淺談神經網絡在智能建筑中的應用

賈文琦

摘要：人工神經網絡是在模仿人腦處理問題的過程中發展起來的一種新型智能信息處理理論，通過對人腦的形象思維、聯想記憶等進行模仿和抽象以實現與人腦相似的學習、識別、記憶等信息處理能力。由于它的非線性、并行處理、自適應、自組織等特性，被廣泛應用于各個領域中，智能建筑也不例外。本文將介紹一下神經網絡，再介紹其在智能建筑中應用的幾個方面。

關鍵詞：智能建筑；人工神經網絡；學習；圖像識別；空調系統控制；

一、 人工神經網絡介紹

大腦是人類最性感的器官，在大腦中大約有860億神經元細胞，它們之間互相連接，傳遞著大小不同、頻率不同的電信號來傳遞信息，就像分布式計算機網絡，但比其復雜性要高上很多個數量級。多虧了他們，我們人類擁有出色的解決各種問題，如非線性問題、并行問題、自適應問題。我們的記憶、判斷與情感都是這些問題的具象化，我們每一天都使用我們的大腦去解決這些看上去簡單，實則困難的問題。

當腦科學家揭示了人腦工作的本質時，就有人大膽提出“用計算機來模擬人腦神經網絡進而解決問題”。在認知科學、神經科學、腦科學、心理學、信息學還有數學的孕育下，人工神經網絡就此誕生了。

人工神經網絡本質上是一種有向圖，它具有有向圖具有的一切要素：節點，有向弧。只不過人工神經網絡把節點稱為神經元，而有向弧稱為連接神經元的神經。

人工神經網絡有用就有用在模式識別上，這也是它與人類智能具有相似性的原因所在。對于判斷一個動物是貓還是狗，對于人類很簡單，但對于計算機來說難上加難，但如果借用人工神經網絡，再給其大量的數據來加以訓練，計算機的判斷可能比人類還要準確。

我們首先要從需要判斷的事物找出一些可以數字化的特征值（如叫聲頻率，顏色波長分布，體重身高。），然后大致設計好神經架構（合適的層數），給出一個初始權重值分配（任意給），然后把剛剛數字化的特征輸入到計算機里，如果計算機判斷錯誤，那就告訴它，它會重溯其判斷過程的邏輯網絡，改變每一個特征值權重的大小，然后我們再次給它樣本來判斷。學習樣本量越大，其判斷的精度越高。其實，這種訓練和我們剛出生時是一樣的，我們并不知道“汪汪”叫的就是狗，“喵喵”叫的就是貓，也并不知道貓也可能是黑色的，狗也可能是純白色的，經過很多次父母的教導，才能慢慢明白顏色的權重太小，還是聲音最靠譜，起碼在真實世界這個學習樣本中，我們沒見過有“汪汪”叫的貓呢。

二、人工神經網絡在智能建筑中的應用

要管理好一幢現代化建筑，使其可靠、安全、協調、經濟地運行，這就對建筑設備自動控制水平、控制設備功能、快速效應的能力和運行管理水平提出了更高的要求，而具有學習與自適應能力的人工神經網絡為一切都提供了可能。

1. 圖像識別

受安全保護的建筑可以通過人臉識別辨識試圖進入者的身份。人臉識別系統可用于企業、住宅安全和管理。如人臉識別門禁考勤系統，人臉識別防盜門等。

我們將該建筑允許的進入者的大量圖片作為學習樣本，讓人工神經網絡經過自適應地學習去調節網絡各處權重，學習完成后，將其算法植入設備中，該設備投入使用。

與傳統的身份鑒定方式相比，人臉識別是的最大特點就是更具保密性，

它可以一秒時間內識別多次，并且不會使人察覺到。這種操作隱蔽性強的特點很重要，它不會引起進入者的反感與抵觸。

2.空調系統自控

傳統空調的溫度控制是多回路PID控制，采用偏差的比例、積分和微分的純線性組合構成的控制量去控制系統，對非線性的輸入響應較差，對線性輸入響應也較差，這表明它不能及時地根據室內溫度變化，及時調整工作狀態，且壓縮機的開與停也對壓縮機的壽命減少。

后來，人們采用模糊控制算法，克服了上述PID的一些弊端，這種在模糊控制算法下的控制系統采用if…then…型的模糊控制規則組成控制器，實現專家控制，所謂專家控制就是指把操作對象的動作規范化。

模糊控制算法雖然克服了傳統PID控制方法的缺陷，但它還是不夠智能、不夠人性化：它沒有明確的控制結構，它所依賴的控制規則是人們對受控過程認識的歸納下控制經驗的總結，隸屬函數與控制規則已經被人固定，人的經驗的準確性直接影響到空調控制系統的效果，不適合被控過程的變化，當環境溫度發生突變，又或是儀器儀表受到磨損，它無法自我調整，自我改變，它只能一條路走到黑，缺乏自學習與自調整能力，嚴重影響了控制的效果。

所以呢，對于這個變化多端的真實世界，就要用變化多端的算法來描述，

非線性時變得人工神經網絡首當其沖，計算機學家將人工神經網絡與模糊算法結合起來，達到了理想的效果。

神經網絡算法下的空調展望：

在神經網絡算法下，空調系統將會更加智能，讓我們大膽地想象一下吧！

每個人都有一個關鍵的傳感器，傳感器與移動設備如手機連接，每個人的身體狀態都會傳輸給手機，而手機也會將身體狀態與這個人的社交軟件的大量信息傳到互聯網上與空調系統共享，空調系統會綜合每一個進入該房間的人的身體狀態與社交信息分析來的冷熱傾向、個人喜好、文化、政治立場來制定運行策略，甚至可以根據你身體的一些小毛病來在空調箱中來調配氧氣濃度、治愈氣體濃度來幫助你身體的康復，如果你想要一個能夠促進你思考的環境，也可以通過移動設備來指揮空調，空調會按照已有的數據庫來更改空氣狀態創造出最適合你思考的氣象參數，如果你想快速的睡個懶覺也可以，空調會在空調箱中自動加入微量催眠氣體。

如果有足夠多的傳感器與小型風口，空調也可以幫你在你家中制造出你想要的風速場，讓污染物多的地方形成渦流，不會逃逸到其他地方，讓你工作的地方風速稍大一些，保持你的頭腦清醒，讓你睡覺的地方風小一些，防止你中風，在廁所門前形成一道風墻，防止臭味進入廚房。

空調，將會越來越像我們的朋友。

三、 結語

智能建筑的時代先進的算法將會使得機器與人的界限越來越模糊，智能化建筑的時代已經到來。

先進的算法與普及的互聯網使得線上生活和線下生活的界限已經模糊，這種界限也許會最終消失。人類與智能機器之間的關系將為我們的社會生活帶來新的圖景和問題，也許，在未來，人類與智能機器將不再是對立的概念，也許隨著科技的發展，我們也會意識到，人也是一種高度智能化的機器吧。endprint