CN105423503A - 基于视频人流密度图的中央空调节能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

基于视频人流密度图的中央空调节能控制方法及系统。它包括视频监控模块、人流密度图分析模块、空调控制模块；所述视频监控模块安装于能反映区域人流密度的区域，其视频信号输出至人流密度图分析模块；所述人流密度图分析模块处理视频信号得到人流的密度图，计算其面积并传递给空调控制模块；所述空调控制模块根据得到的面积信息，调节PID调节器的KP参数。本发明所述的方法及系统针对影响运行工况最重要的人流量因素，提出基于视频人流密度图的估计人流量的方法及系统，根据人流量不断更新PID调节器的参数，达到最佳的节能控制效果，复杂度低，实时性好。

Description

基于视频人流密度图的中央空调节能控制方法及系统

技术领域：

本实发明涉及视频监控技术领域，尤其涉及一种基于视频人流密度图的中央空调节能控制方法及系统。

背景技术：

中央空调的出现满足了人们对大空间范围内温度调节的需求，使人们的生活更加舒适。然而中央空调对能源的消耗极大，在能源、成本压力不断高涨的今天，节能降耗成为中央空调系统设计的关键。近年来，随着楼宇自动化系统(BAS)的应用和发展，在中央空调领域，人们开始采用BAS对空调系统设备进行控制。通过对空调系统管网压力或温度的采集，以压差或温差作为控制参量，采用PID算法控制变频器调节水泵的运转频率，使水泵流量跟随负荷变化，从而达到水泵节能的目的。但这种以压差或温差作为控制参量的PID调节，在中央空调控制中存在较大的局限性，节能效果较差，原因在PID调节器最重要的工程参数KP(比例系数)、TI(积分时间常数)和TD(微分时间常数)一旦确定之后，如果没有人为的调节，它是固定不变的，不会跟随受控参量的变化而自动调整。也就是说，这些工程参数确定之后，就用同一种参数去应对各种不同的运行工况。实际上，中央空调系统是一个时变性的动态系统，其运行工况受季节变化、环境温度、人流量等诸多因素的共同影响，是随时变化且处于波动之中，因此静态参数的PID控制方法不可能达到最佳的节能控制效果。

发明内容：

为了解决背景技术所存在的问题，本发明提供一种基于视频人流密度图的中央空调节能控制方法，包括步骤如下：

步骤一，设定全负载时的PID调节器的KP值---KP_max，此时监控画面中人员所占面积为S_max，将S_max分为N等份 $\[0,\frac{1}{N}{S}_{max}),\[\frac{1}{N}{S}_{max},\frac{2}{N}{S}_{max})...\[\frac{N-1}{N}{S}_{max},S_{max}\],$ 对应N个可调的KP值 $\frac{1}{N}{\mathrm{KP}}_{\max },\frac{2}{N}{\mathrm{KP}}_{max}...{\mathrm{KP}}_{max};$

步骤二，监控能反映区域人流密度的区域，并将视频信号输出至人流密度图分析模块；

步骤三，人流密度图分析模块处理视频信号得到人流的密度图，计算其面积，具体方法为：

1)每隔T秒采集M帧图像，每前后两帧相减得到差值图像，对第i(i＝1，2，...，M-1）差值图像进行阈值二值化处理，小于设定阈值置为0，反之置为255，得到二值化图像，在该图像上应用形态学“开操作”去除点以及细线噪声，得到有空洞的运动区域图像，值为255的像素点代表存在运动；

2)如果运动区域内的连通域为0，说明不存在人员流动；否则对运动区域图像应用形态学“膨胀”操作，检查一次“膨胀”后的连通域数量，如果连通域数量减少，则继续应用“膨胀”操作；如果连通域数量不变，则操作结束。如此得到去除大部分空洞的运动区域图像，即人流密度图，它反映了当前时刻的人流状况；

3)将各个连通域的面积相加，得到运动区域的面积S_i，它反映了人员拥挤状况；

4)计算平均面积Sa，

步骤四，空调控制模块接收步骤三得到的面积Sa，判定其落入步骤一中的哪个区间，如果与前一时刻相同则不调整；否则将KP调整为对应区间的KP值。

本发明方法基于视频信号得到人流密度图，并据此调整中央空调控制系统的参数，克服了控制参数固定所带来的弊病，达到最佳的节能控制效果，复杂度低，实时性好，完全可以嵌入摄像头前端，进一步降低控制成本。

本发明还提供了一种基于视频人流密度图的中央空调节能控制系统，包括视频监控模块、人流密度图分析模块、空调控制模块：

所述视频监控模块安装于能反映区域人流密度的区域，其视频信号输出至人流密度图分析模块；

所述人流密度图分析模块处理视频信号得到人流的密度图，计算其面积并传递给空调控制模块；

所述空调控制模块根据得到的面积信息，调节PID调节器的KP参数。

本发明所述的方法及系统针对影响运行工况最重要的人流量因素，提出基于视频人流密度图的估计人流量的方法及系统，根据人流量不断更新PID调节器的参数，达到最佳的节能控制效果，复杂度低，实时性好。

附图说明：

图1为本发明系统的一实施例示意图。

具体实施方式：

本发明方法的实现步骤如下：

步骤一，设定全负载时的PID调节器的KP值---KP_max，此时监控画面中人员所占面积为S_max，将S_max分为10等份 $\[0,\frac{1}{10}{S}_{max}),\[\frac{1}{10}{S}_{max},\frac{2}{10}{S}_{max})...\[\frac{9}{10}{S}_{max},S_{max}\],$ 对应10个可调的KP值 $\frac{1}{10}{\mathrm{KP}}_{\max },\frac{2}{10}{\mathrm{KP}}_{max}...{\mathrm{KP}}_{max};$

步骤二，监控能反映区域人流密度的区域，并将视频信号输出至人流密度图分析模块；

步骤三，人流密度图分析模块处理视频信号得到人流的密度图，计算其面积，具体方法为：

1)每隔600秒采集51帧图像，每前后两帧相减得到差值图像，对第i(i＝1，2，...，50）幅差值图像进行阈值二值化处理，小于设定阈值置为0，反之置为255，得到二值化图像，在该图像上应用形态学“开操作”去除点以及细线噪声，得到有空洞的运动区域图像，值为255的像素点代表存在运动。

2)如果运动区域内的连通域为0，说明不存在人员流动；否则对运动区域图像应用形态学“膨胀”操作，检查一次“膨胀”后的连通域数量，如果连通域数量减少，则继续应用“膨胀”操作；如果连通域数量不变，则操作结束。如此得到去除大部分空洞的运动区域图像，即人流密度图，它反映了当前时刻的人流状况；

3)将各个连通域的面积相加，得到运动区域的面积Si，它反映了人员拥挤状况；

4)计算平均面积Sa，

步骤四，空调控制模块接收步骤三得到的面积Sa，判定其落入步骤一中的哪个区间，如果与前一时刻相同则不调整；否则将KP调整为对应区间的KP值。

图1为本发明系统的一个实施例，如图1所示，它包括视频监控模块、人流密度图分析模块、空调控制模块：

所述视频监控模块，如摄像头安装于能反映区域人流密度的区域，其视频信号输出至计算机中的人流密度图分析模块；

所述计算机人流密度图分析模块处理视频信号得到人流的密度图，计算其面积并传递给空调控制模块；

所述空调控制模块根据得到的面积信息，调节PID调节器的KP参数，进而控制中央空调进行调节，从而适应运行工况的变化。

Claims (2)

1.基于视频人流密度图的中央空调节能控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一，设定全负载时的PID调节器的KP值---KP_max，此时监控画面中人员所占面积为S_max，将S_max分为N等份对应N个可调的KP值

步骤二，监控能反映区域人流密度的区域，并将视频信号输出至人流密度图分析模块；

步骤三，人流密度图分析模块处理视频信号得到人流的密度图，计算其面积，具体方法为：

1)每隔T秒采集M帧图像，每前后两帧相减得到差值图像，对第i(i＝1，2，...，M-1)幅差值图像进行阈值二值化处理，小于设定阈值置为0，反之置为255，得到二值化图像，在该图像上应用形态学“开操作”去除点以及细线噪声，得到有空洞的运动区域图像，值为255的像素点代表存在运动；

2)如果运动区域内的连通域为0，说明不存在人员流动；否则对运动区域图像应用形态学“膨胀”操作，检查一次“膨胀”后的连通域数量，如果连通域数量减少，则继续应用“膨胀”操作；如果连通域数量不变，则操作结束。如此得到去除大部分空洞的运动区域图像，即人流密度图，它反映了当前时刻的人流状况；

3)将各个连通域的面积相加，得到运动区域的面积S_i，它反映了人员拥挤状况；

4)计算平均面积Sa，

步骤四，空调控制模块接收步骤三得到的面积Sa，判定其落入步骤一中的哪个区间，如果与前一时刻相同则不调整；否则将KP调整为对应区间的KP值。

2.基于视频人流密度图的中央空调节能控制系统，其特征在于，它包括视频监控模块、人流密度图分析模块、空调控制模块；

所述视频监控模块安装于能反映区域人流密度的区域，其视频信号输出至人流密度图分析模块；

所述人流密度图分析模块处理视频信号得到人流的密度图，计算其面积并传递给空调控制模块；

所述空调控制模块根据得到的面积信息，调节PID调节器的KP参数。