Towards a cyber-physical system for sustainable and smart building: a use case for optimising water consumption on a SmartCampus

Abstract

En los últimos años, el avance conjunto del Internet de las Cosas y la Inteligencia Artificial está permitiendo desarrollos desafiantes para las Ciudades y Comunidades Inteligentes (C&C). En particular, el SmartCampus, como parte esencial de las S&CC, adquiere un transversal protagonismo. Por un lado, los SmartCampus son una representación realista de sistemas más complejos (es decir, ciudades o territorios inteligentes ciudades o territorios) donde desplegar sensores y planificar objetivos concretos. Sin embargo, por otro lado, los Smartcampuses permiten la coexistencia de diferentes tecnologías y redes de expertos que facilitan el desarrollo, la prueba y la evolución de tecnologías. Este artículo describe el sistema ciberfísico SmartPoliTech, un marco de Internet de las Cosas, como parte de un futuro campus inteligente. SmartPoliTech desarrolla un marco innovador que facilita la comunicación entre diferentes sistemas, la visualización de datos, el modelado de consumos, la generación de alertas y la concienciación sobre la sostenibilidad y el medio ambiente. medioambiental. Este marco se basa en una arquitectura orientada a servicios para controlar todos los procesos, desde el hardware hasta los sistemas de toma de decisiones. toma de decisiones. Este trabajo proporciona un sistema de gestión del agua sostenible e inteligente para predecir el consumo de agua utilizando modelos de mezclas gaussianas como funciones dependientes del día, del mes e incluso de la hora, basado en este sistema ciberfísico. La solución propuesta puede utilizarse en cualquier instalación, previéndose importantes beneficios en métricas como la minimización del desperdicio de agua.

In recent years, the joint advance of the Internet of Things and Artificial Intelligence is enabling challenging developments for Smart Cities and Communities (S&CC). In particular, the SmartCampus, as an essential part of S&CC, acquires a transverse protagonism. On the one hand, SmartCampuses are a realistic representation of more complex systems (i.e., intelligent cities or territories) where to deploy sensors and plan specific goals. Nevertheless, on the other hand, Smartcampuses allow the coexistence of different technologies and networks of experts that facilitate the development, testing, and evolution of technologies. This paper describes the Cyber-Physical System SmartPoliTech, an Internet of Things Framework, as part of a future smart campus. SmartPoliTech develops an innovative framework that facilitates communication between different systems, data visualization, consumption modeling, alert generation, and the awareness of sustainability and environmental issues. This framework is based on a Service-Oriented Architecture to control all processes, from hardware to decisionmaking systems. This paper provides a sustainable and intelligent water management system to predict water consumption using Gaussian Mixture Models as day-, month- and even hour-dependent functions based on this Cyber-Physical System. The proposed solution can be used in any facility, with significant benefits being foreseen in metrics such as the minimization of water wastage.