CN102840647A - 结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法。该方法包括：在人员的活动空间中架设摄影机，利用摄影机所拍摄之影像，经过影像分析模块侦测人员数量与位置。同时系统持续收集环境因子传感器之数据，在计算环境舒适度、最适温度、最适风速后自动控制空调设备，针对人员所在之位置提供一个舒适的热环境(Thermal Environment)，以此将可提高空调使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及热舒适度空调控制技术，特别是涉及结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法。
背景技术
热舒适度空调控制上，计算舒适度指标使用由P.O.Fanger于公元1972年所提出的量化方法来衡量，其方法为量化人们对环境冷热感受程度的预测平均票选值(predicted mean vote，简称PMV)。此热舒适度指标(PMV)的计算，需要四个环境因子与两个人为因子的数值，才可计算。四个环境因子包括：环境温度、相对湿度、平均辐射温度、平均风速；两个人为因子包括：衣着量与活动量。使用热舒适度指标可客观判定环境是否处于舒适状态，而非由空调管理人员依个人感受，主观决定空调控制参数。
热舒适度指标意义：
为使人员活动空间达到舒适效果，最简单的方式就是使空间各处达到舒适条件；然而，在较大的空间中，如卖场，若可以仅针对人员所在的位置提供舒适空调，而非使整体空间达到舒适(包括无人区域)，则可减少能源的使用，提高空调的使用效率。
在下列先前的专利技术中有提及类似的概念：I262281、200905143；但以上专利并未将空间区分出有人区域及无人区域，而是在整体空间输出相同的空调条件来达到整体空间之舒适感。环境舒适度是指人对热环境的感受，因此舒适度空调控制应以有人区域为优先，以使人舒适为目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法，为人员活动空间提供舒适之空调环境。
本发明的次一目的在于提供一种结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法，是仅针对人员所在位置提供舒适空调，进而提升空调效率。
可达成上述发明目的的结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法，是由摄影机监测人员活动空间，经过影像截取装置转换摄影机信号为数字信息后，由影像分析模块分析影像截取装置输出的数字影像数据，计算人员数量与所在区域。受监测的空间预先依空间大小、出风口位置、空调设备可改变的风向、摄影涵盖范围等因素，切分为数个子区域，并依各区人数给予权重值，作为空调风向控制依据。
同时系统持续收集环境因子传感器装置，用于感测舒适度计算所需的环境因子数据，包括：环境温度、相对湿度、平均辐射温度、平均风速，并配合使用者输入接口收集舒适度计算所需的人为因子数据，包括：衣着量与活动量，经由舒适度监控模块分析前述数据后，计算实时舒适度指标(PMV)。衣着量输入接口中区分为两种选择模式，包括：衣着选择模式、季节选择模式。衣着量选择模式下的选项包括：短袖薄T-shirt、长袖薄T-shirt、毛衣、外套；季节选择模式下的选项包括：春、夏、秋、冬四季。活动量输入接口之选项包括：开会办公（坐姿）、逛街、烹调料理、工厂作业、健身运动等选项。
另外，使用者接口提供期望舒适度输入接口，供使用者输入期望的舒适条件。期望舒适度输入接口选项包括三种等级：最适等级、一般等级、节能等级。
在比较实时舒适度与期望舒适度后，若实时舒适度未满足期望舒适度时，本系统的舒适度计算模块，将计算达成期望舒适度所需的操作温度、湿度、风速与风向，通过空调控制模块对空调设备进行调控，各区空调风向停留时间，依权重决定，进而达成依人员所在位置为中心的一种结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法。
一种结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其中包括：复数组环境因子传感器，每一组所述环境因子传感器包括：黑球温度传感器、干球温度传感器、相对湿度传感器、风速传感器；人机接口，所述人机接口用于提供输入画面供使用者依其自身衣着量与活动量在衣着量输入接口与活动量输入接口中输入，另外，还提供期望舒适度输入接口，用于供使用者选择舒适等级；复数个摄影设备，每一所述摄影设备用于拍摄人员活动空间之部份区域，整体活动空间由至少一个的所述摄影设备涵盖；复数个影像截取装置，每一所述摄影设备必须连接至一个所述影像截取装置，所述影像截取装置系将摄所述影设备所拍摄的影像转为数字信号，供影像分析模块分析；一个舒适度控制系统，所述舒适度控制系统系包含一个环境检测模块、一个影像分析模块、一个舒适度计算模块、一个空调控制模块；复数个空调设备，所述空调设备系包含有温度设定值、湿度设定值、风速设定值、风向设定值，用于供空调控制模块设定。
所述环境因子传感器系通过有线网络、无线网络或串行端口联机方式连接至所述环境检测模块，供所述环境检测模块读取传感器数据，所述每一摄影装置机所摄的影像切割为复数个之子区域，所述的每一子区域于系统内部对应一个识别码，所述每一子区域有对应的风向设定，所述期望舒适度输入接口用于提供三种舒适等级供使用者选择，其包括最适等级、一般等级、以及节能等级，所述衣着量输入接口用于提供两种选择模式，其包括衣着选择选项以及季节选择选项。
所述的衣着选择选项，包括短袖薄衬衫、长袖薄衬衫、毛衣、外套，所述季节选择选项，包括春、夏、秋、冬四个季节。
所述活动量输入接口包括办公开会（坐姿）、逛街、烹调料理、工厂作业、健身运动，所述摄影设备的影像是经由所述影像截取装置转换的数字信号，用于供影像分析模块分析出人员位置与人员数量，所述空调控制模块是通过网络或通讯端口方式连接空调设备，用于设定空调设备各参数，所述空调控制模块用于依各区域人员多寡计算各区域权重，并依权重调整空调风向。
一种结合影像辨识空调舒适度控制方法，其方法包括下列步骤：1、使用者设定期望的舒适度等级；2、所述使用者设定符合当时季节状态的衣着量与活动量；3、所述系统持续收集所述环境因子传感器的数据，其中包括：环境温度、相对湿度、平均辐射温度、风速；4、所述舒适度计算模块计算实时的舒适度指标；5、所述舒适度计算模块比较实时舒适度与使用者输入之期望舒适度；6、若所述实时舒适度满足所述使用者输入之所述期望舒适度时，则空调控制参数(风速与风向)则维持不变，若所述实时舒适度不符合所述期望舒适度时，则计算此环境下之最适温度与最适湿度，并由所述空调控制模块设定于空调设备上；7、所述影像分析模块持续收集摄影机所摄的影像，进行各区域人员数量与权重计算；8、述系统持续比较各区域人员数量权重是否变更，若有变更，则通过所述空调控制模块依权重改变风向与风速，将最适空调输送至对应的区域，若权重无变更，则空调的风向与风速维持不变。
本发明所提供的结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法，与其它惯用技术相互比较时，更具有下列的优点：
1、本发明的结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法，所述受监控的空间因使用摄影设备所摄的影像分析人员位置与数量，相较于一般红外线人员传感器，更能在大范围区域中掌握人员数量与位置，因而可减少广布移动传感器的成本与代价。
2、本发明的结合影像辨识的空调舒适度控制系统与方法，因空调设备以人员所处区域作为输送舒适空调的主要位置，进而减少将空调输送至无人区域所造成的浪费。
附图说明
图1为本发明的结合影像辨识的空调舒适度控制系统架构图；
图2为本发明的结合影像辨识的空调舒适度控制方法流程图；
图3为本发明的结合影像辨识空调舒适度控制系统与方法的活动空间与摄影机架设的示意图；
图4为本发明的结合影像辨识空调舒适度控制系统与方法的摄影影像切割示意图。
附图标记说明：
1 环境因子传感器
101 黑球温度传感器
102 干球温度传感器
103 相对湿度传感器
104 风速传感器
2 人机界面
201 衣着量输入接口
202 活动量输入接口
203 期望舒适度输入接口
3 摄影设备
4 舒适度控制系统
401 环境检测模块
402 影像分析模块
403 舒适度计算模块
404 空调控制模块
5 空调设备
501 温度设定
502 湿度设定
503 风速设定
504 风向设定
6 摄影截取装置
701~712 流程步骤
具体实施方式
请参阅图3，为本发明结合影像辨识的空调舒适度控制系统的活动空间与摄影机架设的示意图。图3为示意图，摄影机数量不限两部，依监测空间大小与影像涵盖范围决定。
请参阅图4，为本发明结合影像辨识空调舒适度控制系统的拍摄影像切割示意图，活动空间依空间大小、影像涵盖范围与空调出风位置与可控制的风向将空间切割数个子区域，经由空调设备的风向改变，可将空调输出至不同区域。图4为示意图，不限3*3的九个子区域。
请参阅图1，为本发明结合影像辨识的空调舒适度控制系统架构图，由图中可知，本发明结合影像辨识空调舒适度控制系统主要包括：
多组环境因子传感器1，一组环境因子传感器包括：一个黑球温度传感器101、一个干球温度传感器102、一个相对湿度传感器103、一个风速传感器104等，各传感器的实时数据由环境检测模块401收集。
一个人机接口2，所述人机接口2提供输入画面供使用者依其自身衣着量与活动量输入衣着量输入接口201与活动量输入接口202中；衣着量输入接口201中区分为两种选择模式，包括：衣着选择模式、季节选择模式。衣着量选择模式下的选项包括：短袖薄衬衫、长袖薄衬衫、毛衣、外套；季节选择模式下的选项包括：春、夏、秋、冬四个季节；活动量输入接口202的选项包括：开会办公(坐姿)、逛街、烹调料理、工厂作业、健身运动等选项；
另外，人机接口2中，还提供期望舒适度输入接口203，供使用者选择舒适等级。期望舒适度输入接口203选项包括三种等级：最适等级、一般等级、节能等级。
多个摄影设备3，所述摄影设备3拍摄人员活动空间，摄影设备视其影像所涵盖范围与系统需要而为一个或复数个。摄影设备3所输出的影像经由影像分析模块402分析。
一个舒适度控制系统4，所述舒适度控制系统4包含一个环境检测模块401、一个影像分析模块402、一个舒适度计算模块403、一个空调控制模块404。环境检测模块401收集环境因子传感器1的各式传感器实时信息，并将信息传入舒适度计算模块403作为计算舒适度指标所需的参数。活动空间预先依出风口位置及可控制的风向分割为数个子区域，而影像分析模块402分析各影像截取装置所输出的数字影像，分析出人员所在的区域与数量(如图1所示)，作为空调控制模块决定风向设定504的依据。舒适度计算模块403收集黑球温度传感器101、干球温度传感器102、相对湿度传感器103、风速传感器103、衣着量201与活动量202的数据，分析计算出实时环境舒适度，同时比对使用者在期望舒适度输入接口203所输入的期望舒适度，若实时环境舒适度未达期望舒适度时，则舒适度计算模块403分析产生一组最适温度、最适湿度、最适风速，作为空调控制模块404设定空调设备的依据。空调控制模块404依舒适度计算模块403传入的最适温度、最适湿度、最适风速加以设定空调设备的温度设定501、湿度设定502与风速设定503，同时也依影像分析模块402所分析的人员位置与数量后，标示各子区域权重，空调控制模块404则依权重设定空调设备的风向设定504。
多个空调设备5，所述空调设备5包含有温度设定501、湿度设定502、风速设定503、风向设定504等，供空调控制模块404设定。
多个影像截取装置6，所述影像截取装置5与摄影设备3连接，将所摄的影像输出的数字信号供影像分析模块402分析使用。
请参阅图2，为本发明结合影像辨识的空调舒适度控制方法的流程图。控制方法说明如下：
首先，由使用者(即为空调管理人员)设定期望的舒适度等级(步骤701)、符合当时季节状态的衣着量与活动量(步骤702)，配合持续收集环境因子传感器的数据后(步骤703，包括：环境温度、相对湿度、平均辐射温度、风速)，由舒适度计算模块计算实时舒适度(步骤704)。
当计算出实时舒适度后，舒适度计算模块与使用者输入的期望舒适度进行比较(步骤706)。若实时舒适度满足使用者输入的期望舒适度时，则空调控制参数(风速与风向)则维持不变(步骤707)；若实时舒适度不符合期望舒适度时，则计算此环境下的最适温度与最适湿度(步骤708)，并由空调控制模块设定于空调设备上(步骤709)。
另一方面影像分析模块持续收集摄影机所摄的影像，进行各区域人员数量与权重计算(步骤705)。系统持续比较各区域人员数量权重是否变更(步骤710)，若有变更，则通过空调控制模块依权重改变风向与风速，将最适空调输送至对应之区域(步骤711)；若权重无变更，则空调之风向与风速维持不变(步骤712)。
综上所述，为本发明的较佳实施例，其非局限本发明的专利保护范围，故本发明说明书及图式内容所为的合理变化，均皆包含于本发明的权利保护范围内，给予陈明。
Claims (12)
1.一种结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，包括：
复数组环境因子传感器，每一组所述环境因子传感器系包括：黑球温度传感器、干球温度传感器、相对湿度传感器、风速传感器；
人机接口，所述人机接口用于提供输入画面供使用者依其自身衣着量与活动量在衣着量输入接口与活动量输入接口中输入，另外，还提供期望舒适度输入接口，用于供使用者选择舒适等级；
复数个摄影设备，每一所述摄影设备用于拍摄人员活动空间之部份区域，整体活动空间由至少一个的所述摄影设备涵盖；
复数个影像截取装置，每一所述摄影设备必须连接至一个所述影像截取装置，所述影像截取装置系将摄所述影设备所拍摄的影像转为数字信号，供影像分析模块分析；
一个舒适度控制系统，所述舒适度控制系统系包含一个环境检测模块、一个影像分析模块、一个舒适度计算模块、一个空调控制模块；
复数个空调设备，所述空调设备系包含有温度设定值、湿度设定值、风速设定值、风向设定值，用于供空调控制模块设定。
2.如权利要求第1项所述的结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的环境因子传感器通过有线网络、无线网络或串行端口联机方式连接至所述环境检测模块，供所述环境检测模块读取传感器数据。
3.如权利要求第1项所述的结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的每一摄影装置机所摄的影像切割为复数个之子区域，所述的每一子区域于系统内部对应一个识别码，所述每一子区域有对应的风向设定。
4.如权利要求第1项所述的结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的期望舒适度输入接口用于提供三种舒适等级供使用者选择，其包括最适等级、一般等级、以及节能等级。
5.如权利要求第1项所述的结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的衣着量输入接口用于提供两种选择模式，其包括衣着选择选项以及季节选择选项。
6.如权利要求第5项所述的结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的衣着选择选项，包括短袖薄衬衫、长袖薄衬衫、毛衣、外套。
7.如权利要求第5项所述之结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的季节选择选项，包括春、夏、秋、冬四个季节。
8.如权利要求第1项所述的结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的活动量输入接口包括办公开会(坐姿)、逛街、烹调料理、工厂作业、健身运动。
9.如权利要求第1项所述的结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的摄影设备的影像是经由所述影像截取装置转换的数字信号，用于供影像分析模块分析出人员位置与人员数量。
10.如权利要求第1项所述的结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的空调控制模块是通过网络或通讯端口方式连接空调设备，用于设定空调设备各参数。
11.如权利要求第1项所述的结合影像辨识的空调舒适度控制系统，其特征在于，所述的空调控制模块用于依各区域人员多寡计算各区域权重，并依权重调整空调风向。
12.一种结合影像辨识的空调舒适度控制方法，其特征在于，其方法包括下列步骤：
（1）使用者设定期望的舒适度等级；
（2）所述使用者设定符合当时季节状态的衣着量与活动量；
（3）所述系统持续收集所述环境因子传感器的数据，其中包括：环境温度、相对湿度、平均辐射温度、风速；
（4）所述舒适度计算模块计算实时的舒适度指标；
（5）所述舒适度计算模块比较实时舒适度与使用者输入之期望舒适度；
（6）若所述实时舒适度满足所述使用者输入之所述期望舒适度时，则空调控制参数(风速与风向)则维持不变，若所述实时舒适度不符合所述期望舒适度时，则计算此环境下之最适温度与最适湿度，并由所述空调控制模块设定于空调设备上；
（7）所述影像分析模块持续收集摄影机所摄的影像，进行各区域人员数量与权重计算；
（8）所述系统持续比较各区域人员数量权重是否变更，若有变更，则通过所述空调控制模块依权重改变风向与风速，将最适空调输送至对应的区域，若权重无变更，则空调的风向与风速维持不变。
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