人工智能在照明系統(tǒng)中的運(yùn)用

想象一下，當(dāng)你走進(jìn)一間房子燈光就突然亮起，屋內(nèi)各種陳設(shè)物件都仿佛自己有意識(shí)一般和你互動(dòng)，各種電器機(jī)械都神奇地開動(dòng)了起來……如果是在你的童年時(shí)代遇到這樣的房子，恐怕人們多半會(huì)認(rèn)為這里鬧鬼。不過這是在現(xiàn)在，這個(gè)地方也根本沒有鬧鬼，也就無需勞煩捉鬼敢死隊(duì)（「Ghostbusters」，美國1980年代恐怖喜劇電影）出動(dòng)了。

事實(shí)上，隔空控制物件是一件完全合乎邏輯的事情。作為工程師，我們非常清楚近年來人工智能（AI）所取得的發(fā)展。人工智能是一種讓計(jì)算機(jī)和機(jī)器能夠模仿人類行為的技術(shù)，它的一個(gè)重要組成部分是機(jī)器學(xué)習(xí)（ML），也就是將人工智能技術(shù)與統(tǒng)計(jì)處理技術(shù)相結(jié)合，在計(jì)算機(jī)和機(jī)器逐步向目標(biāo)邁進(jìn)的過程中不斷對(duì)它們進(jìn)行改善，從而達(dá)到讓它們「學(xué)習(xí)」的目的。

人工智能幾乎影響著每個(gè)領(lǐng)域和應(yīng)用，我們所占據(jù)的城市和空間也不例外。在智慧城市中，智能傳感和處理網(wǎng)絡(luò)與人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，將致力于改善我們的生活環(huán)境以及家庭、工作和娛樂環(huán)境。智慧城市將影響到整個(gè)城市范圍內(nèi)的照明基礎(chǔ)設(shè)施、建筑物、公用事業(yè)、交通、環(huán)境和通信，從而有望改變我們與周圍世界互動(dòng)的方式。

一些預(yù)測(cè)指出，照明占目前總能源消耗的六分之一至五分之一（1/6-1/5）。AI的到來使建筑物照明能夠?qū)崿F(xiàn)控制和自動(dòng)化，以節(jié)省成本、減少能源消耗和浪費(fèi)，并提高服務(wù)質(zhì)量和客戶滿意度。人工智能就如同看不見的情報(bào)工作者，為各項(xiàng)決策提供幫助，讓未來的智能建筑成為現(xiàn)實(shí)。那么，看不見的人工智能究竟怎樣控制看得見的照明環(huán)境呢？下面我們來細(xì)細(xì)分解（圖1）。

圖1：人工智能將影響智能照明控制和自動(dòng)化的未來

智能照明簡介

智能照明系統(tǒng)中集成了通信和控制系統(tǒng)，它們可以帶來更大的自動(dòng)化和靈活性。此外，還可以添加無線通信功能，讓整個(gè)智能照明系統(tǒng)覆蓋更遠(yuǎn)的距離。它們都有助于改善以下三大方面的問題：

· 總體（宏觀級(jí)別）

· 邊緣（局部級(jí)別）

· 特定（設(shè)備級(jí)別）

這些問題得到改善后，便有助于提升照明系統(tǒng)的整體響應(yīng)速度和效率。

智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或固定在墻上的裝置都可以用作照明系統(tǒng)的控制站和交換站。通過調(diào)節(jié)紅色、綠色、藍(lán)色、白色光的組合方式，便可調(diào)整光線的顏色或白色級(jí)別，提供所需的特定波長和相關(guān)色溫（CCT）。通過調(diào)整輸出光級(jí)別，可以控制各個(gè)位置發(fā)出的光功率。普通燈具、嵌入式燈具、建筑（室內(nèi)或室外）照明、標(biāo)牌和景觀照明都可以在一個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行協(xié)調(diào)。

機(jī)器學(xué)習(xí)讓照明更美好

如果要學(xué)到各種各樣的知識(shí)，我就得上好幾年的學(xué)。有些東西，例如說話的基本文法，我很小的時(shí)候就掌握了，但更加深入的內(nèi)容，例如量子物理學(xué)以及像做算術(shù)加法一樣處理拉普拉斯變換，就需要我花費(fèi)很多年的學(xué)習(xí)才能實(shí)現(xiàn)。

人工智能是一項(xiàng)重要的顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，它開創(chuàng)性地為智能照明系統(tǒng)帶來了學(xué)習(xí)能力，使之能夠像電子電路中的反饋那樣改善自身的表現(xiàn)。這種學(xué)習(xí)和完善功能就是機(jī)器學(xué)習(xí)。

機(jī)器學(xué)習(xí)往往需要使用大量數(shù)據(jù)。在分析數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算機(jī)需要自行做出決定，這些決定稱為「推論」，是基于證據(jù)和邏輯推理得出的結(jié)論。這種類型的處理非常適合由計(jì)算機(jī)來執(zhí)行。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可通過三種方法進(jìn)行學(xué)習(xí)：

· 監(jiān)督學(xué)習(xí)

· 無監(jiān)督學(xué)習(xí)

· 強(qiáng)化學(xué)習(xí)

監(jiān)督學(xué)習(xí)通過提供所需最佳正確答案（輸出）并進(jìn)行比較來進(jìn)行；與之相對(duì)，作為補(bǔ)充手段的無監(jiān)督學(xué)習(xí)不提供有關(guān)所需最佳正確答案（輸出）的任何信息。強(qiáng)化學(xué)習(xí)根據(jù)應(yīng)當(dāng)?shù)贸龅淖罴颜_答案（輸出）來提供適當(dāng)?shù)恼婊蜇?fù)面反饋。由于計(jì)算機(jī)有很強(qiáng)的計(jì)算能力，因此與不借助計(jì)算機(jī)幫助的人類相比，計(jì)算機(jī)往往可以在強(qiáng)化學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)極為迅速的改進(jìn)（圖2）。

圖2：未來的智能照明系統(tǒng)將借助人工智能來模仿人類行為并學(xué)習(xí)如何自主操作

人工智能在照明系統(tǒng)中的采用情況

如今，各行各業(yè)都在積極采用人工智能，其中銀行、零售、汽車和醫(yī)療是率先在各自領(lǐng)域中采用人工智能的行業(yè)。顯然，盡管人工智能將無處不在，但它在不同行業(yè)中得到采用的步伐并不一樣。隨著時(shí)間的流逝，上述領(lǐng)域中獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)都將讓工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域受益。

工業(yè)控制領(lǐng)域（包括智能照明）涵蓋了巨大的廣度和范圍。如果一個(gè)組織對(duì)智能照明控制和自動(dòng)化參數(shù)有獨(dú)到的了解，那么它將比那些將這項(xiàng)職責(zé)委托給外部公司的組織更快地采用人工智能。對(duì)于從一開始就了解如何通過學(xué)習(xí)算法來解決挑戰(zhàn)、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的組織而言，實(shí)施人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的工作會(huì)更加容易。如果對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的局限性和相互關(guān)系有所了解，那么這無疑有助于在建筑物照明控制和自動(dòng)化解決方案中確定需要重點(diǎn)關(guān)注和應(yīng)用人工智能的特定領(lǐng)域。通過對(duì)人工智能進(jìn)行定制，組織可以解決希望在特定應(yīng)用領(lǐng)域中控制和自動(dòng)化的問題。人工智能是一種用途多樣的工具，就像攜帶有眾多精良工具的打雜工一樣，可以處理各種各樣適用的環(huán)境和應(yīng)用。

工業(yè)領(lǐng)域的活動(dòng)多種多樣，具有高投資回報(bào)率（ROI）的常見高級(jí)功能將成為主要的市場切入點(diǎn)。首批大量采用人工智能的領(lǐng)域很可能就是需要在人身安全、整體安全性和風(fēng)險(xiǎn)防范方面投入大量資金的領(lǐng)域。其次，對(duì)于稍加修改就可以快速適應(yīng)各種用途的工業(yè)應(yīng)用而言，應(yīng)用人工智能也是順理成章的事情。毫無疑問，任何組織都應(yīng)該立即就人工智能如何提高效率來進(jìn)行研究并制定戰(zhàn)略。

行為分析

一個(gè)人們很難解釋但又毫無疑問的事實(shí)是，即使每個(gè)特定的操作都有變化，或者會(huì)受到不同響應(yīng)方式和后續(xù)操作的影響，人們通常還是會(huì)以特征上可預(yù)測(cè)的方式來做事情。心理學(xué)家和社會(huì)學(xué)家往往就是通過學(xué)習(xí)人們?cè)诟鞣N情況下的反應(yīng)和行為來獲得收入的。

許多組織都承認(rèn)他們正在努力將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)納入其流程中，以便更好地了解正在發(fā)生的事情。人工智能的一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)就是它將幫助人類分析自身的行為及其與其他動(dòng)態(tài)事件的相互關(guān)系。

采用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)后，組織可以借助由客戶習(xí)慣所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)和響應(yīng)各種不斷變化的條件。過去的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)模型可以與當(dāng)前的運(yùn)行狀況進(jìn)行比較，以此來進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化（圖3）。

圖3：AI使組織能夠通過分析大數(shù)據(jù)和客戶行為來執(zhí)行行為分析

建筑照明控制和自動(dòng)化的需求是不斷變化的，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的取舍過程。如果要使用過往所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)潛在的預(yù)期需求消耗進(jìn)行模擬，這一過程可能會(huì)受益于人工智能增強(qiáng)模型。如果組織希望盡可能提高生產(chǎn)力并降低成本，他們一定會(huì)對(duì)人工智能躍躍欲試，希望人工智能可以帶來經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。過去所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)極為復(fù)雜，但如果能與經(jīng)過預(yù)測(cè)的模型相結(jié)合，就可以實(shí)時(shí)、靈活地滿足當(dāng)今的需求。因?yàn)槿斯ぶ悄軙?huì)自己進(jìn)行學(xué)習(xí)，所以它會(huì)不斷地提高自身性能。越早采用人工智能并將其納入到建筑物照明控制和自動(dòng)化流程中，它就能越早地實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的決策和響應(yīng)水平。在這一過程中，高度的靈活性貫穿始終，因?yàn)槿斯ぶ悄芤呀?jīng)了解了如何根據(jù)當(dāng)前性能與最佳性能之間的偏差來調(diào)整建筑物的照明控制和自動(dòng)化變量。最終，采用人工智能后，系統(tǒng)的過度反應(yīng)現(xiàn)象將得到緩解。

此外，人工智能也可以正確處理使用方式的巨大變化。由于系統(tǒng)已從各種條件中學(xué)到了應(yīng)該如何響應(yīng)，因此當(dāng)各項(xiàng)輸入出現(xiàn)任何顯著的增加或減少時(shí)，系統(tǒng)都可以借助一階近似得出近似于正確的響應(yīng)，然后根據(jù)強(qiáng)化反饋進(jìn)一步調(diào)整。最終，人工智能系統(tǒng)提的就是一個(gè)可控、可自我校正、全自動(dòng)的決策工具來控制建筑物的照明。

辦公室照明自動(dòng)化

人工智能可以幫助各種事物實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這意味著它可以使系統(tǒng)在很少或不需要直接人工監(jiān)督或控制的情況下運(yùn)行，因而能夠更好地調(diào)整建筑物的照明控制和自動(dòng)化，以便節(jié)省成本、減少能源消耗和浪費(fèi)，從而提高服務(wù)質(zhì)量和客戶滿意度。在辦公室照明環(huán)境中，因?yàn)樘栐谝徽熘械奈恢檬冀K在變化，因而人工智能的一大應(yīng)用實(shí)例就是根據(jù)室內(nèi)測(cè)量所得的陽光強(qiáng)度來同步自動(dòng)控制建筑物照明，并根據(jù)多個(gè)客戶所處的不同位置和輸出光強(qiáng)度的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

結(jié)論

對(duì)于一些人而言，新的技術(shù)進(jìn)步似乎像鬧鬼一樣可怕，但我不這樣認(rèn)為。我們不需要對(duì)人工智能過于擔(dān)憂。隨著人工智能時(shí)代的到來，這項(xiàng)技術(shù)終將應(yīng)用到建筑照明自動(dòng)化控制中，將幫助我們朝著積極的方向前進(jìn)，從而節(jié)省支出、減少能源消耗和浪費(fèi)、提高服務(wù)質(zhì)量水平，并提高客戶滿意度。這可不是憑空想象出來的鬼故事。