Credit: CC0公共领域每天，全国各地成千上万的通勤者从住宅、公寓和其他居住空间前往商业建筑——从办公室和学校到健身房和杂货店。这些目的地，加上它们之间的运输，占美国每年总能耗的一半以上。为了确定这些日常移动模式如何影响能源使用，美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员与查塔努加市信息技术部的智能城市部门合作。这项工作的好处可能最终包括根据人口数量更有效地加热和冷却建筑物，并在紧急情况下做出更快、更明智的反应。
该团队研究了位于查塔努加繁忙市区主要十字路口的45个传感器捕捉的交通数据，查塔努加是田纳西州技术先进的“智能城市”，拥有100个交通传感器，是多个ORNL领导的项目的所在地。
使用战略性放置的交通传感器，显示为金色球体，该团队将车辆乘客分配到附近的建筑物，以估计他们的人口和能源消耗。在图中的城市部分，100个人，显示为紫色的球体，被分配到十字路口附近的建筑中。鸣谢:美国能源部安迪·贝里斯/ORNL尽管这些传感器旨在通过优化信号变化的时间来监控交通流量和减少拥堵，但密集的网络也适合研究人员研究附近建筑物的能源消耗。他们使用Voronoi图，这是一种计算几何地图，将建筑物分配到步行距离内的一个或多个十字路口，以创建估计车辆到达和离开时间的占用时间表。这些时间表还估算了一年中特定建筑中的人数。
在ORNL大学研究人员安迪·贝尔斯(Andy Berres)的带领下，该团队专注于两个相邻的部分，或“单元”，包含有限数量的十字路口和建筑物，以获得有用的数据，同时保持个人隐私。结果发表在《建筑模拟》上。
“一栋建筑中的人数在很多方面都有影响，通过这些改进的入住时间表，你可以更准确地了解实际发生的能源情况，”Berres说。
建筑物占用率的增加会导致对供暖、通风和空调的更多需求；电；和其他公用设施，而占用率的下降可能会导致能源浪费在未占用区域的设施上。虽然库存占用时间表可以为这种平衡行为提供一些insig hts，但该团队的定制副本包括单个建筑物的更详细数据。研究人员预计，跟踪这些日程表中的月度和季度趋势将揭示提高效率的机会。
查塔努加市中心传感器的放大视图，这使研究人员能够创建建筑物占用时间表，从而提高能源效率和更快的应急响应。相信它:安迪·贝尔斯/ORNL，美国能源部“基本上，我们试图更好地了解一天中有多少人在什么时间在什么地方，”贝尔斯说。“我们目前正在编制每小时的时间表，但为了更加准确，这些时间表可以分成更短的5分钟、10分钟或15分钟。”
由于新冠肺炎疫情期间交通和建筑占用率下降-特别是在20 20年3月和4月，许多企业关闭Be rres将查塔努加的EPB提供的2019年测量的能源使用量与2020年默认和自定义占用率水平的模拟能源使用量进行了比较。除了这两个月之外，这两年的工作日都有类似的活动水平。
这项工作建立在以前的项目基础上，由许多相同的团队成员专注于伊利诺伊州的芝加哥。Berres，ORNL的Jibo Sanyal，计算城市科学组组长，和他们的合作者使用泰坦超级计算机，基于来自伊利诺伊州运输部，国家家庭旅行调查和陆地扫描的数据进行了模拟。(泰坦于2019年由能源部科学用户设施办公室ORNL橡树岭领导计算设施退役。)
Voronoi图以感兴趣的区域为中心，通常确保相邻的车辆被分配到相同的单元或相邻的单元，而不是Voronoi图，研究人员使用四叉树模拟建筑占用时间表。这些类似于家谱图的计算机图形数据结构，有时会将来自同一地理区域的车辆放在树的不同分支中，这使它们表现为远亲，而不是直系亲属。该团队的工作发表在IEEE大数据国际会议的会议录上。
“我们从在芝加哥启用模拟功能，到在查塔努加实际捕捉真实世界的数据并应用这些技术，”Sanyal说，他领导了区域移动项目，该团队通过该项目获得了交通传感器数据。“Voronoi分割是克服研究交通网络如何影响能源应用的一些挑战的一种方法。”
更好的建筑物入住时间表还可以帮助第一反应人员确定在紧急情况下，如自然灾害，每栋建筑物中有多少人需要帮助疏散。在这项工作和专注于开发建筑物和道路的数字双胞胎的相关项目之间，Berres设想未来可以实时调整日常操作，以最大限度地节省能源，以应对交通事故。
“如果州际公路上有施工，人们可能会晚些时候来上班，因为他们没有考虑到交通流量，”他们说。“因此，晚一点启动办公楼的空调以节省一些能源可能是有益的，因为大多数人还没有到那里。”
更新的交通传感器能够计算除汽车之外的行人、骑自行车者和公共交通用户，这可以进一步提高查塔努加和其他智能城市的建筑入住时间表的准确性，无论是在国内还是国际上。
“建筑占美国能源消耗的40%左右，暖通空调系统起着主要作用，”Berres说。“更好地了解人们在建筑物中花费的时间，并相应地调整暖通空调时间表，可以真正提高能源效率。”
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