2007年，谷歌派出一队车顶装有摄像头的汽车，为世界各地的道路提供街景图像。如今，麻省理工学院衍生企业 Essess 正将类似的“巡驶式”创新应用于住宅和企业的能源效率提升。
这家初创企业部署装有车顶热成像设备的汽车，每小时为数千栋住宅和建筑生成热图，检测“建筑围护结构”——窗户、门、墙壁和地基——中可修复的泄漏，帮助业主减少能源损耗。
Essess 的设备大约有一个大背包那么大，包括数台长波红外辐射测温相机和近红外相机。这些相机捕捉热特征，而激光雷达系统则拍摄三维图像，以便从物理环境中辨别建筑立面。车载控制系统配有用于跟踪路线和管理相机的软件。
在软件方面，计算机视觉和机器学习算法会拼接图像、提取特征并滤除背景物体。汽车一夜之间可生成超过 3 TB 的数据，这些数据会下载到车载系统，并在这家初创企业位于波士顿的总部进行处理。
Essess 将这些热图与新颖的分析方法结合起来，向公用事业公司指出哪些家庭能源泄漏最多，以及在这些家庭中，哪些业主最有可能进行修缮，以便公用事业公司知道应将能源效率支出投向何处。这可能包括向客户发送住宅热成像图，并附上有关哪些修缮措施最有望带来投资回报的信息。
但这家初创企业也与美国国防部合作，帮助识别其基地内浪费能源的建筑。学校、市政机构、炼油厂和其他组织也聘请 Essess 扫描其设施，并找出例如可能影响冬季供暖账单、回本周期短或符合特定预算的修缮措施。Essess 的分析也能回答这些问题。
“我们已经让热成像实现了高度自动化，并能够大规模应用，”Essess 联合创始人 Sanjay Sarma 说。他是 Fred Fort Flowers 和 Daniel Fort Flowers 机械工程教授，也是这项技术的共同发明者。
这家初创企业成立于 2011 年，此后已为军事、商业和研究用途绘制了美国各城市 400 多万栋住宅和建筑的地图。
Essess 加速前行
传统能源审计通常需要派一名员工到住宅，手动扫描并记录泄漏。事实上，热成像汽车的想法是 Sarma 于 2009 年想到的，当时一家公司派员工带着手持热成像设备到他家进行检测——所花时间比预期更长。
Sarma 说：“我记得当时想，‘直接把它装到车上，从房子旁边开过去，不是更容易吗？’”
但这面临许多挑战。Sarma 说：“非常昂贵的热成像相机，其分辨率还不如智能手机相机。”当时这种相机的价格约为 4 万美元。
随后在 2011 年，Field Intelligence Lab 学生 Long Phan（PhD ’12）对设备进行了关键创新，使低成本相机（约 1,000 美元）能够生成高分辨率热成像图。
其中包括一种名为 Kinetic Super Resolution 的算法——由他与 Sarma 及麻省理工学院博士后 Jonathan Jesneck 共同发明——它通过计算方式将廉价低分辨率红外相机拍摄的许多不同图像合成为一张高分辨率拼接图。
同年，Sarma、Phan 和 Jesneck 创立 Essess，以进一步开发这项技术。他们估计，只要让住宅的能效提高 2%，就能节省数十亿美元。
不只是找出问题根源
Sarma 说，这些早期的硬件创新“使 Essess 能够采用这种大规模的软件分析方法”。他如今担任 Essess 董事会董事。
对公用事业公司而言，这意味着找出更可能或更不可能采取能效措施的住宅和建筑业主。为此，Sarma 帮助开发了能够引入家庭及人口统计数据的软件，例如家庭按揭还款、住户年龄、子女数量和公用事业账单等信息。（此后，Essess 工程师进一步开发了这套软件。）
Essess 总裁兼首席执行官 Tom Scaramellino 说，例如，根据美国各地的数据，有三个孩子的家庭封堵泄漏的可能性比有两个孩子的家庭高约 8%。
他说：“这不仅仅是找出问题最严重的对象——也就是谁浪费的能源最多——因为有些客户可能确实在浪费能源，但他们永远不会去修。‘实际的能源浪费’和‘是否愿意采取行动的心理因素’是两个不同的分析维度，我们会将它们叠加起来。”
公用事业公司的分析结果会指出，例如哪些邮政编码区域的住宅阁楼漏风最严重，以及在这些住宅中，哪些业主最有可能安装阁楼保温层。Scaramellino 说，通过这个名为“热分析计划”的流程，公用事业公司可以更有针对性地开展面向客户的能效营销活动和其他推广项目。
这家初创企业称，Essess 的另一项优势是能够准确测量供暖、通风和空调（HVAC）系统的效率；这些系统消耗住宅和建筑所用能源的约 50%。
HVAC 系统的效率会受到系统本身、家庭行为因素（如恒温器和窗户的使用方式），以及建筑围护结构的影响。然而，如今测量 HVAC 效率的公司会读取仪表并使用其他数据，却没有建筑围护结构扫描，因此无法真正判断围护结构是否确实是问题所在。相比之下，Essess 掌握了所有这些信息。
Scaramellino 说：“如果我们看到仪表用量很高，而且对应着很高的 HVAC 负荷，但围护结构状况很好，我们就知道可能存在异常情况，需要 HVAC 承包商处理。”
现实：难以应付的客户
尽管 Essess 是 Sarma 创办的第三家初创企业，但它仍带来了不少重大挑战。
首先，由于温差、振动，以及夜间设备被留在室外等因素，红外相机需要每天校准。GPS 系统也必须不断调整，而且需要更复杂的软件。
Sarma 说：“接着你开着车四处行驶，发现线缆生锈了。我们意识到不能让相机整夜留在外面，所以必须让它们易于拆卸和重新安装。”
软件也是一项挑战。Sarma 说：“系统运行起来后，你会发现建筑前面有棵树，而在图像里很难分清树在哪里、建筑在哪里。”于是他们不得不安装激光雷达系统，以便更好地区分建筑立面与周围环境。
Sarma 说，最令人意外、也最具挑战性的方面或许是，他们发现硬件与软件之间的联系如此紧密。
他说：“这是真正的机电一体化。硬件上的微小变化可能会对软件产生深远影响。你可能会说：‘我们把相机的帧率调高，以采集更多数据’，但这会改变软件中的其他一切。你确实必须把所有环节放在一起考虑。”
Sarma 说，这项技术如今已进入第四次迭代；为适应现实应用而持续改进，帮助 Essess 开发出一套非常复杂的系统。他说：“现实是个难以应付的客户，但工程学的意义就在于此。”
本文由以下媒体联合发布： 麻省理工学院新闻。联合发布并不代表世界经济论坛认可文中观点。
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作者：Rob Matheson 是麻省理工学院新闻的撰稿人。
图片：Essess 热成像汽车拍摄的一栋住宅热图。Essess。
