于建筑區(qū)域布局的信息。例如，對于圖1中到未知對象具有確定距離dl、d2的任何兩個無線節(jié)點106，dl、d2的交點在二維坐標系中僅僅限定兩點。然而，這兩點中有一點不在區(qū)域102內(nèi)。據(jù)此，在二維坐標系中，基于距已知位置無線傳感器的兩個距離dl和d2，處理電路在步驟712中可以確定一點的絕對位置。對于能夠有把握認為是布置在地板上的對象諸如桌子、椅子、以及大型影印機而言，即使對于三維坐標系，這種信息也經(jīng)常足夠。否則，近似值是足夠的。實現(xiàn)步驟714的處理電路可以適當(dāng)?shù)厥翘幚黼娐?10。然而，應(yīng)當(dāng)理解，無線節(jié)點 106之一的處理電路508、以及其它處理電路，也可以實現(xiàn)這種計算。在步驟716中，基于存儲在被動式無線設(shè)備108x中的信息，第一(或者第二)無線節(jié)點獲得關(guān)于該對象的物理特征信息。盡管在步驟702或708中也可以獲得這種信息， 但因為通過從被動無線裝置108x的存儲器308中提取信息可能引入延遲，在那些步驟中獲得多方面的信息有可能影響獲得正確距離測量的能力。因此，在單獨的步驟中獲得存儲的信息，允許在步驟702和708中有簡化的距離測量探測信號。應(yīng)當(dāng)注意到，使用無線節(jié)點106，可以采用其它方法來識別新近布置的被動式無線設(shè)備、確定它們的位置、以及獲得關(guān)于安裝此被動式無線設(shè)備的對象的信息。為此目的，美國專利申請序號No. (Fabrizio Stortoni)描述了一種方法，可以獲得建筑環(huán)境中的位置坐標和RFID標簽的信息內(nèi)容。美國專利申請序號No.的公開內(nèi)容以引用的方式并入本文。再次參照圖6，在步驟602之后，處理電路110執(zhí)行步驟604。在步驟604中，處理電路110更新建筑模型137。例如，如果對象是建筑區(qū)域102中的新對象，諸如新家具、或者新計算機工作站，處理電路110可以首先將該對象加到建筑模型文件，然后，基于位置信息和/或其它信息將該對象鏈接至模型137。如果合適，處理電路110也可以加入其它邏輯鏈接，諸如系統(tǒng)(如HVAC或消防系統(tǒng))中對象的邏輯位置。使用對象ID、對象位置、以及優(yōu)選外形尺寸，向現(xiàn)有建筑模型添加新部件的方法是周知的。如果1)得到模型137支持、并且 2)由被動無線傳感器108x提供，則可以添加諸如熱特性、壽命、電氣特性等的特性。在步驟606中，處理電路110接收關(guān)于建筑模型137中在區(qū)域102內(nèi)被移動或從區(qū)域102內(nèi)被移走的對象的任何信息。為此目的，各種無線節(jié)點106構(gòu)造成，定期檢查以便了解先前由節(jié)點106探測到的對象是否仍然能探測到。使用類似于結(jié)合圖7所述的過程， 可以再次核實先前探測到對象的位置。如果節(jié)點106(和處理電路110)探測到目前在建筑模型137中的對象設(shè)備在區(qū)域102內(nèi)已經(jīng)被移動或者被完全移走，那么，節(jié)點106通知處理電路110。在步驟606中，處理電路110接到通知。在步驟608中，處理電路110相應(yīng)地更新建筑模型137。步驟602、604、606和608可以重復(fù)，直至所有新的、新近移動的、或者移走的設(shè)備都經(jīng)過處理來更新模型137。相應(yīng)地，圖1的系統(tǒng)100提供一種方法，能以不斷進行的方式更新存儲在數(shù)據(jù)存儲器中的建筑模型。在建筑的交付使用階段期間以及在日復(fù)一日的建筑運轉(zhuǎn)期間，可以使用這種過程。因此，建筑模型可以保持更新而不需要大量的手工數(shù)據(jù)錄入。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在建筑的初期建設(shè)和交付使用完成很久之后，系統(tǒng)100在不斷進行的建筑運轉(zhuǎn)期間維護建筑模型。更為周知的是，占用者的存在能影響建筑性態(tài)(behavior)。據(jù)此，在系統(tǒng)100的一些實施例中，處理電路110進一步構(gòu)造成，用建筑內(nèi)占用者的表示來更新建筑模型137。建筑模型137因此包括關(guān)于占用者以及他們在建筑區(qū)域100內(nèi)的位置的信息。為此目的，圖1的系統(tǒng)100可以增強為，并入布置在建筑占用者身上的被動式無線設(shè)備108x。例如，可以要求建筑內(nèi)的每個人佩戴標識(或其它安全)徽章。這種徽章包括 RFID設(shè)備(被動式無線設(shè)備108x)。然后，系統(tǒng)100可以使用與以上結(jié)合圖6和圖7的那
10些討論相類似地操作，來識別建筑內(nèi)占用者的存在和位置。模型137可以更新為包括建筑的當(dāng)前占用者的準實時表示。在可選方案中，或者另外地，系統(tǒng)100可以使用與圖6和圖7 中相類似的那些操作，以每時、每天、每周或每季為基礎(chǔ)來追蹤或者趨向占用。使用圖7的定位操作，可以使占用趨向于逐個房間。這種信息可以并入建筑模型137，或者存儲為相關(guān)數(shù)據(jù)庫。通過組合不斷進行更新的模型137與建筑運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)以及占用趨勢，上述系統(tǒng)100 增強了智能建筑控制。如上所述，更新的建筑模型能有助于改進建筑控制策略。例如，圖8的操作示出了使用仿真可以如何使用系統(tǒng)100來確定HAVC控制策略。與現(xiàn)有HVAC仿真技術(shù)相比，本發(fā)明以使用帶有現(xiàn)行和精確的熱建模信息(thermal modeling information)的建筑模型137進行仿真為特色。另外，當(dāng)實際實現(xiàn)所仿真的控制策略時，通過使用傳感器單元111來探測系統(tǒng)的實際狀況，系統(tǒng)100可以評估一次或多次仿真的精確性。另外，與現(xiàn)有技術(shù)的仿真相比，使用所存儲的占用趨勢數(shù)據(jù)，也可以將占用者的熱習(xí)性并入仿真。參照圖8，在步驟802中，處理電路110 (或其它處理電路)訪問如上所述經(jīng)過更新的建筑模型137。這樣一種模型提供建筑內(nèi)所有或幾乎所有對象的精確表示。另外，可選地，建筑模型137可以包括(或單獨訪問)用于建筑的各空間112、114和116的占用模型。 如上所述，通過實時探測與空間112、114和116在一起的占用者，并隨時間累計占用數(shù)據(jù)， 可以獲得這樣一種占用模型。在步驟804中，處理電路促使執(zhí)行多次仿真。各仿真可以指定狀況，諸如戶外天氣、時刻、以及控制策略。在一種實施例中，通過改變控制策略，但是用不變的天氣狀況，執(zhí)行多次仿真。各種各樣的仿真方法是周知的。這些周知的仿真方法使用建筑模型137來有效地預(yù)測響應(yīng)于特定組控制操作的系統(tǒng)性態(tài)。因為如本文所述模型137可以包括各種對象諸如電氣設(shè)備、窗戶的熱特性，并且可以基于占用趨勢估計占用者的熱影響，與現(xiàn)有仿真方法相比，本仿真可以更加全面準確。在步驟806中，處理電路110可以促使HVAC系統(tǒng)根據(jù)仿真中所選擇的一個來執(zhí)行控制操作。為此目的，仿真的分析可以指出對于給定組的環(huán)境(天氣、時刻、季節(jié))特別有效的控制策略。處理電路Iio在步驟806中促使由HVAC系統(tǒng)實現(xiàn)該控制策略。為此目的， 處理電路110可以向HVAC系統(tǒng)以及未示出的HVAC控制站或直接向未示出的控制器(其控制通風(fēng)風(fēng)門158、178和184)傳達控制策略信息。在一些實施例中，預(yù)期處理電路110和工作站130還包括一個或多個建筑自動化系統(tǒng)的控制站。在步驟808中，在實施控制策略之后，處理電路110獲得關(guān)于識別建筑區(qū)域102中狀況的傳感器單元111的值。為此目的，傳感器單元111經(jīng)由無線節(jié)點106和網(wǎng)絡(luò)104向處理電路110傳達關(guān)于所感知狀況(溫度、濕度、C02、V0Cs和/或氣流)的信息。在步驟810中，基于在步驟808中獲得的傳感器信息，處理電路110比較系統(tǒng)的實際性態(tài)與步驟804中預(yù)測的仿真性態(tài)。如上所述，仿真可以是粒狀的，提供關(guān)于各空間112、 114和116相對于溫度及其它狀況的仿真性態(tài)。因為空間112、114和116具有單獨的傳感器單元111，處理電路110也具有粒狀的傳感器數(shù)據(jù)。因此，步驟810中的比較可以包括仿真性態(tài)與實際性態(tài)之間差異的逐個空間分析。在步驟812中，處理電路110提供比較結(jié)果的視覺指示，以及至少(ata minimum)提供仿真與實際狀況變化明顯所在之處的指示。然后，接到這種指示的技術(shù)人員可以確定變化的原因。HVAC系統(tǒng)的仿真性態(tài)與實際性態(tài)之間的變化可以是建筑模型137中誤差的結(jié)果?？蛇x擇地，變化可以指示設(shè)備故障、乃至需要維護的設(shè)備或結(jié)構(gòu)部件。據(jù)此，通過顯示或者其它指示仿真系統(tǒng)性能與實際系統(tǒng)性能之間明顯變化的存在及位置，能以適時的方式發(fā)現(xiàn)并糾正建筑系統(tǒng)中的維護問題，以便幫助系統(tǒng)更有效地運轉(zhuǎn)。在不必涉及仿真的其它操作中，處理電路110使用來自傳感器111所積累的傳感器值，來開發(fā)空間112、114和116中多種感知狀況的粒狀趨勢。處理電路110進一步構(gòu)造成，使感知的狀況趨勢與各空間112、114和116內(nèi)的占用趨勢相互關(guān)聯(lián)。然后，處理電路 110可以導(dǎo)致相關(guān)結(jié)果的圖形或文本顯示。以這種方式，可以處理高占用時空間中自身暴露的問題。例如，處理電路110可以識別會議室空間114的高度使用期間VOCs中的相互關(guān)系。處理電路110顯示這種相互關(guān)系。在了解此信息的情況下，可以采取調(diào)查和/或糾正行動。類似地，基于模型137中的信息，處理電路110可以采用相同的方法，將所感知的環(huán)境狀況與建筑中對象的特征聯(lián)系起來。例如，處理電路110構(gòu)造成，確定由傳感器單元 111所感知的特定環(huán)境狀況與如模型137中所存儲的空間中對象的物理特征之間的相互關(guān)系。例如，處理電路110可以識別某些工廠的地毯(來自模型137)、以及過多VOCs (如傳感器單元111所感知的)、或者包括某些型號影印機的區(qū)域中的過熱之間的相互關(guān)系。處理電路110提供這種相互關(guān)系的顯示，使得可以采取進一步的分析、調(diào)查、和/或糾正行動。圖9示出了使用系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)的不同組的操作。具體而言，建筑HVAC 系統(tǒng)安裝維護過程中的問題之一是跟蹤如何控制通風(fēng)風(fēng)門(或其它致動器)。具體而言，通風(fēng)風(fēng)門(例如，風(fēng)門158、178和184)典型地接收來自現(xiàn)場控制器或現(xiàn)場控制盤(諸如西門子型號TEC控制器)的控制信號?，F(xiàn)場控制器典型地就近安置，但不必與其所控制的通風(fēng)風(fēng)門在同一房間。當(dāng)在建筑內(nèi)安裝或者更換風(fēng)門時，可以使用圖6和圖7的方法來識別新近安裝的風(fēng)門的物理位置和其它特性。然而，可以不必使用圖6和圖7的方法來識別哪個控制器負責(zé)控制該通風(fēng)風(fēng)門的操作，因為那是一個安裝問題。安裝技術(shù)人員不太可能具有這樣的職責(zé)或能力，更新風(fēng)門上的被動式無線設(shè)備108x來指示如何將風(fēng)門與HVAC相連接。因此，處理電路110可以識別并定位新的風(fēng)門，但不能將該風(fēng)門與建筑模型137內(nèi)的現(xiàn)場控制器“連接”。例如，辦公樓中較大的開放區(qū)域可能包括多個區(qū)，其具有多個風(fēng)門和兩個或更多的現(xiàn)場控制器。圖10示出一種情形，其中三個風(fēng)門158、178和184有可能用兩個控制器 1008和1010進行控制。盡管安裝風(fēng)門158、178和184的人可能知道哪個控制器具體控制每個風(fēng)門，但這種信息并沒有存儲在它們各自的被動式無線設(shè)備108x上，因此，并不容易達到更新建筑模型137。即使HVAC系統(tǒng)具有控制各風(fēng)門控制器的非常清楚的標識，但這種控制器的物理位置可能沒有存儲成建筑模型易于使用的格式。采用圖9的操作來幫助確定哪個控制器(如建筑模型137中所識別出的)控制系統(tǒng)100內(nèi)的特定風(fēng)門。例如，考慮一種示例，其中處理電路110試圖確定控制風(fēng)門158的控制器。在步驟902中，處理電路識別多個控制器，例如，與所討論的風(fēng)門(如風(fēng)門158)在預(yù)定距離內(nèi)的控制器1008、1010。處理電路110使用關(guān)于控制器和風(fēng)門158的位置信息識別這些控制器。該位置可以適當(dāng)?shù)貜娜绫疚乃錾傻慕ㄖＰ?37獲得。例如，使用圖 7的操作已經(jīng)確定了風(fēng)門158、178和184以及控制器1008、1010的位置。在步驟904中，處理電路110識別最靠近于風(fēng)門例如風(fēng)門1004的N個控制器。數(shù)目N可以合適地為4。在這里所描述的示例中，只有兩個控制器1008和1010候選，所以，步驟904不是必需的。然而，在所討論的控制器的“預(yù)定”距離內(nèi)有許多控制器的情況下，處理電路110限制候選控制器為最近的N個控制器。然后，在步驟906中，處理電路110相繼地促使選定的N個控制器各自以限定的方式改變冷氣(或暖氣)的流動。結(jié)果，各控制器產(chǎn)生輸出信號，促使其所安裝的風(fēng)門或多個風(fēng)門打開或關(guān)閉，從而允許或多或少的調(diào)節(jié)空氣。這種操作想要改變風(fēng)門158所在的特定空間中的溫度。如果特定的控制器控制風(fēng)門158，那么，作為改變輸出信號的結(jié)果，或多或少的冷(或暖)氣將進入該空間。然而，如果特定的控制器不控制風(fēng)門158，那么，靠近風(fēng)門158的溫度即使不是根本沒有影響，也不會影響很多。在步驟908中，處理電路110從最靠近于所討論風(fēng)門即風(fēng)門158的傳感器單元111 獲得傳感器測量結(jié)果。與選定控制器的每一個對其所連接的風(fēng)門改變其各自輸出流動信號時的時間相對應(yīng)，處理電路110記錄傳感器輸出。如上所述，如果候選控制器構(gòu)造成控制風(fēng)門158，那么，將會探測到明顯的溫度變化。然而，如果候選控制器構(gòu)造成控制一些其它風(fēng)門，那么，靠近于風(fēng)門158測得的溫度將不受影響。在步驟910中，處理電路110識別最影響風(fēng)門158附近溫度的控制器。在步驟912 中，處理電路110在建筑模型137中存儲風(fēng)門158與識別出的控制器之間的鏈接。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例僅僅是示例性的，并且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以容易地想出結(jié)合本發(fā)明原理并落入本發(fā)明精神及范圍內(nèi)的他們自己的實現(xiàn)方式及修改。
1權(quán)利要求
1.一種建筑系統(tǒng)，包括a)通信網(wǎng)絡(luò)；b)多個無線節(jié)點，在建筑內(nèi)可操作地與所述通信網(wǎng)絡(luò)耦合；c)多個被動式無線設(shè)備，各所述被動式無線設(shè)備固定于所述建筑內(nèi)的對象或固定在所述對象內(nèi)，各所述被動式無線設(shè)備包含關(guān)于所述對象至少一個特性的第一信息，各所述被動式無線設(shè)備構(gòu)造成，使用從所述被動式無線設(shè)備中檢測出的通信信號取得的電力，與至少一個所述無線節(jié)點無線地通信；d)多個傳感器，構(gòu)造成產(chǎn)生表示所述建筑各處所感知溫度的第二信息，各所述傳感器可操作地與所述通信網(wǎng)絡(luò)相連接；e)處理電路，可操作地耦合以便接收來自所述無線設(shè)備的第一信息和來自所述傳感器的第二信息，所述處理電路構(gòu)造成，基于所述第一信息和所述第二信息產(chǎn)生關(guān)于所述建筑的控制信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑系統(tǒng)，其中，所述處理電路進一步構(gòu)造成，部分地基于所述第一信息生成模型，以及，基于所述模型和所述第二信息產(chǎn)生控制信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的建筑系統(tǒng)，其中，所述建筑系統(tǒng)包括多個控制器，并且其中， 所述控制信息包括用于至少一些所述控制器的一組或多組細目。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的建筑系統(tǒng)，其中，所述多個傳感器中至的少一些布置在所述多個無線節(jié)點中的一個無線節(jié)點或多個無線節(jié)點內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑系統(tǒng)，其中，所述處理電路進一步構(gòu)造成，部分地基于所述第一信息和所述第二信息生成模型，基于所述熱模型產(chǎn)生多個仿真控制策略，以及，基于所述多個仿真控制策略中的一個產(chǎn)生控制信息。
6.一種方法，包括a)使用無線設(shè)備來識別布置在空間附近內(nèi)的多個控制器；b)選擇所述多個控制器中的一個；c)獲得所述空間內(nèi)的溫度測量；d)促使所述選擇的控制器來改變經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣流進所述空間；e)在第一持續(xù)時間之后，獲得所述空間內(nèi)更新的溫度測量；f)選擇一個或多個其它控制器，以及，對每一個控制器重復(fù)步驟c)、d)和e)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括，對于每一個所述選擇的控制器，基于溫度測量與更新的溫度測量之差，確定所述多個控制器中用于所述空間的第一控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，步驟a)進一步包括，采用布置在所述空間附近的無線節(jié)點與每個所述控制器上的無線設(shè)備進行通信。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括，在步驟a)之后，確定每一個所述控制器與所述空間內(nèi)的基準點之間的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括，基于每一個所述控制器與所述基準點之間的所確定的距離，對N個候選控制器進行識別。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述控制器中被選定的一個控制器和所述被選定的一個或多個其它控制器組成所識別的N個候選控制器。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括，更新建筑模型，以使所述空間與所述第一控制器相關(guān)聯(lián)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括，使用所述第一控制器對所述空間中的溫度進行控制。
14.一種方法，包括a)使用無線設(shè)備來識別布置在空間附近內(nèi)的多個控制器；b)相繼地指令每個控制器改變輸出，所述輸出與一個致動器耦合；c)識別在改變所述輸出時導(dǎo)致所述空間中最大環(huán)境變化的所述控制器；d)存儲將所述被識別出的控制器與所述空間相關(guān)聯(lián)的信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，步驟b)進一步包括，采用布置在所述無線設(shè)備中的處理電路來相繼地指令所述控制器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，步驟c)進一步包括，采用布置在所述無線設(shè)備中的處理電路來識別所述控制器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述無線設(shè)備包括RF電路和所述處理電路，并且其中，將所述處理電路構(gòu)造成以第一模式與被動式無線設(shè)備通信；以第二模式與無線傳感器通信，其中，所述第一模式采用不同于所述第二模式的無線協(xié)議。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，使所述無線設(shè)備可操作地與通信網(wǎng)絡(luò)耦合。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，使所述無線設(shè)備有線連接至所述通信網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種建筑系統(tǒng)，包括通信網(wǎng)絡(luò)、多個無線節(jié)點、多個被動式無線設(shè)備、多個傳感器、以及處理電路。無線節(jié)點布置在建筑內(nèi)，并且可操作地與通信網(wǎng)絡(luò)耦合。各被動式無線設(shè)備固定于建筑內(nèi)的對象，并且包含關(guān)于對象至少一個特性的第一信息。各被動式無線設(shè)備構(gòu)造成，使用從被動式無線設(shè)備中檢測出的通信信號取得的電力，與至少一個無線節(jié)點無線地通信。傳感器構(gòu)造成為產(chǎn)生表示建筑各處所感知溫度的第二信息，各傳感器可操作地與通信網(wǎng)絡(luò)相連接。處理電路可操作地耦合，以便接收來自無線設(shè)備的第一信息和來自傳感器的第二信息。處理電路構(gòu)造成，基于第一信息和第二信息產(chǎn)生關(guān)于建筑的控制信息。
文檔編號H04L29/08GK102217231SQ200980142155
公開日2011年10月12日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者切勒里·R·薩斯特里, 奧斯曼·阿麥德, 理查德·J·勒布蘭克, 賈斯蒂尼安.羅斯卡 申請人:西門子公司, 西門子工業(yè)公司