一种基于物联网的智慧家装数字化管理系统的制作方法

本发明涉及物联网，具体涉及一种基于物联网的智慧家装数字化管理系统，属于物联网、智能家居控制与建筑信息化交叉。

背景技术：

1、物联网技术通过部署传感器和无线通信模块实现环境状态感知与数据回传，边缘计算网关部署于现场侧，具备协议转换和本地数据处理能力，可降低云端通信时延，广泛应用于智能家居和工业现场监测领域；

2、建筑信息模型技术通过三维数字化模型承载建筑空间属性、构件参数及施工进度信息，为建筑全生命周期信息化管理提供数据支撑，目前应用较广的家装数字化管理方案由报价设计系统、施工现场人工管理方式和入住后智能家居系统三部分独立构成：施工现场依靠人工经验对人员排期、材料进场和环境状况进行调度，现场检测数据仅供人工参考，不与设备联动；

3、入住后智能家居系统基于单一环境参量的固定阈值规则触发设备启停，不具备多变量协同优化能力，也不接收施工阶段产生的房屋物理特征数据；

4、本领域现有技术普遍认为施工阶段物联网设备与运维阶段智能家居设备因所处业务周期、监测目标及建模方式不同，应分别独立部署，施工阶段设备在竣工验收后通常被拆除废弃，形成“施工阶段设备与运维阶段设备须各自独立配置”的技术惯例，上述惯例导致以下缺陷：施工阶段多变量之间的强耦合关系无法自动联动调整，导致工程质量隐患和工期延误；

5、施工阶段采集的隐蔽工程数据未能传递至运维阶段，使运维控制策略粗放、能效受限；

6、不同厂商设备通信协议互不兼容，现有网关仅能完成物理层协议桥接，缺乏语义层统一映射和控制冲突消解能力，导致设备协同目标冲突时系统无法自动决策。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有家装数字化系统将施工管理与入住后智能家居控制割裂为互不关联的系统，施工阶段缺乏对人员、材料、环境等多变量的动态协同控制能力，竣工后物联网硬件及其采集的隐蔽工程数据未能延续利用，且异构通信协议设备之间语义不互通、控制冲突无法自动消解，导致工程质量隐患频发、运维阶段控制策略粗放、多设备协同能力低下。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于物联网的智慧家装数字化管理系统，该系统包括感知层、网络层、平台层和应用层，感知层在施工阶段包括部署于施工现场的环境传感器、工人佩戴的ble信标和粘贴于建材的rfid标签，在运维阶段包括智能家居执行设备及配套传感器，网络层包括边缘网关，边缘网关集成多协议射频收发模块、边缘计算单元、本地存储模块和mqtt通信模块，平台层包括云端微服务模块、物模型库和图数据库，图数据库用于融合存储建筑信息模型空间属性数据、施工进度数据和物联网时序数据，应用层包括施工调度看板、供应商物流协同接口和智能家居控制端。

3、本发明的核心在于：边缘计算单元在施工阶段依据包括区域温湿度、甲醛浓度和工序完成度的状态向量以及包括除湿设备启停、加热设备启停和人员调度预警信号的控制向量运行施工阶段闭环控制；

4、在运维阶段依据包括房间温湿度和空气质量指标的状态向量以及包括空调、新风设备和地暖设备启停与挡位指令的控制向量运行运维阶段闭环控制；

5、边缘计算单元持续监测工序完成度和验收状态，在检测到工序完成度达到预设阈值且验收合格的竣工交付触发事件时，根据施工阶段末期沉淀的模型参数、系统预置的默认模型参数和根据施工数据完整度与验收合格率计算得到的自适应权重系数，通过加权计算得到运维阶段初始模型参数，并将运行模式由施工阶段闭环控制切换为运维阶段闭环控制，切换过程中保留边缘网关的硬件及状态空间建模框架不变，此外，边缘网关还部署语义映射中间件，基于统一状态字典和知识图谱实现异构协议设备的统一接入映射及控制冲突消解。

6、本发明的有益效果是：

7、1.通过施工阶段与运维阶段共用统一的状态空间建模框架并实现模型参数的自适应平滑继承，使施工阶段的环境、工艺、进度多变量能够动态协同调整，降低了工程质量隐患和工期延误的发生概率。

8、2.现有技术受限于“施工与运维设备须独立部署”的惯例，须在竣工后重新采购部署运维阶段物联网设备，本发明通过边缘网关在竣工交付前后无需拆卸更换、仅通过所述边缘计算单元的软件模式切换即可完成角色转换，突破了上述惯例，实现了物联网硬件资源在全生命周期内的复用，降低了重复部署成本。

9、3.通过将隐蔽工程数据转化为运维阶段状态转移预测函数的先验参数，提升了入住后环境控制策略的精细化程度和能效水平。

10、4.通过基于知识图谱的语义自适应映射中间件对新接入设备自动完成语义节点学习，并以总能耗与环境质量指标偏差的加权和为优化目标对冲突设备的联合控制向量进行求解，实现了异构协议设备的统一语义接入与多目标协同决策，消除了信息孤岛并提升了多设备协同效率。

1.一种基于物联网的智慧家装数字化管理系统，包括感知层、网络层、平台层和应用层；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述边缘计算单元被配置为执行如下处理：

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述边缘计算单元还被配置为：在下一采样时刻重新获取系统实际状态向量作为新的初始状态，重复执行权利要求2所述的处理，形成滚动闭环控制。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述边缘网关还部署有语义映射中间件，所述语义映射中间件维护统一状态字典和知识图谱，所述知识图谱包括设备节点、空间节点和语义概念节点，以及表示节点间从属关系、位置关系和语义关联关系的边；

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述语义映射中间件还被配置为，在匹配不成功时，根据新接入设备的空间拓扑位置、上报数据的取值范围和变化周期特征，在所述知识图谱中新增对应的设备语义节点和关联边，并更新所述统一状态字典的字段定义。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述语义映射中间件还被配置为，持续监测所述统一状态字典中各字段对应的多个设备控制请求，在检测到同一空间内两个以上设备针对相互关联的环境目标提出相互矛盾的控制请求时，构建以总能耗和环境质量指标偏差的加权和为优化目标函数的联合控制向量优化问题，通过求解所述优化目标函数得到降低所述加权和的联合控制向量，将所述联合控制向量分解为各冲突设备对应的执行指令并下发，并将本次冲突场景的设备组合、空间位置和执行指令记录至所述知识图谱。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述边缘计算单元在运维阶段构建所述状态转移预测函数时，加载施工阶段采集并存储于所述图数据库中的隐蔽工程数据作为先验参数，所述隐蔽工程数据包括水电管线坐标和墙体保温材料施工参数。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述边缘网关还包括传感器与执行设备接入接口和电源模块，所述传感器与执行设备接入接口连接现场传感器和执行设备，所述本地存储模块用于缓存状态空间模型参数和知识图谱本地副本，所述电源模块为所述多协议射频收发模块、所述边缘计算单元、所述本地存储模块和所述mqtt通信模块供电。

9.一种基于物联网的智慧家装跨周期多变量协同控制方法，应用于权利要求1所述的系统，所述方法包括：