Чувствителният дом измества умните домове

През последната седмица на ноември в Переславл-Залески се проведе Националният суперкомпютърен форум. В продължение на три дни хората разказаха и показаха как вървят нещата с развитието на суперкомпютрите в Русия и как технологиите, тествани на суперкомпютри, се превръщат в стоки.

Институт за софтуерни системи RAS
(Игор Шелапутин, Wikimedia Commons, CC-BY)

Член-кореспондентът на Руската академия на науките Сергей Абрамов говори за проекта „Чувствителна къща“ (27 ноември). Развивайки концепцията за „интелигентен дом“, той предлага да се наблюдава оборудването на дома, да се изграждат и запомнят модели на поведението му, да се учи от грешките му и да се прогнозира състоянието и проблемите му предварително.

Институтът по софтуерни системи на Руската академия на науките, под ръководството на Сергей Абрамов, започна да създава „чувствителни къщи“ през 2014 г., когато реформата на Академията на науките изискваше извеждането на академични проекти на търговския пазар. По това време IPS RAS имаше добро развитие в сензорните мрежи и контрола на оборудването и разработваше облачни технологии и машинно обучение.

Според Сергей Абрамов жилищните и промишлени сгради са пълни с оборудване, от което зависи благосъстоянието на дома и тихата работа на хората. Въпреки че това „умно“ оборудване се развива в „умен дом“, то няма автоматично управление. Собствениците не знаят състоянието на устройствата и не могат удобно да ги наблюдават. Всичко, което остава, е ръчно да се грижите за цялата инфраструктура, като огромно тамагочи, като редовно проверявате и настройвате машините.

Чувствителният контакт измерва електрическите параметри и ги докладва на сървъра
(„Чувствителен дом“, Wikimedia Commons, CC-BY)

Умният дом работи ли правилно? Или е време да се намесим? Ще има ли авария скоро? Сам по себе си нито един „умен дом“ не решава този проблем; за да се отговори на подобни въпроси е необходимо автоматично наблюдение и анализ. Затова компютърната система, създадена в института, събира статистика от сензори, изгражда модели на поведение на домакински машини и се учи да разпознава тези модели. Чрез разграничаване на нормалното поведение от проблемното поведение и откриване на необичайна работа, изкуственият интелект ще предупреди навреме собственика на дома за потенциална заплаха.

„Чувствителният дом“ е „умен дом“, към който са добавени чувствителност, способност за самообучение, способност за натрупване на модел на правилно поведение, способност за прогнозиране и реагиране.
(Сергей Абрамов, член-кореспондент на Руската академия на науките)

Ние сме свикнали с начина, по който „интелигентният дом“ поддържа своите параметри: зададена температура и осветеност, постоянна влажност на въздуха, стабилно мрежово напрежение. „Умният дом“ може да работи по сценарий в зависимост от времето на деня или събитието (например ще затвори кран за газ по команда от газов анализатор). „Sensitive Home” прави следващата стъпка – анализира сензорни данни и изгражда нови сценарии за класификация: всичко върви както преди или има изненади. Той реагира на промените във външната среда и предвижда възможни повреди, отгатвайки аномалии в едновременните действия на различни устройства. „Чувствителна къща” следи резултатите от работата си, предупреждава за проблеми и променя сценария, като подсказва на собственика и позволява на собственика да изключи дефектните уреди.

Решаваме проблема с нетипичното поведение на оборудването.
(Сергей Абрамов, член-кореспондент на Руската академия на науките)

Предложената система разчита на сензорна мрежа, която осигурява базирани на времето измервания. Например, дизелов котел от време на време се включва и загрява водата, циркулационна помпа задвижва гореща вода през отоплителните тръби, а първичните сензори отчитат как тези устройства консумират електроенергия. Въз основа на поредица от показания, вторичният сензор (програма) ги сравнява с нормалния профил и диагностицира повреди. Третичният сензор (програма) получава външната температура на въздуха и прогнозира бъдещата работа на системата, оценява нейното натоварване и ефективност - как се съотнасят отоплението на котела и времето. Може би прозорците са отворени и котелът отоплява улицата или може би ефективността е спаднала и е време за превантивен ремонт. Въз основа на дрейфа на получените параметри може да се предвиди в кое време те ще излязат извън нормата.

Чувствителната розетка се състои от отделни модули-шини
(„Чувствителен дом“, Wikimedia Commons, CC-BY)

Чрез оценка на едновременните показания на сензорите, „чувствителната къща“ може да забележи, че водната помпа не се изключва, защото излива вода обратно в кладенеца (през дефектен клапан) или директно на пода (чрез избухване тръба). Диагнозата ще бъде още по-надеждна, ако сензорите за движение мълчат и помпата изпомпва вода в празна къща.

Сензорните мрежи се намират и в интелигентните домове. Облачната инфраструктура е достъпна и в интелигентните домове. Но това, което „умните домове“ нямат, е изкуствен интелект, машинно обучение, натрупване на модели на правилно поведение, класификация и прогнозиране.
(Сергей Абрамов, член-кореспондент на Руската академия на науките)

Облачната част на „чувствителната къща“ се основава на базата данни NoSQL Riak или базата данни Akumuli, където се съхраняват времеви серии от показания. Получаването и издаването на данни се извършва на платформата Erlang/OTP, което ви позволява да разположите базата данни на много възли. Над нея е разположена програма за мобилни приложения и уеб интерфейс за информиране на клиента по интернет и телефон, а до нея е програма за анализ на данни и поведенчески контрол. Можете да свържете всеки анализ на времеви серии тук, включително тези, базирани на невронни мрежи. По този начин целият контрол върху системите за „чувствителен дом“ се поставя в отделен слой за управление. Достъпът до него се осигурява чрез вашия личен акаунт в облачната услуга.

Чувствителен контролер събира сигнали от сензори и термометри
(„Чувствителен дом“, Wikimedia Commons, CC-BY)

Erlang предоставя всички предимства на функционалния подход. Има механизми за разпределена работа и най-лесният начин да направите паралелна разпределена програма е да използвате Erlang. Нашата архитектура съдържа софтуерни „вторични сензори“; може да има няколко от тях на физически сензор и ако разчитаме на десетки хиляди клиенти с десетки устройства, ще трябва да обработваме огромен поток от данни. Те се нуждаят от леки процеси, които могат да бъдат стартирани в огромни количества. Erlang ви позволява да изпълнявате десетки хиляди процеси на едно ядро; тази система се мащабира добре.
(Сергей Абрамов, член-кореспондент на Руската академия на науките)

Според разработчика Erlang е лесен за организиране на разнообразен екип от програмисти, в който студенти и светила създават една система. Отделни фрагменти от софтуерната система се сриват с грешка, но цялата система продължава да работи, което ви позволява да коригирате грешни области в движение.

Чувствителният контролер предава данни чрез WiFi или RS-485
(„Чувствителен дом“, Wikimedia Commons, CC-BY)

Системата „чувствителен дом“ използва всички технологии, които IPS RAS използва за управление на суперкомпютри. Това включва електронни сензори, системи за наблюдение и дистанционно управление. В момента чувствителната програма работи със собствени сензори и може да се свързва с вериги на пожарната, но има план за събиране на данни от сензорите на всякакви „умни домове“.

“Sensitive Home” е интересен, защото на преден план излизат комплексни интелигентни решения за града, квартала и дома. Интересното тук е не изграждането на суперкомпютър, а изграждането на социално-компютърен комплекс, въвеждане на суперкомпютър в ежедневието, така че машината да промени живота на хората.
(Олга Колесниченко, д-р, старши преподавател в университета „Сеченов“)

До пролетта на 2020 г. разработчиците ще подготвят основен набор от програми и оборудване за сглобяване на системи с различни размери в сгради и апартаменти. Те обещават, че резултатът ще бъде лесен за настройка, не по-сложен от робот прахосмукачка. Основният комплект поддържа всяко контролирано оборудване: отоплителни котли, бойлери, хладилници, водни помпи и септични ями. След това ще дойде ред на дребномащабните продажби, след това безфабричното производство, добавянето на нови сензори и модули. И в бъдеще са възможни всякакви диверсификации и адаптации - чувствителна ферма, чувствителна болница, чувствителен кораб и дори много чувствителен танк.

текст: CC-BY 4.0.
Портрет: CC-BY-SA 3.0.

Източник: www.habr.com