Если не читали предыдущую часть, переходите сюда
Алгоритмы искусственного интеллекта, используемые для тестирования системы
Первый алгоритм, использованный для тестирования, предсказывал, когда человек вернется домой и когда он войдет в комнату. Люди выполняли такие действия, как выключение или включение отопления и вентиляции в помещении в зависимости от времени их входа и выхода из этого помещения.
Алгоритм работал непрерывно каждую минуту и пытался определить, в каком месте человек будет находиться через 1 час. Выявление местонахождения через 1 час объясняется необходимостью проведения ряда процедур до того, как пользователь войдет в это помещение. Например, для нагрева отопительного прибора, работающего в помещении, может потребоваться 20 минут. Это означает, что пользователю придется некоторое время находиться в холодной комнате. Система определяет местоположение пользователя на ранней стадии, обеспечивая включение обогревателя за 20 минут до того, как пользователь войдет в помещение.
Каждый раз при работе с алгоритмами учитывалась информация о том, в каком именно месте находились все пользователи через час за день до этого. Например, если сейчас время 12.52, алгоритм исследовал записи HS для определения местоположения каждого пользователя на 13.52 во все дни работы системы. Кроме того, алгоритм отдельно рассчитал эти данные за неделю, выходные и уникальные для данного дня недели и месяца переменные.
Затем эти данные нормализуются алгоритмом для каждой ситуации (день недели, день недели, выходные, день месяца).
Второй алгоритм, используемый для тестирования в данном исследовании, представляет собой алгоритм для определения температуры и выбора освещения для отдельных пользователей. Этот алгоритм проверяет базу данных HS на предмет выбора значений температуры и процессов освещения людьми в помещениях и рассчитывает, какой выбор будет сделан пользователем и в каком помещении с помощью статистических методов.
Результаты
В этом исследовании была разработана гибридная имитационная модель "умного дома" для тестирования алгоритмов искусственного интеллекта, разработанных для "умных домов" в режиме реального времени, в реальной и виртуальной среде в самых разных условиях. Разработанная HS была запущена различными способами в течение двух месяцев и на ней были протестированы различные алгоритмы искусственного интеллекта.
Для проведения теста в системе впервые был создан типовой дом, состоящий из трех комнат, гостиной и кухни. Одна из этих комнат - спальня, а две другие - детские комнаты. Одна из детских комнат установлена как настоящая комната. В качестве компонентов интеллектуального дома во все виртуальные помещения были добавлены термостат и лампа. Кроме того, в комнаты и кухню были добавлены два компонента розеток, а в гостиную - три компонента розеток. В этом доме была создана типичная семья, состоящая из матери, отца, дочери и двух сыновей. Один из сыновей был установлен в качестве настоящего пользователя.
После создания семьи для этих людей были разработаны еженедельные сценарии их жизни. Для того чтобы создать реалистичные жизненные сценарии, были определены личностные характеристики этих людей, такие как их возраст и место работы. Например, отцу дома 40 лет, он государственный служащий, работающий с 08.00 до 17.00 по будням, а удаленность от дома до работы составляет 30 минут.
Помимо рабочего времени, сценарий еженедельной его жизни выглядит следующим образом:
- Во вторник, четверг и воскресенье с 20.00 до 22.00 он занимается спортом. Дом находится в 10 минутах ходьбы от тренажерного зала.
- Он смотрит сериал с женой с 21.00 до 23.00 в понедельник и среду.
- По субботам он ходит на матчи астротурфистов с 00.00 до 01.00. Матч проходит на объекте в 10 минутах от дома.
- По воскресеньям он смотрит спортивные программы с 20.00 до 23.00.
- В другие неустановленные дни он проводит время в гостиной со своей женой с 21:00 до 23:00.
- В течение недели он просыпается с 06.30 до 07.00 и около 10.00 в выходные дни.
- Он ложится спать с 00.00 до 01.00 по пятницам, около 02.00 по субботам и около 23.00 в остальную часть недели.
- Диапазон предпочтений освещения: 70–90%
- Диапазон предпочтений по температуре (°C):
- Дневное время суток: 25-15
- Ночь: 22-13.
Жизненные сценарии настроены таким образом, чтобы все члены виртуальной семьи могли использовать реальную комнату. Кроме того, один из сыновей живет в одной комнате с реальным пользователем. Таким образом, помимо алгоритмов искусственного интеллекта, был протестирован настоящий умный дом и его компоненты.
На последнем этапе исследования моделирование умного дома и настоящая система умного дома были объединены в гибридную структуру. С этой целью алгоритм моделирования был модифицирован для отображения и управления компонентами и датчиками в реальном помещении, где установлена настоящая система "умный дом" в одной из комнат для мальчиков. Кроме того, с изменением алгоритма моделирования, он показывает и записывает данные реального человека, использующего настоящую систему "умного дома", а не виртуального пользователя.
После всех корректировок система была впервые запущена в течение недели. В этом процессе реальный пользователь (один из сыновей) продолжал свою обычную повседневную жизнь, а виртуальные люди управлялись HS в соответствии со сценариями. В конце недели система создала записи данных.
В ходе недельного тестирования ошибки алгоритма и различных соединений были полностью устранены. После того, как все проблемы системы были решены, система была запущена с помощью двух алгоритмов искусственного интеллекта, предсказывающих помещение, в котором пользователь может находиться в любое время, и предпочтения пользователя по температуре и уровню яркости путем доступа к записям системы HS, составленным в течение одной недели. В этом процессе алгоритмы и HS работали безошибочно.
После обеспечения стабильной и точной работы HS, система работала более месяца с использованием алгоритмов искусственного интеллекта без внешнего вмешательства.
Работа HS в соответствии со сценариями, определенными до начала исследования, определялась путем изучения записей, полученных после этапа тестирования. Для этого, в первую очередь, были случайно выбраны некоторые события, которые люди выполняют по сценарию, и сопоставлена их пригодность для данного сценария. Записи HS и сценарные значения времени до отъезда и возвращения с работы отца и времени входа матери в гостиную при анализе показывают отклонения в ± 10 мин, что является хорошим результатом.
Также было проверено, могут ли температурные и световые предпочтения по HS успешно работать в соответствии со сценарием.
В процессе тестирования прогнозы алгоритмов искусственного интеллекта постоянно отслеживались с экрана "Предстоящие события". Когда данные в таблицах сравниваются со сценарием, алгоритмы работают нормально. Например, отец приходит с работы примерно в 17.00 по сценарию, и, согласно расчетам, отец возвращается домой в 16.56.
Точность другого алгоритма о температурных и световых предпочтениях пользователей определялась путем изучения прогнозов, сделанных с интервалами. Результаты работы алгоритма ежедневно анализировались в окне, открывшемся из меню "Предпочтения" и сравнивались со сценарием.
Установленная в исследовании гибридная структура моделирования позволяет протестировать алгоритмы искусственного интеллекта, разработанные для умных домов, в режиме реального времени в реальной и виртуальной среде в различных условиях. Несмотря на то, что в литературе имеются моделирования для изучения искусственного интеллекта, ранее ни одно другое исследование не предоставляло возможности для разработки и тестирования алгоритмов в различных условиях путем объединения реальных и виртуальных сред.
