马广建|人工智能在节能领域的发展及应用_

摘要：近年来，科技迅猛发展，人工智能在信息安全、医疗、在数字油田、空调系统、铁路车辆、电力智能机房、安全预警等节能领域得到广泛应用。并取得显著成效。基于此，本文对人工智能技术在节能方面的发展和应用进行思考。

关键词：人工智能；节能领域；发展应用

应用引言：当今时代，如何寻找能源节约的途径，让人类在可持续发展的道路上继续前进，成为人们关心的焦点。目前，市场上已经出现了各种各样的节能措施，如对建筑施工中的空调系统进行调整，有利于提高建筑的能源利用率。随着 ANN技术的迅速发展，其应用范围也在不断扩大，它是一门模仿人类大脑的科学，在不同的环境中得到了广泛的应用。能源是经济发展和提高人民生活水平的重要物质基础。经济的飞速发展导致了能源消耗持续不断增长。我国目前的能源供应紧张局势使经济支出大幅提高，资源问题必须得到解决，因为能源问题和可持续社会经济发展是我们工作的基础。

一、人工智能的应用领域

1.1人工智能在信息安全领域的应用

近年来网络技术的飞速发展，数字加密安全模式的缺点也逐渐显现出来，一方面易被攻破，另一方面，由于安全问题的日益严重，对大脑的记忆能力提出了更高的要求。而由此带来的种种麻烦，例如：忘记密码、提款机无法取现、无法打开文件、无法登录等问题，使得信息安全问题日益受到重视。人工智能与生物识别技术的融合与发展，使其在信息安全领域获得了前所未有的发展与提升，大大节省时间和人力。如指纹识别速度达到0.2秒，并能实现多个指纹的同步输入，并得到了广泛的应用；事实上，也有一些电子公司将这种技术应用到了现实生活中，像三星 S系列手机，就具备了这种技术，只不过现在的虹膜识别技术对于环境的要求很高，特别是在黑暗光线下，它的识别能力还需要进一步提高。与指纹识别技术相比，在实现产业化之前，它的发展任重而道远[2]。

1.2人工智能在医疗领域的应用

在医疗行业，人工智能技术有潜力改变病人护理的许多方面，以及提供者、支付者和制药组织的管理流程。2015年，杨宇针对心脏外科手术中的主从控制问题进行深入探讨。人工智能芯片可以储存海量数据，通过快速计算和分析，从而得出最精确的结论，这是人类目前所不具备的。AI还可以根据病人的实际状况，采集病人所需的资料，并与以往的资料相结合，做出最优判断，以达到最好的效果，降低医护人员的负担，并使医疗资源得到最合理的使用。人工智能在很大程度上简化了病人、医生和医院管理人员的生活，取代了许多耗时、劳动强度大的工作。

1.3人工智能在数字油田中的应用

我国石油工业中的油气勘探开发领域，伴随着全国人工智能发展的大好形势，将油气工业发展与人工智能相融合，正在开启颠覆性的技术创新，推动着油气田从数字化迈向智能化。例如，中石化公司已将下属西北油田定为智能油田试点单位。目前，西北油田已基本上实现了油气井信息化，占比达到了93%，正在向智能油田奋进。

感知层单井仪表包括 RTU装置和网络通信装置（DTU)、无线压力等，这些参数包括电压、电流、功率、功图等，这些数据由传感器传送到 RTU，由 RTU进行数据处理，然后将数据发送到网络环境中，再由数据传送至应用层。传感器向 RTU发送的数据也叫做下行链路，而打包上载就是上行链路。

① AI 人工智能集成发展：目前，单井数字化已将一些功能整合，例如 RTU功能和网络通信设备、电参功能等。智能电参仪能够对电机的运行参数进行测量和数据采集，通过负载－位移传感器进行数据采集和图像采集，而压力传感器则能够对油井的相关数据进行实时采集。

② AI 人工智能节能油井建设：智能电参器是一种典型的节能装置，通过采用它，可以提高系统的功率因数，减少无功损耗，实现了节电控制的理想目的。经过数据比较和分析，在电机内部加装了智能电参量，可实现电机的动态平衡，实现电流和电源的均衡，从而实现电能的节约。

1.4人工智能在空调系统的应用

在我国日益复杂的能源和环境情况下，如何提高中央空调系统的能源效率是我们面临的首要任务之一。通过建立基于人工智能技术的中央空调系统，引入人工智能技术和管理控制能力，综合各种智能管理方法的优势，充分考虑到个别设备的常规节能，中央空调管理和分配的总体优化，以实现节约能源的目的。通过全面监测系统参数和开展非线性动态预测，制定人工智能分析、预测和推断系统的冷负荷模式，通过分析系统的能源消耗及其能源效率，以优化操作控制参数。在不同的地方安装不同的空调，要充分利用数据信息，提高预测精度。系统可以根据极端天气、季节性、生产周期、人员流动等数据的变化，实时调节能源消耗。

人工智能技术应用是未来社会发展的趋势，对于中央空调系统而言，运用人工智能技术具有显著的优势，在改善和提高中央空调的控制能力和运行效率方面起着重要作用。这是人工智能化技术所具备的一个显著的特点，因此，随着我国的科技的不断更新，提高人工智能化技术应用效率有助于提高人们的生活质量水平，为我国的进一步发展提供重要基础。

1.5人工智能在铁路车辆节能中的应用

为了最大限度地减少电力消耗，利用列车运行状况的遥控器对列车的数据进行监控，可以实现列车的特征值的自动提取。在铁路运营过程中，首先确定了目标变量和指示变量，以各运行站点的能耗为指标，以车辆运行数据的随时间变化为主要变量。利用跳跃学习技术，可以筛选出大量的特征量，将列车运行的速度、坡度、时间等作为主要变量，将其分成三类，即直接数字和字符编码、个体特征量，并对其进行分析，得到人类所不能理解的知识。在提取作业信息特征量时，需要抽取最大的拖车能耗特征，这种特征量是最有效的特征，反映了驾驶员的运行效果。通过对铁路运营系统节能效应的分析，假定驾驶员操作技术提高20%，拖车减少20%，消耗功率和档位使用时间在3个区间内是相同的，4个区间综合起来，每年的能耗可减少14%左右。在舒适性方面，以减震和噪音为目标，得到了提高列车舒适度的设计方案，既节省了电能，又增加了乘坐舒适性。

1.6人工智能在电力智能机房中的应用

企业最主要的节能工作是在节约电能方面，而机房节能又是重中之重。越来越多的企业为提高机房“可靠性和可用性、可持续发展、响应节能减排号召、实现机房高效管理、以人为本的机房环境”五大原则，引入了绿色环保理念，将低碳经济、节能减排引入新机房的建设及老旧机房的改造中，降低能源消耗水平，减少二氧化碳等温室气体的排放。

在电网信息化机房的建设中，我们也要响应国家对于绿色节能的号召，建设一个真正现代意义上的“绿色机房”。如何才能称之为“绿色机房”，它需要实现哪些指标呢?这是一个亟待解决的问题，到目前为止就如何构建绿色信息机房我国还没有一个统一的标准，而从一些资料中看到，国际中专注于解决数据中心能耗问题的绿格子组织(GreenGrid)推出了一个新标准即PUE值。PUE值是指数据中心消耗的所有能源与IT设备负载消耗的能源之比。PUE值越接近于1，表示一个数据中心的绿色化程度越高。

虽然这一指标并不是衡量“绿色机房”的唯一标准，但就目前，国外一些较大的公司已经开始采用这一指标，而且大部分的信息机房的PUE指标都在2以下，而像谷歌、微软、雅虎等公司的信息机房的PUE指标更是达到了11一12之间，真正做到了实现绿色机房目的。在我国信息机房的设备数据中， PUE 值一般在2至3之间。这一数据还是很保守的，通过我们对我单位机房的数据进行研究，PUE值基本上都在3以上，有的甚至达到4以上，随着我国对提倡节能减排的深入，旨在更强烈地推动数据中心PUE指标的快速改善，已经是各个信息机房一项新的工作目标。

建设绿色机房具体的做法是：机房设计初期，根据机房面积与机房供电的最大容量进行机房的整体预置，包括机房的内装修，机房的总体配电，桥架顶制，强、弱电布线，管网式气体消防、机房照明等;这些方面的设计预置，在传统的方案中基本上也是要进行规划考虑的。其次，这方面的预置基木上都是无功预置，对 PUE 值不会产生影响，但对将来的机房不停机扩容却有着深远的影响。接下来我们会根据用户现有设备的负载来构建 1+N各模块（一定是小于机房总面积的 2/3），每个模块根据用户机房的实际尺小进行规划，最小的一个模块可以容纳 6个标准机柜，每一个模块都可以成为一个独立的小机房，可以配备匹配的不间断电源(可以在一定范围内进行扩容)、空调系统与龙管网气体消防系统。从而极大限度的解决信息机房的能源消耗问题，实现机房 PUE 指标的降低(通过我们的训算推演，可将机房的PUE控制在 1.5一1.8＜间)，同时，利用此模式的灵活扩容方式。更好的解决用户对信息化不断地更新的需求，当模块机房发展到机房总面积的 2 /3以上时，我们将不再增加模块中的空调与 UPS 电源，而是启用总控制室进行集中管理，提高这些设备的利用率，减少设备不断投入的成本，使得机房辅助用电负载与机房IT负载始终在个合理的匹配区间内，从而实现“绿色机房”的目标。

1.7人工智能技术在造纸行业中的应用

纸是人们日常生活和生产活动的主要原材料，其发展与我国的服务业发展息息相关。由于制浆造纸原料是木质原料，其生产过程需要大量的水和电，而黑水的产生对生态环境的严重危害。节能和减排是目前我国造纸工业的主要任务。目前，我国造纸工业已步入一个崭新的发展阶段，传统的节能降耗手段如 DCS、 FCS等已不能适应造纸技术的发展，不能实现节能的目的。在这一背景下，利用人工智能技术改造过去的技术，将有助于推动造纸工业的绿色、可再生的发展。

网络平台的核心技术主要分为六个层次，即 PaaS的公共功能技术，它包含了数据访问、数据管理和资源分配等多个方面。软件开发和工具技术包含了软件开发和维护的集成，而微型服务是智能服务，它包含了服务通信和服务发现。而资讯保密技术，则是资料存取与保护与管理之技术。随着人工智能技术与造纸工业的融合，将为造纸业的平台建设带来一个崭新的发展趋势。我国一家造纸企业采用了人工智能技术，通过建立一个企业终端，实现了数据的收集和处理，把采集到的数据输入到电脑中，并对其进行实时的挖掘，筛选出有利于公司发展的数据，通过分析，提高企业的生产效率，并具备很好的品质管理功能，为技术人员提供最优的数据。

二、AI人工智能的发展应用

2.1建设目标和建设策略

智能化建设的最终目的是实现资源共享，全面感知，远程指挥，自动控制，智能分析，趋势预测，专家智慧，优化决策。要巩固智能化的基础，必须在顶层进行智能应用蓝图的设计，建立智能应用基础框架，构建地面工程知识图谱，初步探索人工智能基础应用。智能化建筑是一项需要企业、 IT技术人员、人工智能技术人员共同努力的长期工作，业务人员提出智能化应用需求，并由人工智能技术人员具体开发实现，通过不断迭代，最终实现地面工程智能化的全面覆盖。为此，应本着开放、合作、共建、共享的建设理念，按照顶层设计，长期规划，逐步实施，逐步完善的建设步骤，遵循全面思考，放眼未来，打好基础，大步推进的建设战略，实施智能化建设。

2.2智能化建设总体架构

第一，数据库的整合。以数据为基础，将现有的数据资源与各种知识项目进行集成，形成统一的数据治理、管理、分析，形成一个完整的知识体系。第二，技术平台的整合。开发专业服务、专业软件支持服务、系统服务和人工智能服务平台，为企业的智能化应用提供信息化技术支持。第三，业务应用。按照业务流程，智能建筑分为四大类：地面前期，施工，生产，完整性管理，包括辅助设计，智能推荐，智能数据，智能分析，智能监控，智能文档，智能工具，智能专家八类智能应用。

三、人工智能应用领域的展望

在未来，人工智能将会越来越接近人类的各种行为，以视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等多种感官来获取和传达信息；利用电脑进行信息的处理、挑选、作出决定；通过说与做，在智能输出中传达信息的要求和指示；回应和执行智能的身体"行为"。但不管人工智能发展到什么程度，它都不可能完全代替人类的思维、精神、情感和情绪，它还没有完全的人性化和智能，它必须在不断地发展和学习人类的智慧。而在未来，随着人工智能技术的不断发展，信息安全问题也会越来越突出，成为未来科学家们的一个难题。

3.1基于深度学习的人工智能的认知能力将取得突破性进展

深度学习是人工智能革命的重要推动力，它的发展趋势是“深度学习+大数据”。从科学家们的报告中，我们可以看出，未来三到六年，人工智能将会是一种新的科技，而人类的信息将会以几何倍数的速度增长，而那些专家们所掌握的知识，也将会越来越多，到时候，人工智能就会成为一个新的时代。

深度学习是智能革命的关键，它可以让机器人拥有与人类一样的力量，而且不受任何约束，甚至超越了人类的极限。从科技发展的角度来看，未来的科技发展，必然是以人工智能为主导，与人工智能有关的产业，将会获得最大的利润。随着人工智能的发展，它的智慧将会超越人类的认知，而在人工智能领域中，也会出现很多新的产业。总之，人工智能的发展，将会打破人类对知识的理解，达到一个前所未有的高度。

3.2人脑科学的研究进展将助推人工智能向更高层次发展

世界上所有的人工智能都已经进入了智能的阶段，但即便是发达国家，也仅仅是初步的认知智能，以及计算机模型和神经元的运算。日本和我们国家，在人工智能方面也是数一数二的，他们都在做着一项名为“脑科学”的伟大工程，他们将利用大脑的神经理论，结合现代科技，来解决一些重大的脑科问题，比如人工智能。

脑科的研究，除了能够有效地治疗和防止严重的脑部疾病之外，还能够推动人工智能的发展。就拿“阿尔法”来说，他击败了世界围棋冠军，而“阿尔法”机器人，却没有人类的大脑结构，而是一种比较常见的单任务操作，属于人工智能的初级阶段，也就是计算智能，但即便如此，它也能击败围棋冠军。这意味着，如果将大脑应用到人工智能中，那么它的认知能力将会远超人类。

3.3人工智能技术大规模商业化应用将改变人类生活方式和世界经济生态

未来科学家预测，人工智能将会成为一种新的科技，它将会改变整个人类的生活。一些工业用了人工智能机器人，用机器人点菜，沃尔玛也在用机器人招待顾客，未来机器人取代人的工作将是一种潮流。人类的日常生活中也开始有了感情的机器人，随着经济的快速发展，机器人的研究和开发也有了很大的发展空间。

科技是一柄双刃剑，它给人类的生活带来了巨大的改变，但也给人类带来了巨大的不便。人工智能极大地提升了人类的生产力，但也淘汰了大量的人力劳动者。美国的一家名为 Knightscope的保安公司，正在大量的应用，它能够自动识别车牌和人脸，不仅精度高，效率高，还能节省工资。安全工作将会被人工智能机器人取代，这是一件很平常的事情。未来3-6年内，随着人工智能机器人的出现，大量的就业岗位将会出现，而劳动密集型行业将会更加的严峻，而企业的经营方式也会随之发生巨大的改变。科技的进步，会让整个世界都发生翻天覆地的变化，只有不断地学习，不断地进步，才能在科技的浪潮中站稳脚跟。

四、结语

随着智能化技术的不断发展，人们对节能和环境保护的理解也越来越深入，把智能技术和节约能源有机结合起来，从而实现可持续发展。本文主要从多个方面进行了人工智能技术的应用研究，以期为今后各产业实现节能目标打下了良好的基础。

原文刊于《工程技术（全文版）》