CN104599353B - 一种基于厕位动态控制的智能公厕系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于厕位动态控制的智能公厕系统及其控制方法。本发明的智能公厕系统，包括男厕人流统计模块、女厕人流统计模块、人体检测模块、进出口位置控制模块、报警模块、通信模块以及中心服务器，其中男厕人流统计模块、女厕人流统计模块及人体检测模块的信号输出端与通信模块连接，通信模块与进出口位置控制模块及中心服务器连接，进出口位置控制模块控制进出口位置可调厕位。本发明既减少人们宝贵的候厕时间，又能合理地利用空间，节约成本，提高土地资源利用率。本发明的种基于厕位动态控制的智能公厕系统的控制方法，可根据实际候厕男女人数比例变换服务对象的智能公厕，能实现对厕位资源的动态分配，以满足不同男女候厕人数比例的情况。

Description

一种基于厕位动态控制的智能公厕系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能公厕领域，具体涉及一种基于厕位动态控制的智能公厕系统及其控制方法。

技术背景

相关研究表明，由于男女生理上的差异，女生的平均如厕时间为男生的三倍。在很多场合时常出现女生公厕前“大排长龙”、而男生公厕前却“空无一人”的现象。但是一般情况下，在进行公共厕所规划建设时，相关部门却没有充分考虑该问题而出现公厕男、女厕位比例设置不合理的情况。当前城市化发展过快，大量土地资源利用率过低，由此也引起了一系列社会问题(如房价过高等)。而男女厕位比例设置不合理将导致严重的资源浪费，这是一个迫在眉睫,亟待解决的社会问题。

世界厕所组织发起人杰克·西姆先生曾说，“厕所是人类文明的尺度”，厕所文明也标志着一个国家的文明程度。两会代表也曾提出，大家不要只是看热闹，而要切实考虑这个问题。

据调查，现有对“如厕难”的解决问题，分为两个方向：①扩建女厕，调整男女厕位比例，但这种频繁改造公厕的方法只是治标不治本。即使已根据每个公共场所的人流特点配置好男女厕位数量，男女如厕人数比例也会随时间变化而变化，也不能很好地满足每个时间段的需求。另外，城区未来发展也会导致人流量的变化，按规划所建设好的男女厕位比例却不能跟随城区发展的脚步而适时地满足需求，使得原本的比例再次变得不合理。该方案适应环境变化能力差；②建立无性别公厕，此方案虽然在一定程度上能解决问题，但给男、女性都带来不少心理压力，易造成人们的反感甚至反对，而且使用并不方便，安全性较差。

综上所述，急需一种可根据男女厕实时排队人数进行动态厕位资源调整的智能公厕。以满足不同场合男女如厕人数动态变化的场景，使得资源的利用率最大化，同时，解决女性“如厕难”的严重问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于厕位动态控制的智能公厕系统及其控制方法。本发明既减少人们宝贵的候厕时间，又能合理地利用空间，节约成本，提高土地资源利用率。

本发明的另一目的在于提供一种基于厕位动态控制的智能公厕系统的控制方法。本发明可根据实际候厕男女人数比例变换服务对象的智能公厕，能实现对厕位资源的动态分配，以满足不同男女候厕人数比例的情况。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明的基于厕位动态控制的智能公厕系统，包括有男厕人流统计模块、女厕人流统计模块、人体检测模块、进出口位置控制模块、报警模块、通信模块以及中心服务器，其中男厕人流统计模块、女厕人流统计模块及人体检测模块的信号输出端与通信模块连接，通信模块与进出口位置控制模块及中心服务器连接，进出口位置控制模块控制进出口位置可调厕位。

本发明基于厕位动态控制的智能公厕系统的控制方法，设公厕中公共区域厕位资源总数为P，公共区域厕位中实际朝向男厕的厕位资源为p_m，朝向女厕的厕位资源为p_w，且有P＝p_m+p_w，除公共区域厕位资源，男女厕的固定不变厕位为男女基本厕位,男女基本资源数B_M及B_W设置为公厕对应男女基本厕位数,控制方法包括如下步骤：

(1)人体检测模块储存当前检测厕位编号，通过通信模块发送至中心服务器；

(2)中心服务器通过通信模块获取男、女厕人流统计模块检测的男女候厕人数，并根据公厕资源调度算法计算公共区域厕位资源的最优分配比例。

上述步骤(2)公厕资源调度算法是根据男女候厕人数比例进行资源分配，具体步骤如下：

1)计算男女资源分配比序列即：

其中，序列中0表示P_M＝0而P_W＝P的情况；P_max＝10×P表示P_M＝P而P_W＝0

的情况；其他元素表示遍历其他情况下的比例值，本实例中P＝10，该男女之源分配比序列为

2)当男女实际候厕人数D_M与D_W分别少于B_M及B_W时，算法输出空操作；

3)当D_M小于或等于B_M而D_W大于或等于B_W时，输出目标男女资源分配比为当男女实际候厕人数D_M大于或等于B_M而D_W小于或等于B_W时，输出目标男女资源分配比为C_d＝c_P＝P_max＝100；

4)当男女候厕人数都分别大于基本男女资源数B_M及B_W时，求取理论男女资源分配比为：

其中，k为偏心系数，由于女生如厕时间约为男生如厕时间的三倍，故此处选取k＝3；

5)构造目标序列如下：

其中为(P+1)×1，最优目标值为设置该最优目标值对应的序列中的为目标男女资源分配比C_d；

6)通过进出口位置控制模块获取当前男女厕位资源分配数量p_m及p_w，获得其中实际男女资源分配比为：

7)中心服务器通过人体检测模块获取各厕位内有无人的状态信息，并在厕位内无人的状态下通过进出口位置控制模块执行对应厕位的门锁控制，调整公共区域厕位实际男女资源分配比C_t，使得C_t＝C_d；

8)系统重复步骤2)，实时监控系统状态并执行相应操作。

本发明的基于厕位动态控制的智能公厕系统及控制方法，本发明可根据实际候厕男女人数比例变换服务对象的智能公厕，能实现对厕位资源的动态分配，以满足不同男女候厕人数比例的情况。既减少人们宝贵的候厕时间，又能合理地利用空间，节约成本，提高土地资源利用率。

附图说明

图1为本发明实例的系统模块图

图2为本发明实例的整体流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行更详细地描述说明。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。

本发明的基于厕位动态控制的智能公厕系统，包括有男厕人流统计模块、女厕人流统计模块、人体检测模块、进出口位置控制模块、报警模块、通信模块以及中心服务器，其中男厕人流统计模块、女厕人流统计模块及人体检测模块的信号输出端与通信模块连接，通信模块与进出口位置控制模块及中心服务器连接，进出口位置控制模块控制进出口位置可调厕位。

本实施例中，上述通信模块还连接有报警模块。男厕人流统计模块、女厕人流统计模块可选用红外双向检测模块及视频检测模块。

优选地，所述进出口位置可调厕位为系统控制主体，放置于公厕中间公共资源区，将男女厕所分隔开。公共资源区厕位由中心服务器控制其进出口位置，从而决定其当前服务对象。

所述男厕人流统计模块、女厕人流统计模块安置于公厕前男女排队区域入口，通过监测入口处进入人流及走出人流分别确定当前男女候厕人数。所述人体检测模块安置于公共资源区域的厕位内，通过红外检测的方式获取厕位内是否有人。

优选地，人体检测模块采用红外检测模块进行厕位区域的覆盖检测。当检测到存在用户于厕位内，则返回“有人”检测消息；当检测不存在用户于厕位内，则返回“无人”检测消息。

优选地，所述人体检测模块储存当前检测厕位编号，与所述检测消息打包为数据包，通过通信模块发送至中心服务器。

所述进出口位置控制模块控制厕位进出口位置，可控制厕位进出口分别面向男厕或女厕。

优选地，所述进出口位置控制模块控制厕位进出口状态，且在同一时刻，一个厕位的进出口只能面向男厕或女厕一方，即当一方处于可用状态时，另一方处于锁死状态。

优选地，于厕位内部安置报警模块，用户在发生紧急情况时(如身体不适或系统故障无法开门等)，可通过报警模块输入设备进行相应类型的报警操作。当用户进行报警操作后，报警模块将该厕位的位置信息及报警类型发送至中心服务器。

优选地，中心服务器收到报警信息后，将发出报警提示并显示报警厕位信息。后勤人员将根据相应的报警类型进行处理。

优选地，所述新型智能公厕系统具有节能休眠机制，以避免在无人情况下系统持续运行浪费能源。当男、女厕人流统计模块检测到长时间无人进入公厕的情况，系统将进入休眠模式：关闭主要耗电模块、并保留男、女厕人流统计模块持续检测人流；在休眠模式下，当男、女厕人流统计模块检测到人进入公厕，将唤醒系统所有模块使得系统进入正常工作模式。

进出口位置可调厕位为系统控制主体。以双开门的方式实现进出口位置可调厕位为例，若干厕位放置于男女厕所中间公共资源区，将男女厕所分隔开。所述厕位有两门，一门朝向女厕，一门朝向男厕。进出口位置控制模块采用门锁控制模块为例：当其中一门处于可开状态时，此门开门方向的用户可将其视为正常厕所使用；而另外一门处于锁死状态。厕位由中心服务器控制其开门方向，从而变换其服务对象。

本实例中，公厕中公共区域厕位资源总数为P＝10。公共区域厕位中实际朝向男厕的厕位资源为p_m，朝向女厕的厕位资源为p_w，且有P＝p_m+p_w。除公共区域厕位资源，男女厕的固定不变厕位为男女基本厕位。将男女基本资源数B_M及B_W设置为公厕对应男女基本厕位数5。

公厕排队区域入口放置男、女厕人流统计模块，男女两个入口皆设置双红外检测装置。该双红外检测装置由两个红外探头组成，并前后邻近间隔放置，间隔距离小于5cm且大于2cm。人从排队区域入口进入时，前红外探头与后红外探头在△t时间内先后被触发，此时认为有人进入，相应队列人数加1；人从排队区域入口走出时，后红外探头先于前红外探头被触发，此时认为有人走出，相应队列人数减1。此处△t为一较短的时间，设置为△t＝0.5s。

公共资源区域厕位内安置人体检测模块，通过红外检测的方式获取厕位内是否有人。人体检测模块采用红外检测模块进行厕位区域的覆盖检测。当检测到存在用户于厕位内，则返回“有人”检测消息；当检测不存在用户于厕位内，则返回“无人”检测消息。人体检测模块储存当前检测厕位编号，与所述检测消息打包为数据包，通过通信模块发送至中心服务器。

中心服务器通过通信模块获取男、女厕人流统计模块检测的男女候厕人数，并根据公厕资源调度算法计算公共区域厕位资源的最优分配比例。

公厕资源调度算法根据男女候厕人数比例进行资源分配，步骤如下：

1)计算男女资源分配比序列即：

其中，序列中0表示P_M＝0而P_W＝P的情况；P_max＝10×P表示P_M＝P而P_W＝0的情况；其他元素表示遍历其他情况下的比例值。本实例中P＝10，该男女之源分配比序列为

2)当男女实际候厕人数D_M与D_W分别少于B_M及B_W时，算法输出空操作；

3)当D_M小于或等于B_M而D_W大于或等于B_W时，输出目标男女资源分配比为当男女实际候厕人数D_M大于或等于B_M而D_W小于或等于B_W时，输出目标男女资源分配比为C_d＝c_P＝P_max＝100；

4)当男女候厕人数都分别大于基本男女资源数B_M及B_W时，求取理论男女资源分配比为：

其中，k为偏心系数，由于女生如厕时间约为男生如厕时间的三倍，故此处选取k＝3；

5)构造目标序列如下：

其中为(P+1)×1。可得最优目标值为设置该最优目标值对应的序列中的为目标男女资源分配比C_d；

6)通过进出口位置控制模块获取当前男女厕位资源分配数量p_m及p_w，获得其中实际男女资源分配比为：

7)中心服务器通过人体检测模块获取各厕位内有无人的状态信息，并在厕位内无人的状态下通过进出口位置控制模块执行对应厕位的门锁控制，调整公共区域厕位实际男女资源分配比C_t，使得C_t＝C_d。

8)系统重复步骤2)，实时监控系统状态并执行相应操作。

系统于厕位内部安置报警模块，用户在发生紧急情况时(如身体不适或系统故障无法开门等)，可通过报警模块输入设备进行相应类型的报警操作。本实例设置两种不同类型的报警按钮，其一为系统报警按钮，另一为个人报警按钮。当用户进行报警操作后，报警模块将该厕所的位置信息及报警类型发送至中心服务器。中心服务器收到报警信息后，将发出报警提示并显示报警厕位信息。后勤人员将根据相应的报警类型进行处理工作。该报警模块大大增强系统可靠性，为保证系统安全稳定运行提供了保障。

本智能公厕系统具有节能休眠机制，以避免在无人情况下系统持续运行浪费能源。当男、女厕人流统计模块检测到长时间无人进入公厕的情况、如夜晚长时间无人使用的情况，系统将进入休眠模式：关闭主要耗电模块、并保留男、女厕人流统计模块持续检测人流；在休眠模式下，当男、女厕人流统计模块检测到人进入公厕，将唤醒系统所有模块使得系统进入正常工作模式。

Claims (1)

1.一种基于厕位动态控制的智能公厕系统的控制方法，公厕系统包括有男厕人流统计模块、女厕人流统计模块、人体检测模块、进出口位置控制模块、报警模块、通信模块以及中心服务器，其中男厕人流统计模块、女厕人流统计模块及人体检测模块的信号输出端与通信模块连接，通信模块与进出口位置控制模块及中心服务器连接，进出口位置控制模块控制进出口位置可调厕位；

其特征在于基于厕位动态控制的智能公厕系统的控制方法是设公厕中公共区域厕位资源总数为P，公共区域厕位中实际朝向男厕的厕位资源为p_m，朝向女厕的厕位资源为p_w，且有P＝p_m+p_w，除公共区域厕位资源，男女厕的固定不变厕位为男女基本厕位,男女基本资源数B_M及B_W设置为公厕对应男女基本厕位数,其控制方法包括如下步骤：

(1)人体检测模块储存当前检测厕位编号，通过通信模块发送至中心服务器；

(2)中心服务器通过通信模块获取男、女厕人流统计模块检测的男女候厕人数，并根据公厕资源调度算法计算公共区域厕位资源的最优分配比例；

上述步骤(2)公厕资源调度算法是根据男女候厕人数比例进行资源分配，具体步骤如下：

1)计算男女资源分配比序列即：

$c_p^i=\left\{\begin{array}{cc}0,& i=0\\ \frac{p_m^i}{p_w^i}=\frac{i}{P-i},& i=1,2,...,P-1\\ P_{max},& i=P\end{array}\right.;$

其中，序列中0表示P_M＝0而P_W＝P的情况；P_max＝10×P表示P_M＝P而P_W＝0

的情况；其他元素表示遍历其他情况下的比例值，P＝10，该男女资源分

配比序列为

2)当男女实际候厕人数D_M与D_W分别少于B_M及B_W时，算法输出空操作；

3)当D_M小于或等于B_M而D_W大于或等于B_W时，输出目标男女资源分配比为当男女实际候厕人数D_M大于或等于B_M而D_W小于或等于B_W时，输出目标男女资源分配比为C_d＝c_P＝P_max＝100；

4)当男女候厕人数都分别大于基本男女资源数B_M及B_W时，求取理论男女资源分配比为：

$C_d^{\′}=\frac{D_M-B_M}{k\×(D_W-B_W)}$

其中，k为偏心系数，由于女生如厕时间约为男生如厕时间的三倍，故此处选取k＝3；

5)构造目标序列如下：

$\stackrel{\→}{f}=\stackrel{\→}{1}\·C_d^{\′}-\stackrel{\→}{C_P}$

其中为(P+1)×1，最优目标值为设置该最优目标值对应的序列中的为目标男女资源分配比C_d；

6)通过进出口位置控制模块获取当前男女厕位资源分配数量p_m及p_w，获得其中实际男女资源分配比为：

$C_t=\frac{p_m}{p_w}$

7)中心服务器通过人体检测模块获取各厕位内有无人的状态信息，并在厕位内无人的状态下通过进出口位置控制模块执行对应厕位的门锁控制，调整公共区域厕位实际男女资源分配比C_t，使得C_t＝C_d；

8)系统重复步骤2)，实时监控系统状态并执行相应操作。