CN101140288A - 中央空调风管空气质量远程分析系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中央空调风管的空气质量远程分析系统，包括移动式空气检测装置、空气质量远程分析单元，所述移动式空气检测装置通过中央空调风管的开口设置在中央空调风管内；所述移动式空气检测装置与空气质量远程分析单元无线信号连接；所述移动式空气检测装置包括检测控制单元及与检测控制单元同时连接的灰尘采样模块、空气采样模块、声纳传感模块、红外传感模块、视觉传感模块、无线通信模块及执行机构；本发明可方便地对中央空调风管的空气质量进行检测，防止有害气体超标，防止以中央空调系统为媒介造成病毒的传播与扩散。

Description

中央空调风管空气质量远程分析系统及其方法

技术领域

本发明属于空气质量分析与检测领域，具体涉及中央空调风管的空气质量远程分析系统与方法。

背景技术

在我国，很多大型楼宇如写字楼、商场、办公楼等建筑中的中央空调通风管道运行多年都没有得到清洗，因而通风管道的壁上聚集了许多有害物质如灰尘、病菌、病毒、尘螨以及碳放射物等。这些污染物很容易混入风管进入室内的空气中，从而使室内环境被污染。调查表明室内空气污染来源中，来自中央空调通风系统的污染占40％～53％，而且75％以上的通风管道为中等以上的污染。在这种被污染的室内环境中长期工作将对人体造成危害，会产生偏头痛、易于疲劳、口干、烦躁等空调病症状。针对这一状况，卫生部2006年3月颁布了《公共场所集中空调通风系统清洗规范》。根据国家规范，定期对中央空调通风管道的卫生状况进行检测，以决定清扫的必要性和检测清扫的效果，这对保证室内空气的清洁和为工作人员提供安全舒适的工作环境具有十分重要的意义。由于检测人员直接进入中央空调风管进行空气质量分析与检测比较困难，而且工作条件差，因此设计一种对中央空调风管空气质量进行远程分析的方法和系统是十分必要的，但是目前还没有这样的远程分析方法和系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种中央空调风管的空气质量远程分析系统与方法，本发明可以方便地对中央空调风管的空气质量进行检测，防止细菌和有害气体超标，从而有效防止以中央空调系统为媒介造成病毒的传播与扩散。

本发明的目的是通过下述技术方案实现：中央空调风管的空气质量远程分析系统，包括移动式空气检测装置及空气质量远程分析单元，所述移动式空气检测装置设置在中央空调风管内；所述移动式空气检测装置与空气质量远程分析单元无线信号连接；所述移动式空气检测装置包括检测控制单元及与检测控制单元同时连接的灰尘采样模块、空气采样模块、声纳传感模块、红外传感模块、视觉传感模块、无线通信模块及执行机构；所述执行机构包括电机驱动器、行走电机和运动机构，所述运动机构通过行走电机与电机驱动器连接，所述电机驱动器与检测控制单元连接。

所述灰尘采样模块包括电子秤及灰尘采样盘，所述电子秤、灰尘采样盘设置在移动式空气质量检测装置上。

所述检测控制单元包括视觉信息处理模块、声纳信息处理模块、红外信息处理模块、多传感器信息融合模块、快速三维环境建模模块、全局定位模块、智能导航与高层规划模块、底层运动控制模块、空气采样数据与灰尘采样数据模块、数据编码与压缩模块及数据接收与发送模块；所述视觉信息处理模块、声纳信息处理模块、红外信息处理模块的输出端与多传感器信息融合模块的输入端连接；所述多传感器信息融合模块的输出端分别与快速三维环境建模模块、全局定位模块、智能导航与高层规划模块的输入端连接；所述快速三维环境建模模块输出端通过全局定位模块和智能导航与高层规划模块输入端连接；所述底层运动控制模块输入端与智能导航与高层规划模块输出端连接；所述底层运动控制模块的输出端与快速三维环境建模模块输入端连接；所述数据编码与压缩模块的输入端分别与快速三维环境建模模块、视觉信息处理模块的输出端连接；所述底层运动控制模块与数据接收与发送模块互接；所述空气采样数据与灰尘采样数据模块输出端和数据接收与发送模块输入端连接；所述数据编码与压缩模块的输出端与数据接收与发送模块输入端连接。

所述空气质量远程分析单元包括空气质量智能分析模块、超标报警模块、空气质量数据存储模块、清洗与消毒决策支持模块、空气质量指标显示模块、视频存储与检索模块、远程遥控操作模块、视频显示模块、三维环境模型显示模块及信息接收与发送模块；所述空气质量智能分析模块与空气质量数据存储模块、清洗与消毒决策支持模块、空气质量指标显示模块、信息接收与发送模块、超标报警模块连接；所述信息接收与发送模块通过视频存储与检索模块与视频显示模块连接；所述信息接收与发送模块还通过远程遥控操作模块与三维环境模型显示模块连接。

所述中央空调风管的空气质量远程分析系统还包括遥控操作杆，所述遥控操作杆与空气质量远程分析单元信号连接。

所述远程遥控操作模块包括三维环境模型数据解码模块、三维环境模型细化与渲染处理模块、遥控指令接收模块、基本行为数据存储模块、基本行为选择模块、遥控指令行为预测模块及危险操作预警模块；所述遥控指令接收模块输出的遥控指令信号连接到基本行为选择模块，所述基本行为选择模块输出的行为选择信号连接到遥控指令行为预测模块；所述三维环境模型数据解码模块输出的三维环境模型解码信号连接到三维环境模型细化与渲染处理模块，所述三维环境模型细化与渲染处理模块输出的三维环境模型细化与渲染信号连接到遥控指令行为预测模块；所述遥控指令行为预测模块输出的指令行为预测信号连接到危险操作预警模块。

所述移动式空气检测装置与空气质量远程分析单元通过无线信号中继器连接，所述无线信号中继器设置在中央空调风管的开口处。

中央空调风管的空气质量远程分析系统的空气质量远程分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)移动式空气质量检测装置利用安装在检测控制单元的视觉传感模块拍摄中央空调风管的图像、声纳传感模块检测风管的高度和宽度、红外传感模块检测前方的障碍物信息，并把采集到这些信息传送到检测控制单元进行处理，检测控制单元通过计算并做出决策，使移动式空气质量检测装置自主地在中央空调风管中运动，并进行中央空调风管空气质量检测和风管侧壁灰尘的采集；

(2)检测控制单元的空气采样数据与灰尘采样数据处理模块对来自灰尘采样模块、空气采样模块采集的信息进行处理，检测控制单元的视觉信息处理模块对来自视觉传感模块采集的信息进行处理，并将处理得到的灰尘质量数据、空气主要成分数据、视觉信息以无线通信的方式传送给空气质量远程分析单元的空气质量智能分析模块，所述空气质量智能分析模块对灰尘质量数据、空气成分数据进行统计分析，并评价中央空调风管的清洁状况是否达标，如果没有达标，清洗与消毒决策支持模块则提供中央空调风管清洗或消毒方案；检测控制单元同时将其处理得到的三维环境模型数据以无线通信的方式传送给空气质量远程分析单元的远程遥控操作模块，所述远程遥控操作模块接收来自数据接收与发送模块的三维环境模型数据，在移动式空气质量检测装置碰到不能跨越的障碍时，并将数据传送给三维环境模型显示模块实时显示，以便对移动式空气质量检测装置进行遥控操作。

所述步骤(1)检测控制单元通过计算并做出决策，使移动式空气质量检测装置自主地在中央空调风管中运动，包括以下步骤：

(A)检测控制单元中的视觉信息处理模块利用基于层次化贝叶斯模型的视觉信息处理方法，识别中央空调风管中可能存在的障碍物和风管侧壁；所述检测控制单元中的声纳信息处理模块及红外信息处理模块利用霍夫变换对声纳传感模块和红外传感模块采集传感数据进行处理，从中提取与风管侧壁相对应的边缘信息；

(B)检测控制单元中的多传感器信息融合模块利用基于粗糙集理论与神经网络相结合的多传感器信息融合方法，根据来自视觉传感模块、声纳传感模块、红外传感模块的信息的互补性，对中央空调风管侧壁信息、障碍物信息及侧壁边缘信息进行融合；

(C)检测控制单元中的快速三维环境建模模块根据多传感器融合后的信息，利用基于混合采样进化粒子滤波器的同时定位与地图创建方法实时建立高精度的三维环境建模，根据建立的三维环境模型可以准确识别风管中存在的障碍物，并计算中央空调风管的主要参数；所述风管的主要参数是风管的宽度与高度；

(D)检测控制单元的全局定位模块利用步骤(C)已经创建的三维环境模型和当前时刻的多传感器信息估计移动式空气质量检测装置在中央空调风管中的准确位置和状态；

(E)最后，检测控制单元的智能导航与高层决策模块根据步骤(C)创建的三维环境模型、移动式空气质量检测装置的状态和多传感器信息，做出决策以控制移动式空气质量检测装置在中央空调风管中安全地运动。

所述步骤(2)中空气质量智能分析模块对数据进行统计分析，并评价中央空调风管的清洁状况是否达标，包括以下步骤：

(a)首先对采集的数据进行统计分析，计算其均值与方差；如果方差大于设定的阈值则说明采集的数据不稳定，需要重新采集，否则从空气质量数据存储模块中读取各个指标的标准值；所述标准是国家关于中央空调是否清洁的标准；

(b)然后根据从空气质量数据存储模块中读取各种标准值判断各种有害气体的含量是否大于标准值，如果大于标准值则通过超标报警模块进行报警；

(c)如果小于标准值，判断从中央空调风管侧壁采集到的积尘的重量是否超标，如果超标则通过超标报警模块进行报警；

(d)如果报警，则可对中央空调风管进行清洗或消毒处理。

所述步骤(2)所述远程遥控操作模块接收来自数据接收与发送模块的三维环境模型数据，将数据传送给三维环境模型显示模块实时显示，以便在移动式空气质量检测装置碰到不能跨越的障碍时对移动式空气质量检测装置进行遥控操作，包括以下步骤：

(一)三维环境模型数据解码模块对经由无线信号中继器转发的压缩过的三维环境模型数据进行解码；

(二)三维环境模型细化与渲染处理模块对三维环境模型进行细化、渲染处理建立实体三维模型，并且将处理后的三维环境模型传送给三维环境模型显示模块实时显示；

(三)遥控指令接收模块判断是否有遥控指令输入，若无，则返回到步骤(二)，若有，则基本行为选择模块根据遥控指令从基本行为数据存储模块中选择合适的基本行为；

(四)遥控指令行为预测模块根据三维环境模型和移动式空气质量检测装置的当前位姿及其动力学与运动学模型预测行为的结果；

(五)危险操作预警模块根据预测的行为结果判断移动式空气质量检测装置根据发送的指令运动是否安全，如果安全则将指令发送给移动式空气质量检测装置，否则提示可能会出现的危险。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明的移动式空气质量检测装置可以实时检测中央空调风管空气中有害气体的含量，同时采集中央空调风管侧壁上的灰尘，并利用无线通信将数据传送给中央空调风管外的空气质量远程分析系统进行分析；可以方便地对中央空调风管的空气质量进行检测，防止有害气体超标，以及防止以中央空调系统为媒介造成病毒的传播与扩散。

(2)本发明的移动式空气质量检测装置通过检测控制单元进行控制具有在中央空调风管中自主运动和自主决策的能力，使操作人员不需要掌握高深的机器人领域的专业知识就可以轻松地进行操作，并且减少机器人作业中的人为干预，能更好地保证检测结果的可靠性与公平性。

(3)本发明的移动式空气质量检测装置的检测控制单元软件，包含了多传感器信息融合与快速环境建模模块；根据多传感器融合后的信息，利用基于混合采样进化粒子滤波器的同时定位与地图创建方法实时建立高精度的三维环境建模；而高精度的三维环境建模是提高移动式空气质量检测装置的自主运动和自主决策能力的关键。

(4)本发明的空气质量智能分析模块可以对中央空调风管的污染状况和周围的环境及投入运行的年限的相关关系进行分析，并对中央空调风管污染的原因与状况进行分类；而且清洗与消毒决策支持模块则会根据分类结果，提供中央空调风管清洗、消毒的可选方案；可以更好地保证中央空调风管清洗、消毒的有效性。

(5)本发明的远程遥控操作模块可以根据三维环境模型、移动式空气质量检测装置的当前位姿及其动力学与运动学模型预测遥控指令会产生的结果；并判断移动式空气质量检测装置根据发送的指令运动是否安全，如果安全则将指令发送给移动式空气质量检测装置，否则提示可能会出现的危险，这样不仅可以在遥控操作的过程中确保移动式空气质量检测装置的安全，而且可以降低对操作人员的要求。

附图说明

图1为本发明的中央空调风管的空气质量远程分析系统；

图2为本发明的移动式空气质量检测装置结构框图；

图3为本发明的移动式空气质量检测装置的检测控制单元结构框图；

图4为本发明的空气远程质量分析单元结构框图；

图5为本发明的远程遥控操作模块结构框图；

图6为本发明的空气质量分析流程示意图；

图7为本发明的视频存储与检索流程示意图；

图8为本发明的遥控操作流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示的中央空调风管的空气质量远程分析系统，包括移动式空气检测装置1、空气质量远程分析单元3、遥控操作杆4及无线信号中继器2，所述移动式空气检测装置1通过中央空调风管5的开口设置在中央空调风管5内；所述移动式空气检测装置1与空气质量远程分析单元3信号连接；所述遥控操作杆4与空气质量远程分析单元3信号连接；所述移动式空气检测装置1与空气质量远程分析单元3通过无线信号中继器2连接，所述无线信号中继器2设置在中央空调风管5的开口处。

如图2所示，移动式空气质量检测装置包括检测控制单元、与检测控制单元同时连接的灰尘采样模块、空气采样模块、声纳传感模块、红外传感模块、视觉传感模块、无线通信模块及执行机构；所述执行机构包括电机驱动器、行走电机及运动机构，所述运动机构通过行走电机与检测控制单元连接，所述电机驱动器与检测控制单元连接。所述灰尘采样模块包括电子秤、灰尘采样盘，所述灰尘采样盘、电子秤设置在移动式空气质量检测装置上；其中红外传感模块由18个红外测距传感器组成的，声纳传感模块是由12组声纳的距离传感器与基于DSP的嵌入式信息采集卡组成的声纳传感模块，视觉传感模块是由一个全维视觉系统、一个带云台的CCD与一组照明灯组成的视觉传感模块。

移动式空气质量检测装置的检测控制单元包括视觉信息处理模块、声纳信息处理模块、红外信息处理模块、多传感器信息融合模块、快速三维环境建模模块、全局定位模块、智能导航与高层决策模块、空气采样数据与灰尘采样数据模块、底层运动控制模块、数据编码与压缩模块及数据接收与发送模块，如图4所示，所述视觉信息处理模块、声纳信息处理模块、红外信息处理模块的输出端将处理后的感知信息分别输出给多传感器信息融合模块；所述多传感器信息融合模块的输出端将融合后的感知信息分别输出给快速三维建模模块、全局定位模块、智能导航与高层决策模块；所述快速三维建模模块的输出端将三维环境模型输出给全局定位模块；全局定位模块的输出端与智能导航与高层决策模块相连，将根据多传感器信息融合模块提供的感知信息和三维环境模型计算出的移动式空气检测装置在风管中的位置信息输出给智能导航与高层决策模块；所述智能导航与高层决策模块输出端与底层运动控制模块输入端连接，将导航和决策信息发送给底层运动控制模块；底层运动控制模块的输出端与快速三维环境建模模块输入端连接，将控制信息反馈给快速三维环境建模模块；所述视觉信息处理模块、快速三维环境建模模块的另一输出端与数据编码与压缩模块的输入端相连，将视觉信息和三维环境模型发送给数据编码与压缩模块进行编码和压缩；所述数据编码与压缩模块的输出端将压缩后的数据输出给数据接收与发送模块；所述底层运动控制模块和数据接收与发送模块相连，将移动式空气检测装置的位置信息输出给数据接收与发送模块，同时接收来自数据接收与发送模块的远程遥控操作信息；所述空气采样数据与灰尘采样数据模块也和数据接收与发送模块相连，将采集到的数据输出给数据接收与发送模块。

如图5所示，空气远程质量分析单元包括空气质量智能分析模块、空气质量数据存储模块、清洗与消毒决策支持模块、超标报警模块、空气质量指标显示模块、视频存储与检索模块、远程遥控操作模块、视频显示模块、三维环境模型显示模块及信息接收与发送模块；所述空气质量智能分析模块与空气质量数据存储模块、清洗与消毒决策支持模块、空气质量指标显示模块及信息接收与发送模块同时连接；所述信息接收与发送模块通过视频存储与检索模块与视频显示模块连接；所述信息接收与发送模块还通过远程遥控操作模块与三维环境模型显示模块连接。

如图6所示，远程遥控操作模块包括三维环境模型数据解码模块、三维环境模型细化与渲染处理模块、遥控指令接收模块、基本行为数据存储模块、基本行为选择模块、遥控指令行为预测模块及危险操作预警模块；所述遥控指令接收模块输出的遥控指令信号连接到基本行为选择模块，所述基本行为选择模块输出的行为选择信号连接到遥控指令行为预测模块；所述三维环境模型数据解码模块输出的三维环境模型解码信号连接到三维环境模型细化与渲染处理模块，所述三维环境模型细化与渲染处理模块输出的三维环境模型细化与渲染信号连接到遥控指令行为预测模块；所述遥控指令行为预测模块输出的指令行为预测信号连接到危险操作预警模块。

结合图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明中央空调风管的空气质量远程分析系统的空气质量远程分析方法，包括以下步骤：

(1)移动式空气质量检测装置利用安装在检测控制单元的视觉传感模块拍摄中央空调风管的图像、声纳传感模块检测风管的高度和宽度、红外传感模块检测前方的障碍物信息，并把采集到这些信息传送到检测控制单元进行处理，检测控制单元通过计算并做出决策，使移动式空气质量检测装置自主地在中央空调风管中运动，并进行中央空调风管空气质量检测和风管侧壁灰尘的采集；

(2)检测控制单元的空气采样数据与灰尘采样数据处理模块对来自灰尘采样模块、空气采样模块采集的信息进行处理，检测控制单元的视觉信息处理模块对来自视觉传感模块采集的信息进行处理，并将处理得到的灰尘质量数据、空气主要成分数据，以无线通信的方式传送给空气质量远程分析单元的空气质量智能分析模块，所述空气质量智能分析模块对灰尘质量数据、空气成分数据进行统计分析，并评价中央空调风管的清洁状况是否达标，如果没有达标，清洗与消毒决策支持模块则提供中央空调风管清洗或消毒方案；检测控制单元将视觉信息以无线通信的方式传送给空气质量远程分析单元的视频存储与检索模块，视频存储与检索模块将视觉信息存入视频数据库，然后将视觉信息传送给视频显示模块进行显示；检测控制单元同时将其处理得到的三维环境模型数据以无线通信的方式传送给空气质量远程分析单元的远程遥控操作模块，所述远程遥控操作模块接收来自数据接收与发送模块的三维环境模型数据，在移动式空气质量检测装置碰到不能跨越的障碍时，并将数据传送给三维环境模型显示模块实时显示，以便对移动式空气质量检测装置进行遥控操作。

所述步骤(1)检测控制单元通过计算并做出决策，使移动式空气质量检测装置自主地在中央空调风管中运动，包括以下步骤：

(A)检测控制单元中的视觉信息处理模块利用基于层次化贝叶斯模型的视觉信息处理方法，识别中央空调风管中可能存在的障碍物和风管侧壁；所述检测控制单元中的声纳信息处理模块及红外信息处理模块利用霍夫变换对声纳传感模块和红外传感模块采集传感数据进行处理，从中提取与风管侧壁相对应的边缘信息；所述基于层次化贝叶斯模型的视觉信息处理方法分为学习和识别两个阶段：在学习阶段，首先人工地把每张图像根据其包含的内容分成不同的类别，并且所述类别是一种层次化的类别，也就是分类信息中包含了类别之间的从属关系，然后提取图像中的特征，包括：边缘，角点等，并计算这些特征之间的相对位置关系，并从同一类型物体的多幅图像中统计这些特征及它们之间的相对位置关系在这类型物体中同时出现的概率，再根据类别之间的从属关系，将属于同一个大类别的多个小类的信息进行综合，统计该大类别中这些特征及它们之间的相对位置关系在这类型物体中同时出现的概率；在识别阶段，首先提取目标图像中的特征，计算特征之间的相对位置关系，然后根据这些特征和它们之间的位置关系，利用贝叶斯模型识别该目标属于哪个大的类别，然后在识别是这个大类别中的哪个小类别。该方法在目标识别的过程中不仅可以利用图像特征，同时可以利用特征之间的相对位置关系和各类目标之间的从属关系，利用层次化的从属关系可以提高目标识别的效率和鲁棒性，而利用特征之间的相对位置关系可以提高目标识别的精度；所述检测控制单元中的声纳信息处理模块及红外信息处理模块利用霍夫变换对声纳传感模块和红外传感模块采集传感数据进行处理，从中提取与风管侧壁相对应的边缘信息；

(B)检测控制单元中的多传感器信息融合模块利用基于粗糙集理论与神经网络相结合的多传感器信息融合方法，根据来自视觉传感模块、声纳传感模块、红外传感模块的信息的互补性，对中央空调风管侧壁信息、障碍物信息及侧壁边缘信息进行融合；所述的多传感器信息融合方法是将粗糙集理论引入到神经网络模型中，通过粗糙集理论表示传感器信息的不确定性，神经网络对这些不确定的信息进行融合，从而充分利用多传感器信息之间的互补性；

(C)检测控制单元中的快速三维环境建模模块根据多传感器融合后的信息，利用基于混合采样进化粒子滤波器的同时定位与地图创建方法实时建立高精度的三维环境建模，根据建立的三维环境模型可以准确识别风管中存在的障碍物，并计算中央空调风管的主要参数；所述风管的主要参数是风管的宽度与高度；所述利用基于混合采样进化粒子滤波器的同时定位与地图创建方法实时建立高精度的三维环境建模是：用一些离散的粒子来表示移动式空气质量检测装置可能的运动轨迹；在某一时刻，这些粒子代表了移动式空气质量检测装置的位置的概率分布，根据这个离散的概率分布，利用移动式空气质量检测装置的控制信息，可以抽取代表下一时刻移动式空气质量检测装置的可能位置的粒子，也就是下一时刻移动式空气质量检测装置位置的先验概率的离散分布，然后根据传感器的感知信息计算获得这些观测信息的可能位置，也就是根据传感器的感知信息抽取粒子；再利用这些粒子表示的移动式空气质量检测装置的位置计算出来的三维环境模型的精度，按照一定的权重将这两种粒子混合在一起；同时，将粒子滤波器中的粒子视为演化计算中的基因，并引入演化计算中的进化机制对粒子进行优化，使离散分布的粒子能够更好地表示三维环境模型的后验概率分布，从而可以获得更加精确的三维环境模型；

(D)检测控制单元的全局定位模块利用步骤(C)已经创建的三维环境模型和当前时刻的多传感器信息估计移动式空气质量检测装置在中央空调风管中的准确位置和状态；

(E)最后，检测控制单元的智能导航与高层决策模块根据步骤(C)创建的三维环境模型、移动式空气质量检测装置的状态和多传感器信息，做出决策以控制移动式空气质量检测装置在中央空调风管中安全地运动。

如图6所示，上述步骤(2)中空气质量智能分析模块对数据进行统计分析，并评价中央空调风管的清洁状况是否达标，如果没有达标，清洗与消毒决策支持模块则提供中央空调风管清洗或消毒方案，包括以下步骤：

(a)首先对多次采集的数据进行统计分析，计算其均值与方差；如果方差大于设定的阈值则说明采集的数据不稳定，需要重新采集，否则从空气质量数据存储模块中读取各个指标的标准值；所述标准是国家关于中央空调是否清洁的标准，所述各个指标的标准值要符合卫生部颁发的《公共场所集中空调通风系统卫生规范》和《室内空气质量标准》关于中央空调风管的清洁状况是否达标，以及其污染的严重程度的标准；

(b)然后根据从空气质量数据存储模块中读取各种标准值判断各种有害气体的含量是否大于标准值，如果大于标准值则报警；

(c)如果小于标准值，判断从中央空调风管侧壁采集到的积尘的重量是否超标，如果超标则报警；

(d)如果报警，则可对中央空调风管进行清洗或消毒处理。

如图7所示，上述步骤(2)中视频存储与检索模块对视频图像进行处理、标注以后，进行视频存储，将其存入视频数据库，以便进行检索，包括以下步骤：

①视频存储与检索模块对信息接收与发送模块传送过来的图像进行解码；

②视频存储与检索模块对利用层次化贝叶斯模型建立图像的模型以对图像的内容进行分层描述；

③将视频的描述与标准图像库进行匹配，给其标注上相关的关键词，并存储；

④如果需要进行视频检索则执行步骤⑤-⑦；

⑤对输入的关键词进行分析，从标准的关键词库中找到与其语义相同的标准关键词；

⑥从视频库中读取已经标注好的视频，搜索其标注与关键词相匹配的视频；

⑦如果找到，则按照设定的时间顺序播放视频，否则提示操作人员没有找到与关键词相匹配的视频。

如图8所示，所述步骤(2)中远程遥控操作模块接收来自数据接收与发送模块的三维环境模型数据，在移动式空气质量检测装置碰到不能跨越的障碍时，并将数据传送给三维环境模型显示模块实时显示，以便对移动式空气质量检测装置进行遥控操作，包括以下步骤：

(一)三维环境模型数据解码模块对经由无线信号中继器转发的压缩过的三维环境模型数据进行解码；

(二)三维环境模型细化与渲染处理模块对三维环境模型进行细化、渲染处理建立实体三维模型，并且将处理后的三维环境模型传送给三维环境模型显示模块实时显示；

(三)遥控指令接收模块判断是否有遥控指令输入，若无，则返回到步骤(二)，若有，则基本行为选择模块根据遥控指令从基本行为数据存储模块存储的基本行为库中选择合适的基本行为；

(四)遥控指令行为预测模块根据三维环境模型和移动式空气质量检测装置的当前位姿及其动力学与运动学模型预测行为的结果；

(五)危险操作预警模块根据预测的行为结果判断移动式空气质量检测装置根据发送的指令运动是否安全，如果安全则将指令发送给移动式空气质量检测装置，否则提示可能会出现的危险。

本发明提供的中央空调风管的空气质量远程分析方法与系统的空气质量远程分析技术实现方案是：中央空调风管空气质量的分析从三个方面进行，其一是移动式空气质量检测装置每移动5米就通过安装在其上的检测仪器测量一次总挥发性有机化合物、可吸入颗粒物、二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲醛和苯的含量；其二移动式空气质量检测装置的灰尘采集模块用在干燥器中存放24小时后的无纺布分别采集风管壁上左、右、下三个方位的10×10cm²区域中的灰尘，然后用电子秤测量灰尘的重量；其三是移动式空气质量检测装置的空气采样模块在无菌条件下采集风管中的1升空气样本，以带回实验室进行细菌培养。同时，移动式空气质量检测装置将检测到的数据通过无线信号经由信号中继器发送给空气质量分析系统；空气质量分析软件系统中的空气质量性能指标显示模块将数据实时地显示给操作人员；并且由空气质量数据库模块将数据存入数据库；然后按照卫生部颁发的《公共场所集中空调通风系统卫生规范》和《室内空气质量标准》评价中央空调风管的清洁状况是否达标，以及其污染的严重程度；如果没有达标，清洗与消毒决策支持模块则会提供中央空调风管清洗、消毒的可选方案。

所述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.中央空调风管的空气质量远程分析系统，其特征在于，包括移动式空气检测装置及空气质量远程分析单元，所述移动式空气检测装置设置在中央空调风管内；所述移动式空气检测装置与空气质量远程分析单元无线信号连接；所述移动式空气检测装置包括检测控制单元及与检测控制单元同时连接的灰尘采样模块、空气采样模块、声纳传感模块、红外传感模块、视觉传感模块、无线通信模块及执行机构；所述执行机构包括电机驱动器、行走电机和运动机构，所述运动机构通过行走电机与电机驱动器连接，所述电机驱动器与检测控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的灰尘采样模块负责采集中央空调风管壁上的灰尘，其特征在于：

所述灰尘采样模块包括电子秤及灰尘采样盘，所述电子秤、灰尘采样盘设置在移动式空气质量检测装置上；

所述检测控制单元包括视觉信息处理模块、声纳信息处理模块、红外信息处理模块、多传感器信息融合模块、快速三维环境建模模块、全局定位模块、智能导航与高层规划模块、底层运动控制模块、空气采样数据与灰尘采样数据模块、数据编码与压缩模块及数据接收与发送模块；所述视觉信息处理模块、声纳信息处理模块、红外信息处理模块输出端与多传感器信息融合模块输入端连接；所述多传感器信息融合模块输出端分别与快速三维环境建模模块、全局定位模块、智能导航与高层规划模块的输入端连接；所述快速三维环境建模模块输出端通过全局定位模块和智能导航与高层规划模块输入端连接；所述底层运动控制模块输入端与智能导航与高层规划模块输出端连接；所述底层运动控制模块的输出端与快速三维环境建模模块输入端连接；所述数据编码与压缩模块的输入端分别与快速三维环境建模模块、视觉信息处理模块的输出端连接；所述底层运动控制模块与数据接收与发送模块互接；所述空气采样数据与灰尘采样数据模块输出端和数据接收与发送模块输入端连接；所述数据编码与压缩模块的输出端与数据接收与发送模块输入端连接。

3.根据权利要求1所述的中央空调风管的空气质量远程分析系统，其特征在于，所述空气质量远程分析单元包括空气质量智能分析模块、超标报警模块、空气质量数据存储模块、清洗与消毒决策支持模块、空气质量指标显示模块、视频存储与检索模块、远程遥控操作模块、视频显示模块、三维环境模型显示模块及信息接收与发送模块；所述空气质量智能分析模块与空气质量数据存储模块、清洗与消毒决策支持模块、空气质量指标显示模块、信息接收与发送模块、超标报警模块连接；所述信息接收与发送模块通过视频存储与检索模块与视频显示模块连接；所述信息接收与发送模块还通过远程遥控操作模块与三维环境模型显示模块连接。

4.根据权利要求2或3所述的中央空调风管的空气质量远程分析系统，其特征在于，所述中央空调风管的空气质量远程分析系统还包括遥控操作杆，所述遥控操作杆与空气质量远程分析单元信号连接。

5.根据权利要求4所述的中央空调风管的空气质量远程分析系统，其特征在于，所述远程遥控操作模块包括三维环境模型数据解码模块、三维环境模型细化与渲染处理模块、遥控指令接收模块、基本行为数据存储模块、基本行为选择模块、遥控指令行为预测模块及危险操作预警模块；所述遥控指令接收模块输出的遥控指令信号连接到基本行为选择模块，所述基本行为选择模块输出的行为选择信号连接到遥控指令行为预测模块；所述三维环境模型数据解码模块输出的三维环境模型解码信号连接到三维环境模型细化与渲染处理模块，所述三维环境模型细化与渲染处理模块输出的三维环境模型细化与渲染信号连接到遥控指令行为预测模块；所述遥控指令行为预测模块输出的指令行为预测信号连接到危险操作预警模块。

6.根据权利要求1所述的中央空调风管的空气质量远程分析系统，其特征在于，所述移动式空气检测装置与空气质量远程分析单元通过无线信号中继器连接，所述无线信号中继器设置在中央空调风管的开口处。

7.实现权利要求1～6项任一项所述中央空调风管的空气质量远程分析系统的空气质量远程分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)移动式空气质量检测装置利用安装在检测控制单元的视觉传感模块拍摄中央空调风管的图像、声纳传感模块检测风管的高度和宽度、红外传感模块检测前方的障碍物信息，并把采集到这些信息传送到检测控制单元进行处理，检测控制单元通过计算并做出决策，使移动式空气质量检测装置自主地在中央空调风管中运动，并进行中央空调风管空气质量检测和风管侧壁灰尘的采集；

(2)检测控制单元的空气采样数据与灰尘采样数据处理模块对来自灰尘采样模块、空气采样模块采集的信息进行处理，检测控制单元的视觉信息处理模块对来自视觉传感模块采集的信息进行处理，并将处理得到的灰尘质量数据、空气主要成分数据、视觉信息以无线通信的方式传送给空气质量远程分析单元的空气质量智能分析模块，所述空气质量智能分析模块对灰尘质量数据、空气成分数据进行统计分析，并评价中央空调风管的清洁状况是否达标，如果没有达标，清洗与消毒决策支持模块则提供中央空调风管清洗或消毒方案；检测控制单元同时将其处理得到的三维环境模型数据以无线通信的方式传送给空气质量远程分析单元的远程遥控操作模块，所述远程遥控操作模块接收来自数据接收与发送模块的三维环境模型数据，将数据传送给三维环境模型显示模块实时显示，以便在移动式空气质量检测装置碰到不能跨越的障碍时对移动式空气质量检测装置进行遥控操作。

8.根据权利要求7所述的空气质量远程分析方法，其特征在于，所述步骤(1)检测控制单元通过计算并做出决策，使移动式空气质量检测装置自主地在中央空调风管中运动，包括以下步骤：

(A)检测控制单元中的视觉信息处理模块利用基于层次化贝叶斯模型的视觉信息处理方法，识别中央空调风管中可能存在的障碍物和风管侧壁；所述检测控制单元中的声纳信息处理模块及红外信息处理模块利用霍夫变换对声纳传感模块和红外传感模块采集传感数据进行处理，从中提取与风管侧壁相对应的边缘信息；

(B)检测控制单元中的多传感器信息融合模块利用基于粗糙集理论与神经网络相结合的多传感器信息融合方法，根据来自视觉传感模块、声纳传感模块、红外传感模块的信息的互补性，对中央空调风管侧壁信息、障碍物信息及侧壁边缘信息进行融合；

(C)检测控制单元中的快速三维环境建模模块根据多传感器融合后的信息，利用基于混合采样进化粒子滤波器的同时定位与地图创建方法实时建立高精度的三维环境建模，根据建立的三维环境模型可以准确识别风管中存在的障碍物，并计算中央空调风管的主要参数；所述风管的主要参数是风管的宽度与高度；

(D)检测控制单元的全局定位模块利用步骤(C)已经创建的三维环境模型和当前时刻的多传感器信息估计移动式空气质量检测装置在中央空调风管中的准确位置和状态；

(E)最后，检测控制单元的智能导航与高层决策模块根据步骤(C)创建的三维环境模型、移动式空气质量检测装置的状态和多传感器信息，做出决策以控制移动式空气质量检测装置在中央空调风管中安全地运动。

9.根据权利要求7所述的空气质量远程分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中空气质量智能分析模块对数据进行统计分析，并评价中央空调风管的清洁状况是否达标，包括以下步骤：

(a)首先对采集的数据进行统计分析，计算其均值与方差；如果方差大于设定的阈值则说明采集的数据不稳定，需要重新采集，否则从空气质量数据存储模块中读取各个指标的标准值；所述标准是国家关于中央空调是否清洁的标准；

(b)然后根据从空气质量数据存储模块中读取各种标准值判断各种有害气体的含量是否大于标准值，如果大于标准值则通过超标报警模块进行报警；

(c)如果小于标准值，判断从中央空调风管侧壁采集到的积尘的重量是否超标，如果超标则通过超标报警模块进行报警；

(d)如果报警，则可对中央空调风管进行清洗或消毒处理。

10.根据权利要求7所述的空气质量远程分析方法，其特征在于，所述步骤(2)所述远程遥控操作模块接收来自数据接收与发送模块的三维环境模型数据，将数据传送给三维环境模型显示模块实时显示，以便在移动式空气质量检测装置碰到不能跨越的障碍时对移动式空气质量检测装置进行遥控操作，包括以下步骤：

(一)三维环境模型数据解码模块对经由无线信号中继器转发的压缩过的三维环境模型数据进行解码；

(二)三维环境模型细化与渲染处理模块对三维环境模型进行细化、渲染处理建立实体三维模型，并且将处理后的三维环境模型传送给三维环境模型显示模块实时显示；

(三)遥控指令接收模块判断是否有遥控指令输入，若无，则返回到步骤(二)，若有，则基本行为选择模块根据遥控指令从基本行为数据存储模块中选择合适的基本行为；

(四)遥控指令行为预测模块根据三维环境模型和移动式空气质量检测装置的当前位姿及其动力学与运动学模型预测行为的结果；

(五)危险操作预警模块根据预测的行为结果判断移动式空气质量检测装置根据发送的指令运动是否安全，如果安全则将指令发送给移动式空气质量检测装置，否则提示可能会出现的危险。

Images