[發明專利]基于分布式傳感器的建筑采光設計智能系統

在審

• 申請號: 202010167752.2
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111382475A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 王哲;喬培銘;李匯鋒;靳有章;陳躍;胡晗;黃雷;劉貫珠;陳旭;劉超奇
• 申請（專利權）人: 鄭州工程技術學院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27;G06N3/08
• 代理公司: 鄭州芝麻知識產權代理事務所(普通合伙) 41173
• 代理人: 董曉勇

1.一種基于分布式傳感器的建筑采光設計智能系統，其特征在于，該系統包括：

標準化單元，用于根據采集的房屋建筑設計圖生成房屋元素標準矩陣、窗體高度標準矩陣；

數據增強單元，用于隨機生成房屋所在建筑物的地理信息數據以及房屋所在樓層信息數據做數據增強；

神經網絡訓練單元，用于將房屋元素標準矩陣、窗體高度標準矩陣、房屋所在建筑物的地理信息數據、房屋所在樓層信息數據輸入神經網絡中，神經網絡輸出為所有動作的價值，動作包括：將一單元非承重墻轉化為窗體、將一單元窗體轉化為非承重墻、將一單元窗體高度增加單位高度、將一單元窗體高度減小單位高度；基于強化學習方法對神經網絡進行迭代訓練，根據神經網絡的輸出修改房屋元素標注矩陣、窗體高度矩陣；

采光度計算單元，用于使用房屋元素標準矩陣、窗體高度標準矩陣、房屋所在建筑物的地理信息數據、房屋所在樓層信息數據生成三維房屋建筑模型，利用采光模擬軟件在三維房屋建筑模型的每個室內空地網格元素中心設置虛擬傳感器，并根據虛擬傳感器的讀數計算網格采光度，利用整體采光度衡量方法計算房屋整體采光度；

獎懲計算單元，用于根據房屋整體采光度以及獎懲規則生成獎勵值；

房屋采光系數生成單元，用于將實際情景的房屋建筑設計圖經過標準化單元處理后得到的矩陣與實際房屋所在建筑物的地理信息數據、房屋所在樓層信息數據輸入訓練好的神經網絡，神經網絡輸出連續決策直至采光度達標；

房屋采光設計平面圖生成單元，用于當房屋整體采光度達標時，根據房屋元素標準矩陣、窗體高度標準矩陣還原房屋天然采光設計平面圖。

2.如權利要求1所述的基于分布式傳感器的建筑采光設計智能系統，其特征在于，所述標準化單元包括：

初始化模塊，用于將房屋建筑設計圖按照固定單位面積進行劃分，每個固定單位面積為一個網格元素，根據網格元素的類型對矩陣進行初始化，網格元素的類型包括：承重墻、非承重墻、窗體、室內空地、室外空地；

填充模塊，用于對矩陣的邊緣進行填充，將其轉化為規定尺寸的房屋元素標準矩陣；

窗體高度處理模塊，用于根據窗體高度與房屋元素標準矩陣生成規定尺寸的窗體高度標準矩陣。

3.如權利要求1所述的基于分布式傳感器的建筑采光設計智能系統，其特征在于，所述基于強化學習方法對神經網絡進行訓練包括：

步驟一，生成一個隨機數，當隨機數大于閾值時，由神經網絡輸出每個動作的價值，從可行動作中選取價值最大的動作，否則，從可行動作中隨機選擇一個動作；

步驟二，根據獎懲計算單元計算選擇動作帶來的獎勵值；

步驟三，將本時刻狀態、動作、獎勵值與下一時刻狀態、動作、獎勵值放入歷史緩沖池中，形成數據批次；

步驟四，從歷史緩沖池中選擇數據，計算損失，反向傳播更新網絡權重；

步驟五，判斷采光度是否達標，若不達標則返回步驟一進行迭代，否則停止迭代。

4.如權利要求1所述的基于分布式傳感器的建筑采光設計智能系統，其特征在于，所述獎懲計算單元包括：

基礎獎勵值生成模塊，用于當房屋整體采光度不達標時，置基礎獎勵值為設定負值；當房屋整體采光度達標時，置基礎獎勵值為設定正值；

獎懲模塊，用于根據獎懲規則在基礎獎勵值上進行獎懲，獎懲規則包括：根據房屋元素標準矩陣中的窗體元素個數，在基礎獎勵值上減去相應獎勵值；根據窗體增加的高度，在基礎獎勵值上減去相應獎勵值。

5.如權利要求3所述的基于分布式傳感器的建筑采光設計智能系統，其特征在于，所述閾值為0.01+0.99*e^{(-1*epoch/500)}，其中，epoch為迭代輪次。

6.如權利要求1-5任一項所述的基于分布式傳感器的建筑采光設計智能系統，其特征在于，所述房屋所在建筑物的地理信息數據包括：建筑物海拔、建筑物朝向；所述房屋所在樓層信息數據包括：樓層距離地面的垂直高度、所在樓層的層高。