CN105051463A - 一种用于动态测量环境质量因数的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种将由被监控的室内环境中的传感器执行的本地环境测量与在被监控的环境远程和外部获得的信息动态地集成的监控系统和方法。每组数据都用于计算和更新环境质量因数，定义所述室内环境的总体质量。远程数据可以从互联网可获得的内容中获得。控制装置(例如可旋转的相机)监控室内环境并检测影响由传感器作出的测量的有效性的当前本地状态。

Description

一种用于动态测量环境质量因数的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过联合检测各种环境参数来实现对环境质量的室内监控的系统，举例说明，环境参数为100kHz-3GHz的电磁场、低频电磁场、氡、水分组成、粉尘、二氧化碳、噪音等。

特别地，本发明涉及一种将本地环境测量和可以被远程获得的与室内环境质量因数的量相关的信息动态地集成的监控系统，该室内环境质量因数的量被理解为确定被监控的室内环境的整体质量的值。

现有技术

在本领域的当前状态，监控系统已知用于环境检测和用于测量周围的环境参数，并涉及已可从市场获得的技术和传感器。

然而，所述系统并不适用于室内环境。实际上，它们通常检测室外的或者特定状态下的数据，此外它们被单独地被用于检测单一环境参数。

最后，对数据的处理不是动态地执行的，并且没有考虑确定所获得结果的新评估的新的通用信息，或者此信息的历史存储，或者在给定时刻在场内存在的其他信息。

基本上，已知的系统基于相对网络上可获得的相关信息而言是离线的，或者在任何情况下都不从其他在线的传感器和设备数据库或从网络或从社交网络抽取信息的设备。

此外，对于市场中存在的传感器网络而言，只要无法肯定地确定检测是在有效且可重复的测量条件下作出的，就很难具有对数据进行可靠检测的特定模式，除非存在专业操作员。

发明目的

对于本发明来说，目的在于克服已经知道的解决方法的缺点，并提出一种室内环境监控装置，由于动态检测和重要数据的解释，该装置将是可靠的并且能够随着时间改善。

发明内容

上述的目的已通过提供根据所附权利要求书中的至少一个权利要求的设备和装置来实现。

具体地，本发明的设备和装置设想了通过自适应算法/遗传算法来集成地处理本地测量数据和在被监控的环境外部的数据，在以可靠的方式检测数据后，该自适应算法/遗传算法根据历史存储将这些数据处理成可实时获得的特定数据，诸如例如将确定危险因数的医学和环境研究、网络上可获得的社交广告数据(例如互联网上与涉及环境监控的问题有关的“社交声誉”)。

第一个优点在于以下事实：本发明设想了一种分析数据的功能性结构以及相应的算法，其以一种明显的方式保证用于用户和系统的在线更新的信息的最好可能的质量，它可能基于网络上存在的信息(医学和环境数据、来自其他传感器网络的数据、来自该网络和社交网络的数据等)来干预功能修改。因此本发明将不同的传感器集成在单一测量系统中，并确定基于从不同传感器接收的数据的、专用于个体室内环境的测量方法。

第二个优点在于以下事实：本发明的设备可以被设置成用于统一不同类型的传感器，这些传感器可能已经存在于市场中，但是通过能够检测所有数据并以集成的方式来收集这些数据的中央系统将这些传感器聚集在一起。

第三个优点在于提供一种用于控制本地测量数据以保证其效率有效性和可重复性的系统，该系统无需就地存在专业技术人员，而是通过自动检测不理想测量的位置。

附图列表

以上以及进一步的优点将被本领域技术人员通过下文的描述以及附图而更好的理解，这些附图是作为非限制性示例来提供的并且其中包括：

图1是根据本发明的装置的示意图；

图2是根据本发明的本地设备的示意图；以及

图3示出了图1中装置的各组件之间的操作和数据交换的示意图。

详细描述

参考附图，特别是图2，描述了一种用于测量和监控室内环境的电子设备D。

装置D包括用于测量本地环境参数FQP1-FQPm的多个传感器S1-Sm，这些本地环境参数可被关联到本地环境质量因数FQ，该本地环境质量因数被理解为确定由存在于被监控的室内环境中的设备D1-Dn测量的、所述室内环境或者住所的当前总体质量的时变值。

优选地，传感器S1-Sm是用于测量以下参数的传感器：

-100kHz到3GHz的电磁场；

-低频电磁场；

-氡；

-水分组成；

-粉尘；

-二氧化碳；

-噪音。

以及通常对于室内环境的质量而言重要的每一参数。

优选地，该设备提供有电子卡SCS，该电子卡SCS能够通过不同标准的连接(电子连接器，串行连接器，USB)对接甚至使用非统一的测量方法的传感器S1-Sm并通过单一集成软件和单一硬件使用集成方式来处理测量数据。

传感器S1-Sm被连接到可编程电子处理单元MB，该MB进而优选地通过安全通信模块COM连接到数据交换接口MODEM。

此外，单元MB连还被接到远程数据源INFO，该远程数据源包含可与关于被监控的环境的本地环境质量因数FQP相关联的数据，并且单元MB还被连接到能够监控干扰被测量的本地环境参数的当前本地环境状态的控制系统CX。

根据本发明，可编程单元MB被编程为用于及时地重复接收由传感器S1-Sm测量的本地参数的测量数据、与从数据源INFO接收的因数FQP相关联的远程数据、以及关于由控制系统CX接收到的当前本地环境状态的数据，并用于通过自适应算法动态地处理所述数据，并用于计算因数FQP的值。

有利地，自适应算法向用户提供信息的最高质量可能，并向设备的持续更新提供可以从可访问的信息导出的相应的合适的功能修改(例如，某个参数或环境状态的重要性的变化)。

优选地，数据源INFO由互联网中存在的内容(例如，医学和环境数据、来自其他传感器网络的数据、来自web和来自社交网络的数据等)组成，但是可包括存在或不存在于各个私有数据库中的数据。

控制装置CX可以包括旋转式网络摄像头(WEBCAM)和用于收集历史数据(LOG)以便确定作出的测量的效率有效性和可重复性的装置。具体地，网络摄像头被设置成用于：分析本地环境图像并至少在测量步骤期间以点对点的方式检测这些测量方法的效率有效性，识别任何可能的故障和错误，本地地处理数据，以及优选地在独立的数据交换信道上将信息发送给远程中央控制单元SER。因此中央控制单元可以分析接收到的数据，检测任何可能的测量异常。

更详细地，在测量步骤期间，旋转的网络摄像头执行360°的图像收集并通过运动检测技术对其进行处理，运动检测技术确定阻止传感器卡SCS和各传感器本身适当地检测测量参数的内因或外因现象。所述现象将由设备的处理单元MB通过处理数据就地检测到，并且还将由中央控制单元SER来告知和处理，以便收集关于特定故障状态的所有信息。本地地，该设备将可获得破坏出现在中央数据库中的测量的事件的所有信息，并因此将能够直接在本地处理信息。

周期性地(在每次更新时)，中央系统SER将能够更新设备上的信息。

参考图1，其示意性地示出了根据本发明的装置，该装置包括上述类型的本地设备D1-Dn，这些本地设备经由接口MODEM连接到远程中央控制单元SER，远程中央控制单元SER进而与包含本地环境参数的测量数据的远程源INFO通信。

下文出现的是关于示出的即提供有配备有传感器SD11-SDnm的设备D1-Dn的装置的示例的计算质量因数FQP的示例。

FQP计算的示例

第k个设备的质量因数(FQP_K(t))(在测量时间t＝T)是该设备的每个个体传感器的质量因数(FQP_kx(t))被加权了系数均值(a_x(t))后的和，其值确定与最终结果的相对较高或较低的相关性

${\mathrm{FQP}}_k\left(t\right)=\underset{x=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_x\left(t\right)\mathrm{FQ}{P}_{\mathrm{kx}}\left(t\right)$

${\mathrm{FQP}}_k\left(T\right)=\underset{x=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_x\left(T\right){\mathrm{FQP}}_{\mathrm{kx}}\left(T\right)$

其中：

N是每个个体设备的传感器的数目；

M是被使用的设备的数目；

N＝M

t是作为离散变量的时间；

T是最后测量被作出的时间；

FQP_k是第k个设备的质量因数；

FQP_kx是第k个设备中的第x个传感器的质量因数。

因此，在给定每个设备的各个体传感器x的质量因数的和的情况下，第k个设备的质量因数是在从0到N的范围中的值，其中0是低水平环境质量，N是高水平环境质量。所述因数由传感器的参数的值(Vsd_kx(t))和所述参数在存在的所有传感器上的最大值之间的比率给出。

$\begin{array}{cc}0\≤{\mathrm{FQP}}_{\mathrm{kx}}\left(t\right)\≤1& F{\mathrm{QP}}_{\mathrm{kx}}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{Vsd}}_{\mathrm{kx}}\left(t\right)}{\underset{k(1,M)}{\max }V{\mathrm{sd}}_x}\end{array}$

其中：

Vsd_kx(t)是在时间t第k个设备的参数(传感器)x的值；

是参数(传感器)x的最大值，其是从特定传感器的标定计算获得的常数。

a_x(t)是在时间T传感器x相对于第k个设备上的其他N-1个活动传感器的质量系数。

0≤a_x(t)≤N因此质量系数是也决定第k个设备的其他值的值。实质上，第k个设备的所有系数的和总是等于N。

a_x(T)＝a_x(T-1)+Δ_x(T)Δ_x(T)＝f_x(a_x(T)，a_x(T-1)，在(T，T-1)作出的测量的数目，

在(T，T-1)验证的相关医学审阅的数目，

在(T，T-1)对搜索引擎的审阅数，

医学数据(T)，环境数据(T)，地理位置。

Δ_kx(t)≤Δ_KMAX(t)Δ_Kx(t)是第k个设备的达尔文变化因数；

Δ_MAX(t)＝f(医学数据、环境数据、地理位置t，t-1)是最大变化值。

达尔文增量(Δ_x(T))是质量系数的修正因数，其根据一组参数并通过应用自适应算法f_x来修改所述质量系数。所述算法从在时间T和T-1获得的那些值并根据特定变量和系统给定的常数值来确定显性值的流行性。

质量系数可随之变化的最大值(Δ_MAX(t))可根据从给定地理区域中给定参数的风险和危险中导出的信息而变化。

可适用于本发明的系统的自适应算法的示例是以下自适应函数：

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{Kx}}\left(t\right)=f\left(t\right)=(\underset{y=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{Ky}}\left(t\right){\mathrm{Pr}}_{\mathrm{Kxy}}\left(t\right)}{\left|{\mathrm{Pr}}_{\mathrm{Kxy}}\mathrm{Tot}\left(t\right)\right|}-\mathrm{average}|\underset{y=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{Ky}}\left(t\right){\mathrm{Pr}}_{\mathrm{xy}}\left(t\right)}{\left|{\mathrm{Pr}}_{\mathrm{xy}}\mathrm{Tot}\left(t\right)\right|}\left|\right)\·{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{MAX}}\left(t\right)$

其中：

Pr_Kxy(t)是第k个设备中的传感器x的参数y；

Pr_xyTot(t)是所有传感器的值Pr_xy的和：

β_Ky(t)是适合于第k个传感器的个体参数的系数。

举例说明，参数可以是：

Pr_Kx1(T)，其是在时间T和T-1作出的测量数；

Pr_Kx2(T)，其是在时间T和T-1工作的传感器数；

Pr_Kx3(T)，其是在时间T和T-1对关键词的审阅数；

Pr_Kx4(T)，其是在时间T和T-1对专用网站的用户审阅数；

Pr_Kx5(T)，其是在时间T和T-1的医学和环境数据；

Pr_Kx6(T)，其是从时间0到T每个设备中的各个体传感器的数据。

以上参数在任何情况下都连续的演变，并可相对于本发明的不同应用而被修改。

应当理解，自适应算法的类型在任何情况下都可根据应用和传感器群的演变而改变。

在本发明的一个实施例中，自适应算法也基于来自网络的“社交”数据，诸如例如关于给定主题、针对给定关键词或测量的质量的其他评估元素的审阅数。

所描述的装置适用于不同类型的应用。

对系统的典型应用是对分布式传感器网络和从存在于地域上的不同位置处的各个体传感器收集数据以更好地表征由本地传感器提供的信息的测量的使用。

在这种意义上，有可能区分两种类型的典型应用：

-在各测量是在不同的离散时间作出的情况下为用于进行点测量的设备；

-在各测量是连续地作出的情况下为用于进行分布式测量的设备。

在前一种情况下，测量可以以点对点的方式在不同位置被作出，并且获得的数据可以由单元SER远程处理，并使其可用于各个体设备D以用于改进在后续测量中使用的自适应算法。

在后一种情况下，测量是连续地在装置的所有的传感器上同时作出的，因此数据被全部一起使用来改进在后续测量中使用的自适应算法。

此外，还可以用两种类型的应用基于从传感器网络接收到的信息该改进该算法。

此外，这两种类型的应用需要使用不同类型的传感器来检测一个以及相同的参数。

在前一种情况下，如果测量是点测量，即在给定时间点只作出一次，则所使用的传感器的类型必须是高质量传感器以便具有有效的检测且不会篡改整个数据群。

在后一种情况下，改为在看到测量是在给定位置连续作出的情况下，只要被测量的空间的历史数据是可获得的，则有可能使用低质量传感器。

有利地，对于一个以及相同的系统，可放置有较高或较低质量的传感器，即确定较高或较低质量的点测量的传感器，因为自适应算法将会了解到这一方面，并且会在该自适应算法中给予测量的重要性级别方面对测量的精度水平进行加权。

此外，通过算法作出的动态计算可以包括计算从来自已安装的传感器的之前测量的历史存储导出的数据。

此外，通过时间自适应算法，还有可能修改测量方法及相应的传感器，或者增加新的测量方法及相应的传感器。在任何情况下，被处理的数据都将是不同参数的和，并且也是根据所作出的测量的数目以及传感器的质量来适应的。

示例1：用于点测量的设备

这是一个针对专业操作员的测试设备。

通过该系统，操作员准备测量设置，根据测量过程所设想的规范将传感器定位在住所中，以及启动测量本身。在这一时刻，测量和控制系统被激活。如果检测到的数据一致，则将其发送到网络上以由中央系统来进行分析及处理。然后中央系统发出分析和环境质量证书，该证书可能被发送给最终用户。

使用这一系统，可以提供室内放映服务，这由专业操作员使用实现本发明的设备来执行。

示例2：用于分布式测量的设备

这是一种被定位在住所内用于对污染物进行日夜不停地环境控制的设备。

在建造或改造房屋期间，上述设备也可以是集成式的，并且通过数据的显示或通过提供的室内系统，有可能显示点测量数据。

该设备通过测量传感器检测点数据，检查测量以被正确地作出，并就地处理该数据以确保其所处的环境的质量水平。接着，通过经由互联网连接，它发送数据到网络上，并从中央系统接收关于整体质量水平的反馈。然后根据不同的形式(SMS，网络，显示等)使所述的信息变得可由最终用户获得。

图3示意性地表示出该装置的操作以及这些设备和中央控制单元之间的数据交换。

优选地，被交换的信息将必须被这些设备的单元MB本地地处理，并经由ADSL/WiFi/3G/4G互联网连接以安全的形式(例如基于标准安全算法的安全编码模式和VPN(虚拟专用网)类型的传输模式)发送回中央控制单元SER。在一个优选实施例示例中，将存在两个VPN，这两个VPN根据数据是关于由传感器SD作出的测量的数据还是由控制系统CX传输的数据来进行区分。

该系统的各个设备根据图3中描述的操作模式彼此通信。

具体地，在由设备的主板MB相对于测量的时序周期性地激活的情况下，传感器SD和控制系统C_X被激活来检测测量数据和关于测量环境本身的合适配置的数据。这些数据通过不同的通信端口被发送到主板MB，并由主板就地处理。所述处理有利于防止到中央系统SER的连接至少破坏对数据的第一本地评估的问题，同样防止关于控制数据的隐私问题，在控制数据不被服务的用户需要的情况下其不会被发送回到网络。数据以安全方式被发送到中央系统SER，在中央系统SER处这些数据被处理并最终被归档到系统数据库中。周期性地，在接收到的数据的基础上，中央系统SER可以发送数据以用于激活系统的校准、维护以及升级过程。

已经根据优选的实施例描述了本发明，但是可以涉及等效的变型，而不偏离保护被授予的范围。

Claims (11)

1.一种用于测量和监控室内环境的设备(D1-Dn)，包括：

多个传感器(SD11-Snm)，所述多个传感器用于测量与被监控的室内环境的环境质量因数(FQP1-FQPn)的值相关的本地环境参数；

接收装置(MODEM)，所述接收装置用于从远程源(INFO)接收可与本地环境质量因数(FQP1-FQPn)相关联的数据；

控制装置(CX)，所述控制装置用于控制被监控的室内环境的干扰被测量的本地环境参数的当前状态；以及

可操作地连接到所述传感器(SD11-SDnm)、所述接收装置(MODEM)和所述控制装置(CX)的第一可编程电子处理单元(MB)，所述第一可编程电子处理单元用于及时地重复接收所述本地参数的测量数据、与所述因数(FQP)相关联的远程数据和关于所述当前本地环境状况的数据，所述单元(MB)还被编程为用于通过自适应算法来基于本地测量数据、与所述参数(FQP)相关联的远程数据以及所述当前本地环境状态动态地处理所述因数(FQP)的当前值。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器(SD11-SDnm)被集成在可操作地连接到所述处理单元的单个电子卡(SCS)中，且所述传感器包括用于检测100kHz到3GHz电磁场、低频电磁场、氡、水分组成、粉尘、二氧化碳和噪音的传感器。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置包括旋转式网络摄像头(WEBCAM)和用于收集历史数据的装置(LOG)。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述电子单元(MB)和所述接口(MODEM)通过安全通信模块(COM)连接。

5.一种用于本地环境测量和控制的装置，包括：

根据前述权利要求中的任一项所述的多个本地设备(D1-Dn)；

可与本地环境质量因数(GQP1-FQPn)相关联的数据的至少一个远程源(INFO)；

至少一个远程中央控制单元(SER)，所述至少一个远程中央控制单元用于处理与所述本地环境质量因数相关联的数据和/或由所述设备(D1-Dn)检测的本地环境参数的测量数据；以及

可操作地连接到所述远程单元(SER)、所述远程源(INFO)以及所述本地设备(D1-Dn)的电子单元的至少一个通信接口(MODEM)，所述至少一个通信接口用于发送和接收与所述本地环境质量因数相关联的数据和/或本地环境参数的测量数据。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述设备(D1-Dn)、所述远程源(INFO)和所述远程单元(SER)通过通信网络连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述设备(D1-Dn)、所述远程源(INFO)和所述远程单元(SER)通过受保护的通信网络(VPN)连接。

8.一种用于本地环境测量和监控的方法，包括以下步骤：

及时测量多个本地环境参数的当前值，该当前值与被监控的室内环境的环境质量因数(FQP1-FQPn)的值相关；

从远程源(INFO)接收可与本地环境质量因数(FQP1-FQPn)相关联的数据；

控制被监控的室内环境的干扰被测量的本地环境参数的当前状态；

及时地重复接收所述本地参数的当前测量数据、与所述因数(FQP)相关联的远程数据以及关于所述当前环境状态的当前数据；以及

借助自适应算法基于所述本地测量数据、与所述参数(FQP)相关联的远程数据和所述本地环境状态来动态地计算被监控的至少一个环境的质量因数(FQP1-FQPn)的当前值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：

远程处理来自至少一个设备(D1-Dn)的本地参数的所述当前测量数据、通过至少一个设备(D1-Dn)与因数(FQP1-FQPn)相关联的远程数据、以及关于被相应的设备(D1-Dn)监控的至少一个室内环境的本地环境状态的当前数据的步骤；

基于所述远程处理步骤计算校正系数的步骤；以及

基于所述校正系数来更新所述计算所述质量因数(FQP1-FQPn)的步骤的步骤。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述远程数据包括来自社交网络的数据。

11.根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述动态计算包括计算远程数据，该远程数据包括从由已经安装的传感器作出的之前测量的历史存储中导出的数据。