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一般和你互動，各種電器機(jī)械都神奇地開動了起來……如果是在你的童年時代遇到這樣的房子，恐怕人們多半會認(rèn)為這里鬧鬼。不過這是在現(xiàn)在，這個地方也根本沒有鬧鬼，也就無需勞煩捉鬼敢死隊（「Ghostbusters」，美國1980年代恐怖喜劇電影）出動了。

事實上，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算機(jī)和機(jī)器能夠模仿人類行為的技術(shù)，它的一個重要組成部分是機(jī)器學(xué)習(xí)（ML），也就是將人工智能技術(shù)與統(tǒng)計處理技術(shù)相結(jié)合，在計算機(jī)和機(jī)器逐步向目標(biāo)邁進(jìn)的過程中不斷對它們進(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的方式。

一些預(yù)測指出，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工作者，為各項決策提供幫助，讓未來的智能建筑成為現(xiàn)實。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？

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化和靈活性。此外，還可以添加無線通信功能，讓整個智能照明系統(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：

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)整輸出光級別，可以控制各個位置發(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，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)才能實現(xiàn)。

人工智能是一項重要的顛覆性技術(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，計算機(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算機(jī)來執(zhí)行。

計算機(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)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，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。由于計算機(jī)有很強(qiáng)的計算能力，因此與不借助計算機(jī)幫助的人類相比，計算機(jī)往往可以在強(qiáng)化學(xué)習(xí)中實現(xiàn)極為迅速的改進(jìn)。

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。隨著時間的流逝，上述領(lǐng)域中獲得的知識和經(jīng)驗教訓(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。如果一個組織對智能照明控制和自動化參數(shù)有獨(dú)到的了解，那么它將比那些將這項職責(zé)委托給外部公司的組織更快地采用人工智能。對于從一開始就了解如何通過學(xué)習(xí)算法來解決挑戰(zhàn)、實現(xiàn)目標(biāo)的組織而言，實施人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的工作會更加容易。如果對現(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)域的活動多種多樣，具有高投資回報率（ROI）的常見高級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)險防范方面投入大量資金的領(lǐng)域。其次，對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

一個人們很難解釋但又毫無疑問的事實是，即使每個特定的操作都有變化，或者會受到不同響應(yīng)方式和后續(xù)操作的影響，人們通常還是會以特征上可預(yù)測的方式來做事情。心理學(xué)家和社會學(xué)家往往就是通過學(xué)習(xí)人們在各種情況下的反應(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。人工智能的一項優(yōu)勢就是它將幫助人類分析自身的行為及其與其他動態(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。

建筑照明控制和自動化的需求是不斷變化的，這是一個動態(tài)的取舍過程。如果要使用過往所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，同時對潛在的預(yù)期需求消耗進(jìn)行模擬，這一過程可能會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，他們一定會對人工智能躍躍欲試，希望人工智能可以帶來經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。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)測的模型相結(jié)合，就可以實時、靈活地滿足當(dāng)今的需求。因為人工智能會自己進(jìn)行學(xué)習(xí)，所以它會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化流程中，它就能越早地實現(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，因為人工智能已經(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)各項輸入出現(xiàn)任何顯著的增加或減少時，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)提的就是一個可控、可自我校正、全自動的決策工具來控制建筑物的照明。

辦公室照明自動化

人工智能可以幫助各種事物實現(xiàn)自動化，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，因為太陽在一整天中的位置始終在變化，因而人工智能的一大應(yīng)用實例就是根據(jù)室內(nèi)測量所得的陽光強(qiáng)度來同步自動控制建筑物照明，并根據(jù)多個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。我們不需要對人工智能過于擔(dān)憂。隨著人工智能時代的到來，這項技術(shù)終將應(yīng)用到建筑照明自動化控制中，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。

審核編輯：郭婷