科研论文 | 针对不规则人数特征的自适应B样条马尔科夫链随机人数建模方法

文摘   2024-08-25 15:38   中国香港  


Stochastic occupancy modeling for spaces with irregular occupancy patterns using adaptive B-Spline-based inhomogeneous Markov Chains

张邯北,Christian Thilker, Henrik Madsen, Rongling Li, 肖赋,

马天佑,徐侃

Building and Environment 
Volume 261, 2024



摘要:

本文提出了一种离散时间、离散状态空间的非齐次马尔可夫链模型,用于在具有不规则占用模式的空间中进行随机占用建模。该模型的目标是提供占用数量的准确预测,从而使HVAC系统能够采取适当的措施,以维持室内环境的最佳状态。所提出的马尔可夫链模型通过使用具有自适应结点的周期B样条展开来耦合时间变化的模型参数,从而有效地捕捉占用活动中的模式。该方法根据不同类型房间中观察到的特定占用特征优化结点的分布。为了评估所提出方法的有效性,利用从一个会议室收集的六个月的占用数据。对所提出的自适应B样条方法和其他方法(包括计数方法和均匀B样条方法)进行了全面比较。比较考虑了模型的准确性和复杂性,使用了诸如Akaike信息准则和贝叶斯信息准则等指标。结果表明,与其他方法相比,所提出的模型在使用更少的模型参数时实现了更准确的预测。这些预测在优化HVAC系统的控制中特别有用,因为对未来占用数量的准确预测是至关重要的。

Abstract:

This paper presents a discrete time, discrete state-space in-homogeneous Markov Chains model for stochastic occupancy modeling in spaces with irregular occupancy patterns. The goal of the model is to provide accurate predictions of occupancy numbers, enabling appropriate actions to be taken for HVAC system to maintain optimal indoor environment. The proposed Markov Chain model incorporates time in-homogeneity by coupling the time-varying model parameters using a Periodic B-Spline expansion with adaptive knots, which effectively captures patterns in occupancy activity. This method optimizes the distribution of knots based on specific occupancy characteristics observed in different types of rooms. To evaluate the effectiveness of the proposed method, six months of occupancy data collected from a meeting room are utilized. A comprehensive comparison is conducted between the proposed adaptive B-Spline method and other approaches, including the counting method and uniform B-Spline method. The comparison considers both model accuracy and complexity, using metrics such as the Akaike Information Criterion and Bayesian Information Criterion. Results indicate that the proposed model achieves more accurate predictions with fewer model parameters compared to other methods. These forecasts are particularly useful in optimizing the control of HVAC systems, where accurate predictions of future occupancy numbers are essential.


关键词:
Stochastic occupancy prediction  随机人数预测
In-homogeneous Markov Chains  非均匀马尔科夫链
Adaptive B-Splines  自适应B样条
Irregular occupancy patterns  不规则人数特征
Office meeting room 会议室

论文绘图:

Figure 1. 图解摘要

Figure 4. 提议的自适应B样条方法的概念性插图 (a) 均匀B样条:结点序列均匀间隔 (b) 自适应B样条:结点的分布适应占用模式。

Figure 13使用均匀B样条方法确定的从状态0,1,2到状态0,1,2的非齐次转移概率(y轴)随一天中的时间(x轴)变化。左上角的图表(0,0)代表了从状态0到状态0的转移概率。每条曲线都是具有特定数量缩放系数(N)的B样条。

Figure 15. 自适应B样条和均匀B样条方法的对数似然、AIC的比较,随着缩放系数(𝑁)的数量变化,以及参数总数和相应的结点归一化分布的结果。



原文链接:点击左下角“阅读原文


编辑 | Kenneth
供稿、审核 | Hanbei Zhang


1. 学术新闻 | 研究团队在Cell子刊《Cell Reports Physical Science》发表论文

2. 科研论文 | 多区域变风量空调系统的多目标优化控制——疫情背景下新运行模式的探索

3. 科研论文 | 针对后疫情时代下建筑空调系统的高性能实用性实时控制策略

1. 数聚香江 智话能源 | 2025第一届国际数智能源大会
2. 加入我们 | 香港理工大学建筑能源及自动化研究室现招募2025年博士研究生
3. 学术新闻 | 研究室博士生张英博于丹麦科技大学进行学术交流


香港理大建筑能源与自动化研究室
香港理工大学 | 建筑节能及自动化研究室
 最新文章