一种基于证据推理迭代算法和熵权的建筑开窗行为仿真方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑行为节能、建筑环境及能耗模拟领域，具体涉及一种基于证据推 理迭代算法和熵权的建筑开窗行为仿真方法。
【背景技术】
[0002] 窗户是建筑主要构件之一，开窗行为是建筑使用者调节室内热环境的主要行为之 一，建筑使用者的开窗行为特性与建筑能耗密切相关。建筑运行阶段的逐时窗户开启状态 时间表不但是建筑节能和室内环境调控的基础数据，而且还是建筑计算机辅助建筑能耗和 环境模拟软件的基础输入数据。
[0003] 当前建筑环境及能耗模拟技术已相对成熟，并在建筑节能中发挥着十分重要的 作用，建筑逐时窗户开启状态时间表是建筑环境及能耗模拟软件的基本数据，目前，软件提 供的建筑逐时开窗时间表考虑因素单一，与建筑实际开窗行为有较大差异。这种不足大大 影响建筑能耗模拟工具在建筑节能中发挥更大的作用。由于建筑开窗受到建筑环境、窗户 构造、建筑使用者用能行为特性等多种因素影响，收集实际的被模拟建筑开窗数据是一个 时间经济成本相当高的过程，有时候，甚至是不可能完成的。所以，构建建筑开窗行为仿真 模型和方法具有十分重要的理论和工程意义。
[0004] 当前国内外对建筑开窗行为仿真进行不少研究，但是研究所构建的仿真模型考 虑因素较少，并且未考虑到仿真过程中存在的不完全信息处理问题。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.)对英国剑桥大学校某建筑的夏季开窗行为及夜 间通风的开窗行为进行现场调查，并基于马尔科夫Markov链建立了建筑居住者开窗行 为仿真模型。Fritschet等（R.Fritsch,Α·Κ·，M.NygSrd-Ferguson,J. -L.Scartezzini，A stochasticmodelofuserbehaviourregardingventilation.Buildingand Environment, 1990. 25 (2) :p. 8)同样采用Markov链进行冬季开窗行为模拟模型，模型能 生成窗户开启状态的时间序列，建筑开窗行为影响因素主要考虑室外温度。范瑞娟及李 楠等（范瑞娟，基于蒙特卡罗方法的重庆地区过渡季节办公建筑人员开窗行为研究，in 城市建设与环境工程学院· 2013,重庆大学：重庆·NanLi，J.L.，RuijuanFan,Hongyuan Jia,Probabilityofoccupantoperationofwindowsduringtransitionseasonsin officebuildings.RenewableEnergy73(2015)2015. 73(2015) :p. 7.)以人员开窗概率逻 辑Logistic回归模型为基础，引入蒙特卡罗随机模拟分析的方法分析预测开窗概率，所构 建的开窗模型以室外温度为自变量，属于单一自变量预测模型。
[0005] 建筑开窗行为受到建筑环境、窗户构造、建筑使用者用能行为特性等多种因素影 响。开窗行为仿真模型需能处理主观判断和客观判断，定量分析和定性分析，并且，由于客 观和主观原因，仿真过程不可避免存在不确定信息，所以，模型还需能够处理仿真中的不完 全信息。
[0006] 本方法基于证据推理迭代算法和熵权模型，构建建筑开窗行为仿真理论模型和方 法，能综合考虑建筑环境、窗户构造、建筑使用者用能行为特性等多种因素影响，能同时处 理开窗行为仿真中的主观因素和客观因素，定量因素和定性因素，并且，还能够定量地处理 仿真中的不确定和不完全信息。本方法输出计算时段内的逐时开窗状态列表，能为建筑环 境及能耗模拟软件提供更为科学的建筑开窗行为数据，将大大提高建筑环境及能耗模拟软 件的计算科学性。所构建的建筑开窗行为仿真理论模型及方法能为建筑行为节能提供科学 的理论依据。
【发明内容】
[0007] 本发明针对当前建筑环境及能耗模拟工具提供的建筑开窗行为方式考虑因素单 一，当前研究所构建的建筑开窗行为仿真未考虑仿真过程的不完全信息等不足，提供一种 基于证据推理迭代算法和熵权的建筑开窗行为仿真方法。
[0008] 本发明基于证据推理方法（EvidentialReasoningApproach，简称ER方法） 和熵权模型，构建建筑开窗行为理论模型和方法。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，可以用来对带有不确定信息 的混合有定量和定性问题进行理论建模。熵（Entropy) (C.E.Shannon.Amathematical theoryofcommunication.BellSystemTechnicalJournal, 1948, 27(3):379 - 423 ；王 彬.熵与信息.西北工业大学出版社，1994)原本属于热力学的概念，后由于Shannon引入 信息论，目前熵是随机系统的不确定性度量的有力工具，本方法将熵引入用来确定建筑开 窗行为影响因素权重分配。
[0009] 本发明所构建建筑开窗行为仿真理论模型和方法，能同时处理开窗行为仿真中的 主观因素和客观因素，定量因素和定性因素，并且，还能够定量地处理仿真中的不确定和不 完全信息。
[0010] -种基于证据推理迭代算法和熵权的建筑开窗行为仿真方法，其实施步骤如下：
[0011] 1)确定窗户开启状态数量及开启状态描述，假设窗户开启状态共有N个状态，则 窗户开启状态集合表不为HdH；；、"·、ΗΝ);
[0012] 2)识别影响建筑开窗行为的因素，影响因素可以包含定性和定量因素，假设确定 影响因素的数目为L，影响因素集合可表示为E(EpE2、…、EJ;
[0013] 3)构建窗户开启状态信度矩阵，信度βηι1表示根据影响因素E廣 供的信息，建筑窗户开启状态Hn的信度，信度βηι1满足下式：βηι1多0并且
=1表示仿真过程信息是完整的，表示仿真过 .._ n=l 程存在信息不完全性，η代表窗户开启状态序号，i表示影响因素序号；
[0014] 4)确定建筑开窗行为影响因素权重，影响因素Ei的权重用ωi表示，按照熵权原 理计算ω?;
[0015] 所述步骤4)包括以下步骤：
[0016] (41)影响因素熵用Si表示，Si如下式计算
[0017]，其中，
[0018]
[0019]K，fnil为熵计算过程的中间参数；
[0020] (42)根据熵的性质判定，熵值越大，所对应因素的重要程度越小，因素Ei的权重 通过以下公式计算
[0021] 5)通过证据推理迭代算法进行窗户开启状态综合信度合成，用βη(η= 1，2，···，Ν)表示综合考虑所有的影响因素后窗户开启状态Ηη(η= 1，2，···，Ν)的综合信度， βΗ表示由于信息不完整导致的不可分配的信择
[0022] 所述步骤5)信度合成包括以下步骤：
[0023] (51)结合因素权重和信度矩阵，按照式1~式5建立证据理论中的基本信度分 配函数，式中出现两个含义相同的变量，有利于明确表达变量的物理意义；mnil=mi(Hn)= ω?βη"η= 1，…，N;i= 1，…L，（式 1)
[0030]式中：
[0031] -代表从因素Ei的角度提供的信息，窗户开启状态Hn的基本信度；
[0032]mH.,,mi(H)-代表从因素角度来看整个仿真过程中分配到窗户开启状态集 合Η之外的信度，由和,两部分组成；
[0033] Wjj、⑴人卜丨、代表Ei这个影响因素之外的其它影响因素对窗户开启状态的作 用；
[0034] j1??>{Η)代表Ei这个影响因素进行建筑窗户开启状态仿真的信息不完全 程度，如果从Ei这个影响因素的仿真信息是完全的，则=?
[0035] (52)根据证据推理的迭代算法，按照式6~式14进行信度合成：
[0036]
[0043]式中：
[0044] 迭代初始条件为
[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-代表从因素Ei的角度提供的信息，窗户开启状态Ηη的基本信度；
[0050]1? 代表从因素Ei的角度来看整个仿真过程中分配到窗户开启状态集合Η之外 的?目度，由和两部分组成；
[0051]-代表Ei这个影响因素进行窗户开启状态仿真的信息不完全的程度；
[0052] mniI⑴，mHiI⑴，'/<11 -迭代过程引入的迭代初始量；
[0053] mn,ιω，mH,I(i)，-迭代过程引入的迭代变量；
[0054] πιηιj(i+1),mH_j(i+1),mB.ia+\)'^hidaw)- 迭代过程引入的迭代变量；
[0055] KI(i+1)-迭代过程的中间迭代变量；
[0056] mn,ia)，,/沿一迭代完成后的迭代终值；
[0057] πνια)，--代表综合考虑影响因素集合E后窗户开启状态Hn的基本信度；
[0058]-代表影响因素集合E之外的其它影响因素对窗户开启状态的作用；
[0059] 代表综合考虑影响因素集合E进行建筑窗户开启状态仿真的信息不完全 的程度；
[0060] 6)根据βn(n=1，2,…，N)中的最大值，确定仿真时刻窗户的开启状态，并提供由 于信息不完整导致的不可分配的信度βΗ;
[0061] 7)重复步骤3)~步骤6)计算窗户开启状态，则得出计算时段建筑窗户开启状态 逐时值列表。
[0062] 本发明针对当前建筑环境及能耗模拟工具提供的建筑开窗行为方式考虑因素单 一，当前研究所构建的建筑开窗行为仿真未考虑仿真过程的不完全信息等不足，提供一种 基于证据理论迭代算法和熵权的建筑开窗行为仿真方法。本方法综合考虑建筑开窗行为中 的建筑环境、窗户构造、建筑使用者用能行为特性等多种影响因素。本方法基于证据推理分 析算法和熵权模型，构建建筑开窗行为仿真理论模型和方法，能同时处理开窗行为仿真中 的主观因素和客观因素，定量因素和定性因素，并且，还能够定量的处理仿真中的不确定和 不完全信息。
【附图说明】：
[0063] 图1:本发明的方法流程图
【具体实施方式】
[0064] 如图1所示，本发明具体实施步骤如下：
[0065] -种基于证据推理迭代算法和熵权的建筑开窗行为仿真方法，其实施步骤如下：