Semantics-Driven Middleware Layer for Building Operation Analysis in Large-Scale Environments

Mgr. Adam Kučera

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

: Náklady na provoz budov představují významnou část výdajů organizací. Na trhu jsou v současné době k dispozici pokročilé softwarové nástroje, které umožňují vyhodnocování efektivity provozu. Tyto systémy se zaměřují zejména na analýzu založenou na ekonomických datech, datech o lidských zdrojích nebo vesměs statických dat, popisujících zejména nemovitý majetek organizace. Velké množství přesných, detailních a aktuálních dat by však mohlo být získáváno z tzv. Building Management Systems (BMS), které integrují různé automatizační a elektronické systémy. Tato provozní data jsou však v současné době nedostupná pro pokročilou analýzu. To je způsobeno zejména špatnou dostupností dat z BMS a chybějící sémantickou informací o významu dat. Disertace se zaměří na návrh vrstvy middleware, která propojí BMS s ostatními systémy, které jsou využívány pro správu budov. Cílem je poskytnout takové prostředí, které bude nabízet snadno použitelné datové zdroje a vhodná aplikační rozhraní. Vývojáři uživatelských aplikací se tedy budou moci plně soustředit na klíčové funkce aplikace z hlediska uživatele, jako jsou například pokročilé analytické metody nebo uživatelské rozhraní. Vrstva middleware bude poskytovat rozhraní pro přístup k datům z BMS a potřebnou sémantickou informaci ve formě ontologie. Disertace dále bude obsahovat přehled typických dotazů nad daty z BMS a definici specializovaných operátorů pro práci s daty z BMS (zejména filtrování, agregaci a výběr). Navržená infrastruktura zjednoduší vyhodnocování takovýchto dotazů a popsaná knihovna prototypů dotazů může vývojářům sloužit jako podklad pro vývoj jejich aplikací. Hlavním přínosem navrhované architektury bude zjednodušení vývoje aplikací nad BMS, takže umožní vznik pokročilých analytických nástrojů podobných těm, které jsou již dispozici pro jiné oblasti provozu organizace.

Abstract:

Costs related to the operation of facilities (buildings and devices) represent a significant part of expenses of an organization. To analyze the effectiveness and performance of facilities, advanced software systems are available on the market. Such systems focus mostly on the analysis of financial data, human resources information, or static data concerning the buildings. However, a large amount of precise, detailed and up-to-date information can also be gathered from building management systems (BMS) that integrate various building automation and electronic systems. The building operation data is currently unavailable for advanced analytical tools. This situation is largely attributable to two factors: inaccessibility of the BMS data and missing semantic information. The aim of the proposed thesis is to design a middleware layer that will integrate BMS with other facility management software systems. More specifically, the thesis aims to simplify the development of end-user applications by providing convenient data sources and interfaces, enabling the developers to fully focus on analytical methods and user-oriented aspects of the applications. The proposed middleware layer will provide connectors to the BMS system and ontology repository containing needed semantic information. First, the thesis will provide an overview of typical queries (needed data sources and required parameters), subsequently propose new domain specific operators for data grouping, filtering and aggregation. Finally, the middleware architecture will be proposed in order to simplify the execution of such queries. Moreover, the developers will have a library of query prototypes at their disposal for BMS data processing. As a result, the proposed architecture will facilitate the development of analytical tools for BMS that are similar to those available for another parts of facility management.

Keywords

Facility management, Building Automation System, Building Management System, Building Information model, Middleware, Software Architecture, Ontology, Semantics, Systems integration, Business Intelligence

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 10. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 13. 1. 2015
• Reader: doc. RNDr. Pavel Smrž, Ph.D., doc. RNDr. Jana Šarmanová, CSc.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Applied Informatics / Applied Informatics