AI технологии в сградната автоматизация

В ерата на автоматизацията сградните системи и услуги стават все по-интелигентни, свързани и интегрирани. Фокусът постепенно се измества от автоматизиране на действия към иницииране на взаимодействие между човека и неговия умен дом, между хората и интелигентните сгради. Технологии като Internet of Things (IoT) и изкуствения интелект (Artificial Intelligence, AI) с помощта на сензори, инструменти за машинно обучение и комплексни алгоритми задават още по-високи стандарти за интеракция между потребителите, свързаните устройства и системите.

Те превръщат този процес във все по-естествена двупосочна комуникация, включваща изучаване на предпочитанията на обитателите и асистиране на ежедневните им дейности в дома и сградата.

Динамичното технологично развитие в областта обещава в близко бъдеще всички аспекти на личния и професионалния живот да подлежат на интуитивно виртуално управление, а всички устройства и услуги да бъдат свързани в единна платформа като Internet of Everything (IoE). Благодарение на тези възможности се наблюдава все по-интензивно търсене и предлагане в един от сегментите на пазара на средства за домашна и сградна автоматизация – продуктите и решенията, базирани на изкуствен интелект.

Технологично развитие

Концепцията за умни домове и сгради непрекъснато се развива в посока към идеята за автоматизирана интелигентност, в чиято основа е заложено внедряването на AI технологии в средствата за автоматизация. Така автономното взаимодействие на дома и сградата с човека се превръща в своеобразно общуване, което използва за база модели на потребителското поведение в различни ситуации и "имитиране" на потребителските действия с помощта на инструменти за машинно обучение и данни от интелигентни сензорни мрежи.

В сградната индустрия все по-често започва да се говори и за т. нар. добавена интелигентност по аналог с добавената реалност (augmented reality), навлизаща във всички технологични сфери заедно с Internet of Things и Industry 4.0. Идеята на добавената интелигентност е използване на технологиите за изкуствен интелект не с цел заместване на човека, а с цел неговото асистиране и улесняване във вземането на решения с помощта на големи информационни масиви и алгоритми за тяхната обработка и анализ.

Пазарните анализатори в сферата на сградната и домашна автоматизация описват актуалното развитие на технологиите като преход от свързана екосистема към свързан и интелигентен организъм. Той обединява в единна “мислеща” платформа всички сградни системи и услуги като осветление, ОВК, сигурност, контрол на достъпа, управление на енергията, развлечение и др. AI решенията и средствата за машинно обучение се превръщат в своеобразни "сградни мозъци" (building brains). IoT мрежата от устройства и уреди представлява "тялото" на сградния организъм, а гласовите интерфейси му помагат да взаимодейства с потребителя не просто чрез изписване на съобщения, а вече и на човешки език.

Експертите очакват концепцията за интелигентната сграда като организъм да продължава да еволюира с възможностите за интегриране на все повече устройства и приложения с AI функционалност в платформите за сградна автоматизация. Основният фокус е изместването на AI-базираното управление на дома и сградата от облака към т. нар. периферия (edge) – локалните зони от свързаната сградна мрежа, които са в близост до източника на сензорна информация. Събраните данни от домовете и сградите, като основни градивни единици на населените места, се превръщат в ценен бизнес актив, който може да бъде оползотворяван и в по-мащабни концепции за дигитално управление на интелигенти градове, региони и дори държави.

За “излизането” на AI-базираните решения от облака и изместването им към периферните изчислителни системи (edge computing) спомага развитието при платформите за обучение с отворен код (open source learning) и гласовите платформи, както и все по-достъпните цени на компютърните памети и изчислителни мощности.

Специалистите по приложенията на изкуствения интелект в сградната автоматизация се обединяват около тезата, че еволюцията в тази технологична сфера протича на три основни етапа. В рамките на първия се налага т. нар. тесен изкуствен интелект - artificial narrow intelligence (ANI). Той обхваща AI-технологиите в смартфоните, таблетите и съществуващите автоматизирани сградни системи, които обаче срещат някои практически ограничения по отношение на приложенията им в интелигентни сгради. Следващата фаза на развитие е т. нар. общ/генерален изкуствен интелект - artificial general intelligence (AGI), при който технологиите стават все по-умни и автономни, а крайната цел е постигането на изкуствен суперинтелект (artificial super intelligence, ASI).

Нови пазарни и бизнес модели

Актуално проучване на eMarketer показва, че през 2018 г. над 45,4 млн. американци са използвали домашни виртуални асистенти, базирани на изкуствен интелект. 2017 г. анализаторите посочват като годината, в която AI решенията масово са навлезли в smart home и smart building платформите благодарение на нарастващата им популярност в глобален план, изместваща доскорошния скептицизъм у потребителите. Виртуалните домашни асистенти, определяни като “гласа” и “мозъка” на умния дом, могат не просто да управляват осветлението, термостатите и входните врати. Те са в състояние да осъществяват комплексен сграден мониторинг, да пускат телевизия или музика, отгатвайки предпочитанията на потребителя, да отговарят на въпросите му и дори самостоятелно да му поръчат храна.

Така интелигентните сгради се превръщат във все по-автономни структури, способни да се самоуправляват и самоподдържат, създавайки солидна база за изграждането на все повече умни градове. Възникват и креативни бизнес модели, предлагащи технологии за интелигентни сгради под формата на услуга (Smart Buildings as a Service). Данните, събирани и обработвани от такива платформи, могат да бъдат използвани за осигуряване на множество предимства за ползвателите, доставчиците и обществото като цяло. Свързаните сгради се превръщат в “централна нервна система” на умния град, която гарантира ефективно използване на енергията и други ресурси, оптимален комфорт за обитателите и стабилност на електроенергийната мрежа.

В основната на този нов бизнес модел са заложени възможностите на изкуствения интелект да обработва по-бързо и много по-големи обеми информация от човешкия разум. Така на базата на исторически справки и данни за минали периоди могат да бъдат прогнозирани и предотвратявани различни сценарии, които биха могли да бъдат пропуснати при ръчна обработка на информацията.

Що се отнася до естеството на комуникацията между човека и неговия виртуален асистент – тя все повече заприличва на непринудено общуване между два индивида. Очевидните доказателства, че от другата страна е машина, плавно биват размивани чрез фина настройка на гласовите интерфейси и алгоритмите на изкуствения интелект, така че максимално да напомнят човешки тембър, структура и лекота на изразяване и т. н. Бъдещето на технологиите в тази сфера е свързано със софтуерни разработки, способни да усещат настроението на потребителя или да продължат даден разговор от точката, в която е бил прекъснат предишния ден.

Традиционното взаимодействие между човека и машината коренно се трансформира. От въвеждане на команди чрез кодове, бутони, сензорни екрани, контролери и графични интерфейси чрез съответния софтуер, мобилно или уеб-базирано приложение днес все по-често комуникацията се осъществява чрез опростен разговорен потребителски интерфейс (conversational user interface, CUI).

Функции и приложения

Сградите в жилищния и публичния сектор, търговията и индустрията могат да се възползват от множество нови възможности, възникващи с навлизането на изкуствения интелект в сградната автоматизация. Все по-евтините, достъпни и функционални IoT устройства правят генерирането и обработката на големи обеми данни за сградните системи максимално бързо, лесно и удобно. Дори без добавен интелект IoT платформите позволяват на отделните свързани елементи да обменят информация помежду си в мрежата. Истинската роля на AI решенията се корени в обработката и интерпретацията на събраните данни. Така числата и стойностите се превръщат в т. нар. “действена информация” (actionable information) – обработен информационен масив, който съдържа изводи и препоръки за предприемане на определени действия.

Управление и настройка на уреди и устройства - с помощта на мобилни приложения, базирани на изкуствен интелект, продуктите в областта на домашната и сградна автоматизация могат да бъдат лесно настройвани и управлявани както локално, така и отдалечено. Налице са функции за автоматична конфигурация съгласно предварителни настройки, както и инструменти за изучаване и запаметяване на потребителските предпочитания като например за температура в стаята, ниво на димиране на дадено осветително тяло или час за спускане на щорите в спалнята. Благодарение на информацията за местоположението на ползвателя, която персоналните смарт устройства осигуряват, някои услуги могат да бъдат активирани или деактивирани автоматично при напускане или приближаване до дома например отоплението, системите за сигурност и т. н.

Интеграция с технологии за гласово управление - все повече продукти и технологии за умни домове и сгради позволяват интеграция с т. нар. хъбове за автоматизация, базирани на изкуствен интелект. Тези виртуални асистенти обединяват всички свързани сградни системи и услуги в единна платформа с гласово управление. Освен с базови контролни функции, като включване и изключване на лампи и уреди и осъществяване на гласови и видеоразговори, интелигентните хъбове разполагат и с възможности да съобщават на потребителя сервизна информация (например новини от дадена сфера, прогноза за времето, валутна информация), да правят поръчки и да управляват всички услуги в дома чрез гласов интерфейс. Когато са интегрирани със системите за сигурност и контрол на достъпа, те могат чрез гласово обаждане автоматично да уведомят потребителя, негови познати, роднини или съответните контролни органи за различни извънредни събития като влизане с взлом, пожар, наводнение и др.

Друго предимство на виртуалните асистенти са компактните размери на платформата, която се побира в малко устройство, подобно на тонколона за компютър. Така не са необходими множество дистанционни, контролни панели, кабели и табла за управление на различните системи и услуги.
Сигурност и безопасност - внедряването на изкуствен интелект и машинно обучение в системите за сигурност е сред най-логичните приложения на технологията. Посредством алгоритми за лицево разпознаване например AI-базираните платформи за сигурност изграждат своя база данни – каталог с познати лица, посещавали дома или сградата. Възможна е настройка на различни нива на достъп и делегиране на контролни правомощия в зависимост от това дали даден индивид е член на домакинството, роднина, посетител или непознат. Благодарение на тази технология значително намалява броят на фалшивите аларми за опасност в дома или сградата, тъй като конвенционалните средства за сигурност се надграждат с изкуствен интелект, който помага на системата самостоятелно да “разсъждава”, да прави заключения и да взема решения.

AI-базираните платформи за сигурност и контрол на достъпа могат да осъществяват автомониторинг и са оборудвани с различни сензори, датчици, камери, биометрични системи и крайни устройства, които им позволяват да разграничават легитимните опити за достъп от злонамерените. Освен на лицево и гласово разпознаване, тези платформи могат да се основават и на отдалечен достъп до непрекъснат видео стрийминг през смартфон, на данни от микровълнови сензори за движение и т. н.

Основните функции на изкуствения интелект са да управлява, конфигурира и координира използването на отделните системи в дома ефективно, с минимални усилия от страна на потребителя и с минимален риск от нежелани събития. Тази своеобразна еволюция на средствата за домашна и сградна автоматизация позволява на модерните AI-базирани платформи да учат, възприемат и “осмислят” различни данни и сигнали от околната среда, давайки им база за адекватно и информирано вземане на решения.

ОВК контрол и енергийна оптимизация - когато става въпрос за сградна енергийна ефективност, повечето популярни стратегии за постигането й се основават на събиране на информация за потреблението “post factum” и анализирането й с цел откриване на различни тенденции, проблеми и потенциал за енергоспестяване. С помощта на изкуствения интелект в сградната автоматизация е възможно възприемането на проактивен подход, който предварително да гарантира енергийна оптимизация.

По отношение на ОВК контрола и управлението на микроклимата на ниво помещение или сграда, това включва изучаване и анализиране на всички допълнителни топлинни товари и фактори, които влияят върху температурата. Такива товари са човешкото движение, слънчевата радиация, отпадната топлина от електроуредите и др. Вместо чрез интензивно охлаждане температурата в стаята може да бъде регулирана чрез намаляване ефекта на някой от страничните фактори. Ролята на изкуствения интелект е именно да открива подобен потенциал за икономии и да управлява потреблението спрямо реалните потребности на помещението/сградата и преференциите на потребителя. С помощта на машинно обучение могат да бъдат изграждани, изследвани и управлявани комплексни виртуални модели на топлинните характеристики на сградите.

Цялостният AI-базиран енергиен мениджмънт на дома взема предвид фактори като наличието на дневна светлина, продължителността на деня и нощта, среднодневните температури, сезонните особености, климатичните тенденции и актуалните данни за атмосферната обстановка, когато се съставя стратегия за отопление или охлаждане. Анализират се и условия като тарифите за електроенергия в различните отрязъци от денонощието, периодите на пиково потребление, интензивността на едновременна работа на отделните товари и т. н. С помощта на данни от умни устройства, като интелигентни електромери например, платформата за енергиен мениджмънт с изкуствен интелект може да избере най-изгодния за потребителя план за управление на енергийната консумация.

Превантивна поддръжка и превенция на аварии - в допълнение към управлението на ежедневните сградни операции, изкуственият интелект може да бъде “впрегнат” и в превантивна поддръжка на сградните системи и съоръжения с цел превенция на проблеми и неизправности и предотвратяване на нежелани ремонти и свързаните с тях разходи. Чрез анализ на данните от отделните сградни системи и IoT устройства AI-базираната платформа за автоматизация може де идентифицира различни отклонения и аномалии и да избере най-подходящите мерки за отстраняването им.

Макар превенцията на аварии да е техническа задача, с която машинният интелект е способен да се справи, човешката интуиция продължава да е необходима за адекватното й осъществяване. Интелигентните сгради са генератор на големи масиви данни, но по същество те не са математически идеални и опростени структури, а сложни екосистеми, обитавани от хора. Ето защо в допълнение към числата и стойностите, които автоматично се обработват от AI алгоритмите, са налице и много допълнителни причинно-следствени взаимодействия от човешки характер, с които изкуственият интелект в много случаи все още не е способен да се справи. Добавянето на интуитивност към изчислителните алгоритми е сред областите, в които AI-базираните решения за автоматизация тепърва предстои да се усъвършенстват.

Подобрен комфорт за обитателите - използването на изкуствен интелект за оптимизиране работата на сградните системи и услуги така, че да осигурят максимално комфортна среда за обитателите, е може би най-логичното приложение на технологията в сферата на сградната автоматизация. То включва изучаването на взаимоотношенията между микроклимата и комфорта, обратната връзка от страна на потребителите и техните предпочитания и използването на изводите с цел оптимизирано управление на ОВК инсталациите, осветлението и другите автоматизирани системи.

Производителите на решения за интелигентни сгради се надпреварват в разработката на технологии и продукти, позволяващи оптимално персонализиране на средата в жилищни кооперации, офиси, хотели, обществени сгради и др. В сегмента все повече навлизат мобилните приложения и носимите устройства, включващи AI-базирани функции. Тези иновации коренно трансформират начина, по който потребителите взаимодействат с умните сгради и създават нови канали за генериране на големи масиви данни. И макар изкуственият интелект да предлага множество начини да имитира човешкия разум, приложението му в сградната автоматизация не цели да замести човека, а да му помогне по-лесно и интуитивно да взаимодейства с интелигентната сградна инфраструктура.