डीएओ, एलएलएम और डिजिटल ट्विन के साथ विकेंद्रीकृत स्वायत्त भवन साइबर-भौतिक प्रणालियाँ

विषय सूची

1. परिचय

वर्तमान स्वायत्त भवन शोध मुख्य रूप से ऊर्जा दक्षता और स्वचालन पर केंद्रित है, लेकिन अनुकूलनशीलता और पारदर्शिता में सीमाओं का सामना कर रहा है। पारंपरिक एआई प्रणालियाँ पूर्वनिर्धारित नियमों पर निर्भर करती हैं और जटिल, विकसित हो रहे भवन संचालनों से जूझती हैं। केंद्रीकृत सुविधा प्रबंधन संरचनाएँ वास्तविक स्वायत्तता में और बाधा डालती हैं। यह शोध पत्र एक नवीन विकेंद्रीकृत स्वायत्त भवन साइबर-भौतिक प्रणाली ढांचा प्रस्तुत करता है जो डीएओ, एलएलएम और डिजिटल ट्विन को एकीकृत करके स्मार्ट, स्व-प्रबंधित अवसंरचना बनाता है।

2. कार्यप्रणाली

2.1 विकेंद्रीकृत स्वायत्त भवन ढांचा

प्रस्तावित ढांचा तीन मुख्य तकनीकों को एकीकृत करता है: पारदर्शी शासन के लिए विकेंद्रीकृत स्वायत्त संगठन, बुद्धिमान निर्णय लेने के लिए बड़े भाषा मॉडल, और रीयल-टाइम भवन प्रतिनिधित्व के लिए डिजिटल ट्विन। यह एक साइबर-भौतिक प्रणाली बनाता है जो स्वायत्त संचालन और वित्तीय प्रबंधन में सक्षम है।

2.2 एलएलएम-आधारित एआई सहायक

एक उन्नत एआई सहायक को ट्रांसफॉर्मर-आधारित आर्किटेक्चर का उपयोग करके विकसित किया गया था ताकि सहज मानव-भवन अंतःक्रिया प्रदान की जा सके। यह प्रणाली भवन संचालन, ब्लॉकचेन लेनदेन और सुविधा प्रबंधन कार्यों के बारे में प्राकृतिक भाषा प्रश्नों को संसाधित करती है, जिससे निवासियों और स्वायत्त अवसंरचना के बीच निर्बाध संचार सक्षम होता है।

2.3 डिजिटल ट्विन एकीकरण

डिजिटल ट्विन घटक भौतिक भवन की एक आभासी प्रतिकृति बनाती है, जो रीयल-टाइम सेंसर डेटा के साथ लगातार अद्यतन होती रहती है। यह वास्तविक भवन कार्यों में बाधा डाले बिना भविष्य कहनेवाला रखरखाव, परिचालन अनुकूलन और परिदृश्य परीक्षण को सक्षम बनाता है।

3. तकनीकी कार्यान्वयन

3.1 गणितीय ढांचा

स्वायत्त निर्णय लेने की प्रक्रिया एक सुदृढीकरण सीखने के दृष्टिकोण का अनुसरण करती है जहां प्रणाली कई उद्देश्यों के आधार पर भवन संचालन को अनुकूलित करती है:

$J(\theta) = \mathbb{E}_{\tau \sim \pi_\theta}[\sum_{t=0}^{T} \gamma^t r(s_t, a_t)]$

जहां $J(\theta)$ उद्देश्य फलन का प्रतिनिधित्व करता है, $\pi_\theta$ नीति है, $r(s_t, a_t)$ समय $t$ पर पुरस्कार है, और $\gamma$ डिस्काउंट फैक्टर है। प्रणाली ऊर्जा दक्षता $E$, निवासी आराम $C$, और परिचालन लागत $O$ को संतुलित करती है:

$r(s_t, a_t) = \alpha E(s_t, a_t) + \beta C(s_t, a_t) + \delta O(s_t, a_t)$

3.2 कोड कार्यान्वयन

फुल-स्टैक विकेंद्रीकृत एप्लिकेशन को स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट्स के लिए सोलिडिटी और एआई घटकों के लिए पायथन का उपयोग करके कार्यान्वित किया गया था:

class AutonomousBuilding:
    def __init__(self, building_id, dao_contract, llm_model):
        self.building_id = building_id
        self.dao_contract = dao_contract
        self.llm_assistant = llm_model
        self.digital_twin = DigitalTwin(building_id)
    
    def process_occupant_request(self, query):
        # एलएलएम प्राकृतिक भाषा को संसाधित करता है
        intent = self.llm_assistant.classify_intent(query)
        if intent == "facility_control":
            return self.execute_facility_control(query)
        elif intent == "financial_operation":
            return self.execute_dao_voting(query)
        
    def optimize_operations(self, sensor_data):
        # स्वायत्त समायोजन के लिए सुदृढीकरण सीखना
        state = self.digital_twin.get_current_state()
        action = self.policy_network.predict(state)
        reward = self.calculate_reward(state, action)
        return action, reward

4. प्रायोगिक परिणाम

4.1 परीक्षण परिदृश्य

ढांचे को मान्य करने के लिए छह वास्तविक-विश्व परिदृश्यों का परीक्षण किया गया:

• डीएओ के माध्यम से भवन राजस्व और व्यय प्रबंधन
• प्राकृतिक भाषा के माध्यम से एआई-सहायता प्राप्त सुविधा नियंत्रण
• एचवीएसी प्रणालियों का स्वायत्त समायोजन
• भविष्य कहनेवाला रखरखाव अनुसूची
• ऊर्जा खपत अनुकूलन
• सुरक्षा और एक्सेस नियंत्रण स्वचालन

4.2 प्रदर्शन मेट्रिक्स

प्रोटोटाइप ने कई मेट्रिक्स में महत्वपूर्ण सुधार प्रदर्शित किए:

5. आलोचनात्मक विश्लेषण

6. भविष्य के अनुप्रयोग

तकनीक के व्यापक अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण क्षमता है:

• स्मार्ट शहर: जिला-स्तरीय स्वायत्त अवसंरचना प्रबंधन के लिए स्केलिंग
• आपदा लचीलापन: आपात स्थितियों के दौरान स्व-उपचार भवन नेटवर्क
• सतत विकास: स्वचालित कार्बन फुटप्रिंट अनुकूलन और रिपोर्टिंग
• स्वास्थ्य देखभाल सुविधाएँ: विशेष चिकित्सा आवश्यकताओं के लिए स्वायत्त पर्यावरणीय नियंत्रण
• अंतरिक्ष आवास: अंतरिक्ष भवन स्वचालन में अनुप्रयोग जहां मानव हस्तक्षेप सीमित है

भविष्य के शोध दिशाओं में दीर्घकालिक सुरक्षा के लिए क्वांटम-प्रतिरोधी क्रिप्टोग्राफी, भवनों के बीच गोपनीयता-संरक्षण सहयोग के लिए फेडरेटेड लर्निंग दृष्टिकोण, और सिंगापुर के वर्चुअल सिंगापुर प्रोजेक्ट जैसे पहलों द्वारा समर्थित शहरी-स्तरीय डिजिटल ट्विन के साथ एकीकरण शामिल हैं।

7. संदर्भ

1. Zhu, J. Y., et al. "Unpaired image-to-image translation using cycle-consistent adversarial networks." Proceedings of the IEEE international conference on computer vision. 2017.
2. National Institute of Standards and Technology. "Framework for Cyber-Physical Systems." NIST Special Publication 1500-201. 2017.
3. McKinsey Global Institute. "AI and the Future of Facilities Management." 2022.
4. Singapore National Research Foundation. "Virtual Singapore: The Integrated Digital Twin." 2023.
5. Buterin, V. "Ethereum White Paper: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform." 2014.
6. Vaswani, A., et al. "Attention is all you need." Advances in neural information processing systems. 2017.