«А вместо сердца — пламенный мотор», или Ритманализ и управление «умным домом»
«Ты проснулся, умылся, побрился, отжался
Наступил на кота, с женой поругался
Помирился с женой, поругался с дорожной полицией» (Сплин — «Тебе это снится»)
А чем в это время занимался дом, тебе и не снится…
Дом проснулся за час до звонка твоего будильника, выпустил кота во двор, потом впустил обратно, сличив его физиономию и голос с образцом. Перевёл вентиляцию в спальне и кухне на ускоренный воздухообмен, чтобы подготовить атмосферу для бурной утренней деятельности. Поднял температуру в спальне на два градуса, до дневной отметки, чтобы легче вылезалось из-под одеяла. Запустил водонагреватель в ванной, чтобы к моменту умывания хватило на тебя, жену и ещё на бритьё. Добавил в поток приточного воздуха лёгкий лимонный аромат. Начал плавное увеличение освещённости в спальне. Запустил в кухне термопот на нагрев воды для кофе, а мультиварку — на кашу с фруктами. Пока ты самозабвенно ругался с котом и женой, он следил за кошачьей миской и тщетно мигал напоминанием. После ухода хозяев наполнил резервную миску сухим кормом, чтобы животное не голодало. Выключил термостат, водонагреватель и принудительную вентиляцию, открыв в окнах клапаны пассивного притока. Снизил в помещениях температуру до приемлемой для комнатных растений, полил их. Загрузил из сети следующую главу увлекательной книжки про умные дома и углубился в чтение…
Всё это, конечно, забавно и любопытно, но что там за ритманализ в заголовке? 
Ритманализ — это такое течение в архитектурной науке. Придумал его французский философ и социолог Анри Лефевр. Кажется, он просто очень любил глядеть в окно. А в свободное от этого увлекательного занятия время — гулять и смотреть по сторонам. И написал книжку (на самом деле, не одну), в которой учил этому других и рассказывал много интересного про то, как жизнедеятельность людей влияет на пространство. Но пульс города — это крупнокалиберная тема, там есть некоторые ритмы с периодом в десятки лет, для маленькой статьи это слишком уж долго. А вот попытаться поймать и «приручить», то есть использовать в своих целях, ритмы одного дома вполне можно.
Для начала, какие у «умного дома» есть точки ввода и вывода?
Получает информацию он через датчики (освещённости, температуры, влажности, уровня углекислого газа, движения, звука и проч., и проч.), он может отслеживать открытие-закрытие дверей и окон, включение-выключение электроприборов и даже распознавать изображение с камер.
Реагировать на раздражители дом может включением-выключением и изменением режима разнообразных приборов, открытием-закрытием дверей и окон, оповещением хозяина о каких-то событиях.
Логично, что при анализе и поиске закономерностей во входящем потоке информации можно настроить более подходящий спектр реакций. Например, энергосбережением уже давно никого не удивишь.
Какие же ритмы могут влиять на жизнь отдельно взятого домохозяйства?
Во-первых, это суточные (они же циркадные) ритмы каждого обитателя, включая животных. Они составляют достаточно сложную комбинацию (как сложение колебаний в физике). Конечно, полноценную хронограмму дом сам составить не сможет, откуда он знает, что вы чешете коту пузо между ужином и чаем, но отметить ваше регулярное нахождение в одном помещении вполне способен.
Недельные ритмы. Если график работы кого-то из домочадцев не 5/2, то они опять же сложатся в причудливый рисунок с повторяемостью уже не еженедельной, а месячной, а то и более. Будут дни, когда все дома, когда никого, когда кто-то один, и его циклограмма становится ведущей для управляющей системы.
Годовые ритмы. Смена времён года, изменение длины светового дня, температуры воздуха и так далее. На недельных и суточных циклах они тоже скажутся (примерно как модуляция низкочастотного управляющего сигнала высокочастотным несущим). Например, зимой вы дольше одеваетесь-раздеваетесь, раньше хотите спать, готовите другие блюда, предпочитаете иные виды отдыха, меняете соотношение пребывания дома и на улице.
Это всё теория, а как эти графики могут пригодиться в жизни, что при их помощи можно откалибровать?
Да, в общем-то, любую систему «умного дома» можно подстраивать при помощи анализа ритмов.
Например, вентиляция. Если какие-то двери в доме закрыты, они делят его на отсеки, между которыми воздухообмен затруднён. Даже если у вас не стоит отдельная метеостанция в каждой комнате, можно вычислить объёмы, учесть точки притока и вытяжки и настроить мощность механического притока воздуха, открывание вентиляционных клапанов или форточек так, чтобы поддерживать комфортную атмосферу в каждом «отсеке». Соответственно, когда дома все и все двери открыты и когда дома кто-то один и все двери закрыты, вентиляция будет работать очень по-разному.
Освещение. Про возможность устроить плавный «рассвет» голубоватым светильником для лёгкого просыпания уже было в начале. А вот обеспечение комнатным растениям оптимальной длины светового дня в любую погоду и время года при помощи специальной лампы — это другое, вы можете при желании задать годовой и суточный циклы и имитировать длину дня и количество света для любой широты. В зависимости от времени года, часа дня или дня недели можно калибровать и спектральные характеристики освещения. Например, если вы днём работаете дома, то стоит при необходимости в это время использовать холодный белый, чтобы не сбивать организм с толку, дёргая его часы туда-сюда. А вечером — тёплый белый и жёлтый, которые действуют успокаивающе.
А это — картинка из исследования о переводе биологических часов человеческого организма при помощи освещения разных типов. Умный дом так тоже может, если хорошо попросить. Например, если вы прилетели из отпуска со сменой часового пояса.
Температура. Здесь стоит отметить, что человек теряет тепло отнюдь не только из-за контакта с воздухом. Контакт с предметами, излучение, испарение влаги вносят больший вклад. За счёт этого в разное время года одна и та же температура воздуха может восприниматься очень по-разному благодаря разной температуре окружающих поверхностей и разной одежды на человеке. Можно откалибровать отопление и кондиционирование так, чтобы учитывать эти факторы и пожелания жильцов в автоматическом режиме, не создавая ситуаций, когда батарея работает на полную мощность под открытой форточкой.
Влажность. Она связана с вентиляцией и отоплением неразрывно, но в отличие от них, некоторые её источники динамичны: это сами перемещающиеся по дому жильцы, непрерывно выдыхающие пар, это санитарные помещения и кухня, используемые в циклическом режиме и создающие за раз различное количество пара, это растения, газообмен которых подчинён суточному ритму. Соответственно, увлажнителями тоже можно управлять не наобум.
Чем же парадигма умного дома с ритманализом отличается от обычной, и как её воплощать?
Вспомним разницу между «building automation» и «smart home»: один просто исполняет комплекс заложенных сценариев, другой реализует некие адаптивные алгоритмы, позволяющие добиться при своей эксплуатации большей экономии, безопасности или комфорта. Ритманализ — это как раз один из таких адаптивных механизмов в составе «smart home».
На входе модуль имеет заданные «по умолчанию» сценарии управления «начинкой» дома, инструменты для сбора и анализа разнообразной статистики, в том числе, поведения обитателей и случаев их ручного вмешательства в свою работу. На выходе получается постоянное «допиливание» отдельных программ по выбранным критериям эффективности и разнообразное комбинирование с целью минимизировать случаи ручного регулирования. Например, если в доме проживают два человека с очень разными представлениями о биоклиматическом комфорте, получится комбинация из подпрограмм: «дома только А; тепло, темно и влажно», «дома только Б; холодно, светло и сухо», «дома А и Б; несколько компромиссных вариантов в зависимости от погоды и времени года», «никого нет; минимальное энергопотребление, максимальная безопасность» и более тонкие случаи вроде «А спит, Б работает; разбить дом на две зоны с разными параметрами».
Система, очевидно, требует для обучения и калибровки достаточно долгого периода обычного ручного управления, ведь годовой цикл за неделю не сформируешь, да и в краткосрочном периоде ей требуется отфильтровать единовременные флуктуации от периодических пиков. И это вряд ли бюджетное решение, на данном уровне развития техники. Однако в результате должен получиться тот самый неоднократно описанный в НФ симбиотический объект, по аналогии с видом «homo sapiens sapiens» заслуживающий именования «smart smart home». Уровень неадаптивных «умных домов» с его минусами тоже описан в НФ, например, у Брэдбери в коротком рассказе «Будет ласковый дождь».
В общем, если потратить время на сбор и анализ информации, можно найти много интересного (а можно и не найти: все люди разные, и дома у них разные, и понятия о комфорте). Только не стоит забывать кроме цифр учитывать собственные субъективные впечатления и пожелания, ведь «наблюдатель» — неотъемлемый инструмент ритманализа и главный источник собственно аналитической составляющей.
