VET4SBO Level 3 module 3 - unit 2 - v09 srb

1. ECVET Training for Operatorsof IoT-enabledSmart Buildings (VET4SBO)
2018-1-RS01-KA202-000411
Nivo: 3 (tri)
Modul: 3 Vrhunske prakse upravljanja i održavanja
održivih zgrada
Jedinica: 3.2 Semantička interoperabilnost i tehnike
semantičkog rezonovanja za rešavanje
heterogenosti uređaja i podataka

2. Sadržaj
1. Logičke teorije, deduktivno zaključivanje i deklarativni jezici
2. Vizija semantike u pametnim zgradama
3. Revizija komponenti za nadzor i upravljanje
4. Izgradnja modela znanja „Stvari“
5. Semantička anotacija „Stvari“ u zgradama
6. Semantičko uklapanje „Stvari“ u zgradama
7. Semantičko rezonovanje za automatskokonfigurisanje

3. Logičke teorije, deduktivno zaključivanje i
deklarativni jezici
Prethodno znanje
Pročitajte kratki dokument pod nazivom:
GMilis-LogicTheory&Inference-v1.0

4. Vizija semantike u pametnim zgradama
Potrebe za konfiguracijomili rekonfiguracijomsistema upravljanja povratniminformacijamau sistemima velikih
razmera, uključujućizgrade, gde se raspoloživostsenzora, aktuatora,kontrolerai drugih funkcija za obradupodataka
i analitiku menjadinamičnotokom vremena, mogu se efikasno automatizovati korišćenjemontološkizasnovanih
modela znanja i deduktivnogzaključivanja(vidi kasnije).
Ove tehnike olakšavajuautomatskoupravljanjeinformacijamao IoT komponentama,skladištenjeznanja o
inženjeringu upravljanja sapovretnom spregom, kao i implementacijuneophodnih algoritama zaključivanja.
Ova funkcionalnostmože se ponuditi odgovarajućimsoftverskim rešenjima koja delujukao nadzorni sistemi i
sprovode komunikacijusa instaliranimkomponentama,kao i sa ljudskim operaterimai servisima u oblaku,
„razumeju“ koje su mogućnosti merenja, aktuacije,obrade i upravljanja dostupneu zgradi i „razmišljaju“u ime
operatera / inženjera da na odgovarajućinačinrekonfigurišu sve upravljačkepetlje sa povratnimspregama.
Sadržaj ove jedinice u velikojse meri zasnivana nedavnomradu o internetu stvari (IoT), „SEMIoTICS:Semantički
osnažen IoT sistemi inteligentnogupravljanja“[1, 2]. Implementacijarešenja dodaje srednji sloj između ljudskih
operatora,npr. inženjera upravljanja iIoT komponentiinstaliranihu zgradi za nadgledanjei kontroluodređenih
svojstava.

5. Vizija semantike u pametnim zgradama

6. Revizija komponenti za nadzor i upravljanje
• xp
(𝑘), xp
(𝑘 − 1) ∈ 𝑅 𝑛 𝑥 : vektor promenljivihstanjai memorija, dimenzija nx,
• 𝑓 𝑝
(. ): dinamikasistema koji treba nadzirati/upravljati
• vp 𝑘 , wp 𝑘 ∈ 𝑅 𝑛 𝑣: upravljani/neupravljani ulazni vektor
• φ 𝑘 : greške u sistemima zgrade
• h(𝑘) : ulazni signal proizvedenod strane trećeg međuzavisnog sistema
• ζp
𝑘 : vektor drugih parametaravezanihza dinamikusistema zgrada

7. Revizija komponenti za nadzor i upravljanje
• 𝑣 𝑎
(𝑘); 𝑣 𝑎
(𝑘 − 1) : izlazni signal aktuatora i memorija
• fa
(. ) : izlazna dinamika aktuatora
• ua
(𝑘) : signal koji pokreće dejstvo
• ζa
(𝑘) : vektor parametara

8. Revizija komponenti za nadzor i upravljanje
• 𝑦s
(𝑘): izlazni signal senzora
• 𝑓 𝑠
(. ): izlazna dinamika senzora
• 𝑥 𝑠
(𝑘) : ulazni vektor senzora, stanja osobina zgrade
• 𝜁 𝑠
(k): vektor parametara

9. Revizija komponenti za nadzor i upravljanje
• uc(𝑘): upravljački signal
• fc(. ): izlazna dinamika kontrolera
• yc
(𝑘): ulazni vektor kontrolera (predstavlja povratnu spregu objekta koja se
prezentuje kontroleru)
• 𝜁 𝑐
(𝑘) : vektor parametara (uključujući referentnu trajektoriju r(k))

10. Revizija komponenti za nadzor i upravljanje
• 𝒚′
𝒌 , 𝒖 𝒌 : procesirani merni signal i procesirana upravljačka odluka
• 𝒇 𝒚
(.), 𝒇 𝒖
(.): implementacije pred i post upravljačkih funkcija
• 𝒚 𝒚
𝒌 : pred-upravljačka funkcija ulaznog signala (vektor merenih stanja)
• 𝜻 𝒚
𝒌 , 𝜻 𝒖
(𝒌): vektor parametara pred i post upravljačkih procesnih fukcija
• 𝒖 𝒖
𝒌 : post-upravljačka funkcija ulaznog signala (signal upravljačke odluke)

11. Izgradnja modela znanja „Stvari“
Skup Stvari / objekata znanjaPrimer sistema

12. Izgradnja modela znanja „Stvari“
Klase / Tipovi Stvari

13. Izgradnja modela znanja „Stvari“
Grafovi relacija (bipartitni)

14. Semantička anotacija „Stvari“ u zgradama
• Kao što je očigledno,sveznanje o izgradnji i IoT komponentama modeliranoje u velikom grafikonu.Na grafikonu su opisane sve
razmatrane vrste komponentiupravljačkogsistema:dinamika zgrade, senzori,aktuatori,kontroleri,funkcije obrade (funkcije
predkontrole, funkcije postkontrole i funkcije parametara).
• Dizajn grafikona može se zasnivatina modelu OVL-S „Service Profile“[3], što omogućava modeliranje usluge koju nudi svaka vrsta
komponenti.Drugimrečima, svaka komponentaima ulaze, izlaze, parametre, kao i neke dodatne informacije za njenu kategorizaciju.
• Semantička karakterizacija komponenataupravljačkogsistema uglavnomse zasniva na SSN ontologiji[4]. SSN ontologija definiše
senzore i pokretače kao „sisteme“koji „posmatraju“/ „deluju“na određeno „svojstvo“izvesne „osobine od interesa“okruženja /
zgrade u kojoj su instalirani.Na primer,senzormože meriti svojstvo „temperature“karakteristične osobine od interesa „prostorija 1“u
datoj zgradi.
• Ista ontologijadefiniše da takav„sistem“,da bi pružio predviđenu uslugu,primenjuje „postupak“koji ima određene „ulaze“i „izlaze“.
• Izrazi „osobina od interesa“odnose se na određene „lokacije“ u zgradi.„Lokacije“ se ovde ne odnose na prikaz koordinata na
geografskoj mapi; odnose se na delovezgrade i objekte u zgradi koji odgovaraju određenimrelativnimpoložajima;npr.„grejač 1“,
„prostorija 1“„prozor 1“ su lokacije i sledstveno „ osobine od interesa“u zgradi.Da bi se modelirali odnosi između lokacija, koncepti
GeoSPARKL modela [5], npr. „dodiri“,„iznutra“,„sadrži“itd,se mogu primeniti.

15. Semantička anotacija „Stvari“ u zgradama
• Stoga se usluge koje nude komponente sistema upravljanja mogu
eksplicitno modelirati na način da se olakša njihovo onlajn pozivanje,
kombinujući koncept „Procedure“ SSN-a sa konceptom „servisa“ OVL-S.
• Radi praktičnosti, možemo da nazivamo ulaze, izlaze i parametre povezane
sa komponentom/uslugom, zajednički kao „krajnje tačke“ te
komponente/usluge.
• Usvojeni način označavanja / opisivanja komponenti omogućava nam da
modeliramo znanje o svim proizvedenim / korišćenim signalima metodom
„Pet Ws i jedan H“ [6], koji je predložen za snimanje i saopštavanje tačnih
informacija o entitetu u kontekstu izveštavanja ili odlučivanja.

16. Semantička anotacija „Stvari“ u zgradama
Može se videti da je semantički prostor anotacija definisan sa četiri dimenzije:
Λ ≡ 𝐿 × 𝑄 × 𝑃 × 𝑀,
Odnosno, element prostora predstavljen je specifičnim vrednostimau četverostrukoj varijabli:
• Promenljiva l predstavlja “osobinu od interesa” objekta i daje odgovor na pitanje “GDE”, t.j.,
uzimajući vrednosti iz skupa L = {ofis; zona 1; zona 2; vrata; prozor; ambijent; zid 1; plafon 1; grejač
1}. Skup može biti izlaz projekta zgrade primenom CAD softvera t.j. izvod iz BIM sistema [7].
• Promenljiva q predstavljaistraživanu osobinu od interesa i odgovara na pitanje “ŠTA”, t.j., uzimajući
vrednosti iz skupa Q = { temperatura; energija; otvaranje; protok; stepen filtracije; brzina ventilatora;
vreme|. Vrednosti iz ovog skupa, kao i merne jedinice, se mogu ekstrahovati iz postojećih modela
(t.j., trenutna verzija ili buduće ekstenzije Informacionog modela zgrade (BIM) [7]).

17. Semantička anotacija „Stvari“ u zgradama
• Promenljiva p predstavljaulogu signala / promenljive u konfiguraciji upravljačkogsistema i odgovarana pitanje
„ZAŠTO“,npr. Uzimanje vrednosti iz skupa P = {state; stateMeasurement;controlDecision;disturb;referenceValue;
plantTopology; regulate; increase; decrease}. Ove vrednosti su trenutno očitane, ili ručno odabrano od strane inženjera
/ tehničaraili automatski preuzimanjem informacijasa Interneta.
• Promenljiva m predstavljamernu jedinicu osobine, gde je primenljivo, i odgovara na pitanje “KAKO”, t.j. Uzimajući
vrednosti iz skupa M= {Celzijus; Farenhajt; KiloWat; kilogramaPoSekundi;procenat}.
Pitanje “KO” je eksplicitno odgovoreno kroz link krajnih tačaka ka specifičnim komponentama, dok je pitanje “KADA” van
okvira odlučivanja o kojima se govori ovde.
Operator semantičke anotacije definisan kao:
λ . :A ↦ Λ
Gde je:
• A skup svih krajnjihtačaka komponenti upravljačkogsistema
• Λ je anotacioni prostor(četvorostrukapromenljiva) definisan ranije

18. Semantička anotacija „Stvari“ u zgradama
Ulaz na slici može biti „kancelarija“ u
stepenima Celzijusa i označavatačku u
prostoru, kao:
y1
c
= {𝑙: 𝑜𝑓𝑓𝑖𝑐𝑒, 𝑞: 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒,
𝑝: 𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒𝑀𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡, 𝑚: 𝐶𝑒𝑙𝑠𝑖𝑢𝑠}
Na isti način, semantičke anotacije primera
izlaza i parametra su:
u1
c = {𝑙:ℎ𝑒𝑎𝑡𝑒𝑟, 𝑞: 𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑟𝑎𝑡𝑒,
𝑝: 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝐷𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛, 𝑚: 𝐾𝑔/𝑠}
ζ1
c = {𝑙: 𝑑𝑜𝑜𝑟, 𝑞: 𝑜𝑝𝑒𝑛𝑖𝑛𝑔,
𝑝: 𝑏𝑢𝑖𝑙𝑑𝑖𝑛𝑔 𝑡𝑜𝑝𝑜𝑙𝑜𝑔𝑦, 𝑚:%} Komponentaupravljačkogsistema sa primerom semantičkog
modela ulaza, izlaza i parametra

19. Semantička anotacija „Stvari“ u zgradama

20. Semantička anotacija „Stvari“ u zgradama

21. Semantičko uklapanje “Stvari” u zgradama
Operator Semantic Matching (semantičko uklapanje) je definisan kao:
ρ: Λ × Λ ↦ {⊤, ⊥}
Ulaz: par semantičkih anotacija (izlaz-ulaz)
Na primer:
ρ( office; temperature; stateMeasurement; Celsius , {{office; temperature;
stateMeasurement; any{office; temperature; stateMeasurement; any}) = ⊤
Transformacije se mogu dogoditi i kroz „semantička pravila“ za deduktivno
zaključivanje (npr. odnosi između lokacija)

22. Semantičko uklapanje “Stvari” u zgradama

23. Semantičko rezonovanje za automatsko konfigurisanje
IoT komponente u zgradi

24. Semantičko rezonovanje za automatsko konfigurisanje
Znanje:
𝐿 = {𝑙1: 𝑟𝑜𝑜𝑚 1; 𝑙2: 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡, 𝑙3: 𝑑𝑜𝑜𝑟, 𝑙4: 𝑤𝑒𝑠𝑡 𝑤𝑎𝑙𝑙 1}
𝑄 = {𝑞1: 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒; 𝑞2:ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦, 𝑞3: 𝑈 − 𝑣𝑎𝑙𝑢𝑒, 𝑞4: 𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑟𝑎𝑡𝑒}
𝑃 = 𝑝1: 𝑖𝑛𝑐𝑟𝑒𝑎𝑠𝑒; 𝑝2: 𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒, 𝑝3: 𝑏𝑢𝑖𝑙𝑑𝑖𝑛𝑔 𝑡𝑜𝑝𝑜𝑙𝑜𝑔𝑦, 𝑝4: 𝑠𝑡𝑎𝑡𝑒𝑀𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡, 𝑝5: 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝐷𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛
𝑀 = {𝑚1: 𝐶𝑒𝑙𝑠𝑖𝑢𝑠; 𝑚2: 𝐹𝑎ℎ𝑟𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑡, 𝑚3: 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒, 𝑚4:
𝑊
𝑚2 𝐾
, 𝑚5:… }
Relacije:
𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑖𝑛𝑠 𝑟𝑜𝑜𝑚 1, 𝑤𝑒𝑠𝑡 𝑤𝑎𝑙𝑙 1

25. Semantičko rezonovanje za automatsko konfigurisanje

26. Semantičko rezonovanje za automatsko konfigurisanje

27. Semantičko rezonovanje za automatsko konfigurisanje

28. Semantičko rezonovanje za automatsko konfigurisanje

29. Semantičko rezonovanje za automatsko konfigurisanje
Primeri semantičkog uklapanja
komponenata i odgovarajućih
konfiguracija sistema za kontrolu
temperature.
Postoje tri različita načina za
korišćenje IoT komponenata u cilju
postizanja ciljeva upravljanja.
Ljudski operateri ne bi bili u stanju
da pronađu sva moguća rešenja bez
podrške semantičkog supervizora.

30. Izvori
[1] Milis, George, Panayiotou, Christos, & Polycarpou, Marios. (2017). Semantically-Enhanced Online Configuration of Feedback
Control Schemes. IEEE Transactions on Cybernetics. http://doi.org/10.1109/TCYB.2017.2680740
[2] Milis, George, Panayiotou, Christos, & Polycarpou, Marios. (2017). SEMIoTICS: Semantically-enhanced IoT-enabled Intelligent
Control Systems. IEEE Internet of Things Journal, (Special Issue IoT Feedback Control). http://doi.org/10.5281/zenodo.1053854
[3] D. Martin, M. Burstein, J. Hobbs, O. Lassila, D. McDermott, S. McIlraith, S. Narayanan, M. Paolucci, B. Parsia, T. Payne, E. Sirin, N.
Srinivasan, and K. Sycara. (2004) OWL-S: Semantic Markup for Web Services. Accessed: 2017-07-24. [Online]. Available:
https://www.w3.org/Submission/OWL-S/
[4] A. Haller, K. Janowicz, S. Cox, D. L. Phuoc, K. Taylor, M. Lefrançois, R. Atkinson, R. García-Castro, J. Lieberman, and C. Stadler.
Semantic Sensor Network Ontology. Accessed: 2017-07-24. [Online]. Available: https://www.w3.org/TR/vocab-ssn/
[5] GeoSPARQL - A Geographic Query Language for RDF Data. Accessed: 2017-07-24. [Online]. Available:
http://www.opengeospatial.org/standards/geosparql
[6] C. Griths and M. Costi, GRASP : the solution. Cardi, UK: Proactive Press, 2011.
[7] D. Conover, D. Crawley, S. Hagan, D. Knight, C. Barnaby, C. Gulledge, R. Hitchcock, S. Rosen, B. Emtman, G. Holness, D. Iverson,
M. Palmer, and C.Wilkins, An Introduction to Building Information Modeling (BIM) - A Guide for ASHRAE Members. Amer. Soc. of
Heating, Refrig. and Air-Cond. Eng., 2009.
… i reference navedene u njima.

31. Hvala Vam na pažnji.
https://pixabay.com/illustrations/thank-you-polaroid-letters-2490552/

32. Izjava o odricanju odgovornosti
Za dodatneinformacije, koje se odnose na VET4SBO projekat,posetite veb lokacijuprojektana https://smart-
building-operator.eu ili nasposetite na https://www.facebook.com/Vet4sbo.
Preuzmite našu mobilnuaplikacijuna https://play.google.com/store/apps/details?id=com.vet4sbo.mobile.
Ovaj projekat(2018-1-RS01-KA202-000411) finansiranje uz podršku Evropske komisije (Erasmus + Program). Ova
publikacijaodražava stavovesamo autorai Komisija ne može biti odgovornaza bilo kakvu upotrebukoja se može
zasnivatina informacijama sadržanim u publikaciji.