一種基于證據推理迭代算法和熵權的建筑開窗行為仿真方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于建筑行為節能、建筑環境及能耗模擬領域，具體涉及一種基于證據推 理迭代算法和熵權的建筑開窗行為仿真方法。
【背景技術】
[0002] 窗戶是建筑主要構件之一，開窗行為是建筑使用者調節室內熱環境的主要行為之 一，建筑使用者的開窗行為特性與建筑能耗密切相關。建筑運行階段的逐時窗戶開啟狀態 時間表不但是建筑節能和室內環境調控的基礎數據，而且還是建筑計算機輔助建筑能耗和 環境模擬軟件的基礎輸入數據。
[0003] 當前建筑環境及能耗模擬技術已相對成熟，并在建筑節能中發揮著十分重要的 作用，建筑逐時窗戶開啟狀態時間表是建筑環境及能耗模擬軟件的基本數據，目前，軟件提 供的建筑逐時開窗時間表考慮因素單一，與建筑實際開窗行為有較大差異。這種不足大大 影響建筑能耗模擬工具在建筑節能中發揮更大的作用。由于建筑開窗受到建筑環境、窗戶 構造、建筑使用者用能行為特性等多種因素影響，收集實際的被模擬建筑開窗數據是一個 時間經濟成本相當高的過程，有時候，甚至是不可能完成的。所以，構建建筑開窗行為仿真 模型和方法具有十分重要的理論和工程意義。
[0004] 當前國內外對建筑開窗行為仿真進行不少研究，但是研究所構建的仿真模型考 慮因素較少，并且未考慮到仿真過程中存在的不完全信息處理問題。GeunYoungYun和 KoenSteemers(GeunYoungYun,K.S. ,Time-dependentoccupantbehaviourmodels ofwindowcontrolinsummer.BuildingandEnvironment2008. 43(1471 - 1482)； GeunYoungYun,K.S. ,Night-timenaturallyventilatedoffices:Statistical simulationsofwindow-usepatternsfromfieldmonitoring.SolarEnergy1216 -1231,2010.84(2010) :p. 1216- 1231.)對英國劍橋大學校某建筑的夏季開窗行為及夜 間通風的開窗行為進行現場調查，并基于馬爾科夫Markov鏈建立了建筑居住者開窗行 為仿真模型。Fritschet等（R.Fritsch,Α·Κ·，M.NygSrd-Ferguson,J. -L.Scartezzini，A stochasticmodelofuserbehaviourregardingventilation.Buildingand Environment, 1990. 25 (2) :p. 8)同樣采用Markov鏈進行冬季開窗行為模擬模型，模型能 生成窗戶開啟狀態的時間序列，建筑開窗行為影響因素主要考慮室外溫度。范瑞娟及李 楠等（范瑞娟，基于蒙特卡羅方法的重慶地區過渡季節辦公建筑人員開窗行為研究，in 城市建設與環境工程學院· 2013,重慶大學：重慶·NanLi，J.L.，RuijuanFan,Hongyuan Jia,Probabilityofoccupantoperationofwindowsduringtransitionseasonsin officebuildings.RenewableEnergy73(2015)2015. 73(2015) :p. 7.)以人員開窗概率邏 輯Logistic回歸模型為基礎，引入蒙特卡羅隨機模擬分析的方法分析預測開窗概率，所構 建的開窗模型以室外溫度為自變量，屬于單一自變量預測模型。
[0005] 建筑開窗行為受到建筑環境、窗戶構造、建筑使用者用能行為特性等多種因素影 響。開窗行為仿真模型需能處理主觀判斷和客觀判斷，定量分析和定性分析，并且，由于客 觀和主觀原因，仿真過程不可避免存在不確定信息，所以，模型還需能夠處理仿真中的不完 全信息。
[0006] 本方法基于證據推理迭代算法和熵權模型，構建建筑開窗行為仿真理論模型和方 法，能綜合考慮建筑環境、窗戶構造、建筑使用者用能行為特性等多種因素影響，能同時處 理開窗行為仿真中的主觀因素和客觀因素，定量因素和定性因素，并且，還能夠定量地處理 仿真中的不確定和不完全信息。本方法輸出計算時段內的逐時開窗狀態列表，能為建筑環 境及能耗模擬軟件提供更為科學的建筑開窗行為數據，將大大提高建筑環境及能耗模擬軟 件的計算科學性。所構建的建筑開窗行為仿真理論模型及方法能為建筑行為節能提供科學 的理論依據。
【發明內容】
[0007] 本發明針對當前建筑環境及能耗模擬工具提供的建筑開窗行為方式考慮因素單 一，當前研究所構建的建筑開窗行為仿真未考慮仿真過程的不完全信息等不足，提供一種 基于證據推理迭代算法和熵權的建筑開窗行為仿真方法。
[0008] 本發明基于證據推理方法（EvidentialReasoningApproach，簡稱ER方法） 和熵權模型，構建建筑開窗行為理論模型和方法。ER方法由Jian-BoYang和Madan G.Singh(Jian-BoYang,M.G.S. ,Anevidentialreasoningapproachformultiple attributedecisiondecisionmakingwithuncertainty.IEEEtransactionson system,manandcybernetic, 1994.24(1).)于1994年提出，可以用來對帶有不確定信息 的混合有定量和定性問題進行理論建模。熵（Entropy) (C.E.Shannon.Amathematical theoryofcommunication.BellSystemTechnicalJournal, 1948, 27(3):379 - 423 ；王 彬.熵與信息.西北工業大學出版社，1994)原本屬于熱力學的概念，后由于Shannon引入 信息論，目前熵是隨機系統的不確定性度量的有力工具，本方法將熵引入用來確定建筑開 窗行為影響因素權重分配。
[0009] 本發明所構建建筑開窗行為仿真理論模型和方法，能同時處理開窗行為仿真中的 主觀因素和客觀因素，定量因素和定性因素，并且，還能夠定量地處理仿真中的不確定和不 完全信息。
[0010] -種基于證據推理迭代算法和熵權的建筑開窗行為仿真方法，其實施步驟如下：
[0011] 1)確定窗戶開啟狀態數量及開啟狀態描述，假設窗戶開啟狀態共有N個狀態，則 窗戶開啟狀態集合表不為HdH；；、"·、ΗΝ);
[0012] 2)識別影響建筑開窗行為的因素，影響因素可以包含定性和定量因素，假設確定 影響因素的數目為L，影響因素集合可表示為E(EpE2、…、EJ;
[0013] 3)構建窗戶開啟狀態信度矩陣，信度βηι1表示根據影響因素E廣 供的信息，建筑窗戶開啟狀態Hn的信度，信度βηι1滿足下式：βηι1多0并且
=1表示仿真過程信息是完整的，表示仿真過 .._ n=l 程存在信息不完全性，η代表窗戶開啟狀態序號，i表示影響因素序號；
[0014] 4)確定建筑開窗行為影響因素權重，影響因素Ei的權重用ωi表示，按照熵權原 理計算ω?;
[0015] 所述步驟4)包括以下步驟：
[0016] (41)影響因素熵用Si表示，Si如下式計算
[0017]，其中，
[0018]
[0019]K，fnil為熵計算過程的中間參數；
[0020] (42)根據熵的性質判定，熵值越大，所對應因素的重要程度越小，因素Ei的權重 通過以下公式計算
[0021] 5)通過證據推理迭代算法進行窗戶開啟狀態綜合信度合成，用βη(η= 1，2，···，Ν)表示綜合考慮所有的影響因素后窗戶開啟狀態Ηη(η= 1，2，···，Ν)的綜合信度， βΗ表示由于信息不完整導致的不可分配的信擇
[0022] 所述步驟5)信度合成包括以下步驟：
[0023] (51)結合因素權重和信度矩陣，按照式1~式5建立證據理論中的基本信度分 配函數，式中出現兩個含義相同的變量，有利于明確表達變量的物理意義；mnil=mi(Hn)= ω?βη"η= 1，…，N;i= 1，…L，（式 1)
[0030]式中：
[0031] -代表從因素Ei的角度提供的信息，窗戶開啟狀態Hn的基本信度；
[0032]mH.,,mi(H)-代表從因素角度來看整個仿真過程中分配到窗戶開啟狀態集 合Η之外的信度，由和,兩部分組成；
[0033] Wjj、⑴人卜丨、代表Ei這個影響因素之外的其它影響因素對窗戶開啟狀態的作 用；
[0034] j1??>{Η)代表Ei這個影響因素進行建筑窗戶開啟狀態仿真的信息不完全 程度，如果從Ei這個影響因素的仿真信息是完全的，則=?
[0035] (52)根據證據推理的迭代算法，按照式6~式14進行信度合成：
[0036]
[0043]式中：
[0044] 迭代初始條件為
[0045] mnjI(1)=mnjl(η=1, ···,Ν)；(式12)
[0046] mHiI(1)=mHii；(式 13)
[0047]mHJ{l) =ηι?Λ (式14)
[0048]式中：
[0049]mnil-代表從因素Ei的角度提供的信息，窗戶開啟狀態Ηη的基本信度；
[0050]1? 代表從因素Ei的角度來看整個仿真過程中分配到窗戶開啟狀態集合Η之外 的?目度，由和兩部分組成；
[0051]-代表Ei這個影響因素進行窗戶開啟狀態仿真的信息不完全的程度；
[0052] mniI⑴，mHiI⑴，'/<11 -迭代過程引入的迭代初始量；
[0053] mn,ιω，mH,I(i)，-迭代過程引入的迭代變量；
[0054] πιηιj(i+1),mH_j(i+1),mB.ia+\)'^hidaw)- 迭代過程引入的迭代變量；
[0055] KI(i+1)-迭代過程的中間迭代變量；
[0056] mn,ia)，,/沿一迭代完成后的迭代終值；
[0057] πνια)，--代表綜合考慮影響因素集合E后窗戶開啟狀態Hn的基本信度；
[0058]-代表影響因素集合E之外的其它影響因素對窗戶開啟狀態的作用；
[0059] 代表綜合考慮影響因素集合E進行建筑窗戶開啟狀態仿真的信息不完全 的程度；
[0060] 6)根據βn(n=1，2,…，N)中的最大值，確定仿真時刻窗戶的開啟狀態，并提供由 于信息不完整導致的不可分配的信度βΗ;
[0061] 7)重復步驟3)~步驟6)計算窗戶開啟狀態，則得出計算時段建筑窗戶開啟狀態 逐時值列表。
[0062] 本發明針對當前建筑環境及能耗模擬工具提供的建筑開窗行為方式考慮因素單 一，當前研究所構建的建筑開窗行為仿真未考慮仿真過程的不完全信息等不足，提供一種 基于證據理論迭代算法和熵權的建筑開窗行為仿真方法。本方法綜合考慮建筑開窗行為中 的建筑環境、窗戶構造、建筑使用者用能行為特性等多種影響因素。本方法基于證據推理分 析算法和熵權模型，構建建筑開窗行為仿真理論模型和方法，能同時處理開窗行為仿真中 的主觀因素和客觀因素，定量因素和定性因素，并且，還能夠定量的處理仿真中的不確定和 不完全信息。
【附圖說明】：
[0063] 圖1:本發明的方法流程圖
【具體實施方式】
[0064] 如圖1所示，本發明具體實施步驟如下：
[0065] -種基于證據推理迭代算法和熵權的建筑開窗行為仿真方法，其實施步驟如下：