CN109632004A - 一种基于局地修正utci的严寒地区室外热舒适度实时评价方法 - Google Patents

一种基于局地修正utci的严寒地区室外热舒适度实时评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于局地修正UTCI的严寒地区室外热舒适度实时评价方法，步骤1、利用物联网云平台建立严寒地区局地室外热感觉投票数据库；步骤2、建立严寒地区局地气象数据库；步骤3、计算局地Tmrt和UTCI值，对局地UTCI尺度进行地域性修正并计算实时压力类别，编写数据交互接口程序，实现数据云传输与云下载；步骤4、利用微型卡片式电脑及物联网云平台存储、处理实测和计算数据，通过终端进行远程监测，并通过显示装置实现实时评价。本发明可以实现严寒地区室外热舒适度实时评价，并通过终端进行远程、异地、实时监测，同时结合局地室外热感觉投票数据库，显著提高评价的精确性和可靠性，为严寒地区居民出行决策提供技术支撑。

Description

一种基于局地修正UTCI的严寒地区室外热舒适度实时评价 方法
技术领域
本发明属于室外热舒适度实时评价技术领域，特别是涉及一种基于局地修正UTCI的严寒地区室外热舒适度实时评价方法。
背景技术
严寒地区室外活动场地的热舒适度在不同季节以及一天中不同时段都会有所波动，其波动性在一定程度上影响室外活动者的活动时间、频率等。因此，针对严寒地区开发一种局地室外热舒适度实时评价的方法十分必要，从而帮助寒地居民选择合适时间进行室外活动，也能为研究人员提供数据参考。
既有室外热舒适度实时评价方法多利用气象数据进行室外热舒适度指标计算，缺乏对活动者主观因素的考虑，不能更精确地反映室外热环境的舒适度。同时选取合适的室外热舒适评价指标可以提高评价的科学性，目前常用于室外热舒适度评价指标中，相关研究表明PMV-PPD更适用于室内稳态热环境评价；OUT_SET*更适用于炎热气候的热舒适评价；PET则没有考虑人体皮肤湿润度，缺少了对人体潜热散热方面的考虑；UTCI可适用于不同气候、季节、纬度和不同气候下的热环境评价问题。
目前国内运用UTCI指标评价严寒地区室外热环境的方法仍待改善，原因在于室外热舒适受环境、地域等因素影响较大，且以实时气象数据计算的热舒适指标缺乏对寒地居民主观因素的考虑。因此，亟需整合主观数据和气象数据，展开室外热舒适度评价。
发明内容
本发明目的是为了解决现有的技术问题，提出了一种基于局地修正UTCI的严寒地区室外热舒适度实时评价方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于局地修正UTCI的严寒地区室外热舒适度实时评价方法，具体包括以下步骤：
步骤1、通过发放局地室外热感觉电子调查问卷，利用物联网云平台传输并存储大量局地室外热感觉投票数据，建立严寒地区局地室外热感觉投票数据库，所述局地室外热感觉投票数据库根据用户反馈的电子调查问卷持续更新；
步骤2、应用室外气象参数测量装置采集局地气象数据，并将所述参数测量装置内的各传感器组与AVR单片机关联，通过无线装置传输至计算机，建立严寒地区局地气象数据库；
步骤3、利用所接收的局地气象数据计算局地平均辐射温度Tmrt和UTCI值，对局地室外热感觉投票数据库中的平均热感觉投票和局地气象数据库所计算的相应时刻UTCI值进行回归，对局地UTCI尺度进行地域性修正，并根据实时UTCI值计算实时压力类别；应用数据交互接口协同气象参数测量控制软件和气象数据库，便于数据的上传和下载；
步骤4、利用微型卡片式电脑将实时UTCI值和所对应的实时压力类别数据上传并存储至物联网云平台，通过终端进行远程监测，并通过显示装置实现实时评价。
进一步地，在步骤1中所述调查问卷通过互联网位置链接发送给受试者，所述调查问卷自动记录提交时间，提交后利用物联网云平台传输并存储大量局地室外热感觉投票数据，建立严寒地区局地室外热感觉投票数据库。
进一步地，所述步骤2具体为：应用室外气象参数测量装置每1分钟采集一次局地气象数据，所述参数测量装置内包含温度传感器、湿度传感器、风速传感器和黑球温度传感器；将各传感器组与AVR单片机关联，通过接入蓝牙4.0BLE外接卡将气象数据无线传输至计算机，建立严寒地区局地气象数据库。
进一步地，所述步骤3具体为：利用气象数据库中的气象数据计算UTCI室外热舒适模型中所需参量Tmrt，所述气象数据包括黑球温度、室外10m高度处风速和室外温度；根据室外热舒适度模型UTCI＝F(Ta，RH，V10m，Tmrt)计算UTCI值，其中所述F为与测量区域有关的非线性函数，所述Ta为测量的室外温度，所述RH为测量的室外湿度，所述V10m为测量的室外10m高度处的风速，所述Tmrt为室外平均辐射温度；定义平均热感觉投票MTSV为每1℃UTCI温度区间的局地室外热感觉投票，利用统计分析方法，将某一时刻更新后的局地室外热感觉投票数据库中的平均热感觉投票和某一时刻更新后局地气象数据库所计算的UTCI值进行回归分析，拟得出如式(1)所示的局地室外热舒适度回归模型：
UTCI＝a·MTSV+b (1)
式中，a、b为常数且与测量区域和受试者的偏好因素有关；
根据局地室外热感觉投票对不同压力类别的假设值，结合上述回归模型，确定每个局地室外热感觉投票量表的UTCI尺度范围，进行地域性修正，根据实时UTCI计算值和修正后UTCI尺度重新计算压力类别；通过编写数据交互接口程序实现气象参数测量控制软件和严寒地区局地气象数据库的协同，便于数据的上传和下载。
进一步地，所述室外平均辐射温度Tmrt由测得的黑球温度、室外温度和室外10m高度处的风速按式(2)求得：
式中，D为黑球直径；ε为黑球表面发射率；Tmrt为室外平均辐射温度；Tg为黑球温度；Ta为室外温度；V10m为室外10m高度处的风速。
进一步地，所述步骤4具体为：利用微型卡片式电脑将实时UTCI计算值和所对应的实时压力类别数据上传并存储至物联网云平台；使用者借助PC或智能手机APP远程、异地、实时地查看UTCI计算值和各组气象传感器的数据，对室外热舒适度状态进行监测；严寒地区居民可通过显示装置呈现的实时评价数据制定出行决策。
本发明有益效果：本发明所述的方法随着室外环境变化，实现迅速动态更新。通过不断收集室外活动者对局地室外热感觉投票(TSV)数据，建立局地室外热感觉投票(TSV)数据库；通过对局地气象数据采集，建立严寒地区局地气象数据库并计算UTCI值；基于室外热感觉投票(TSV)数据库中的平均热感觉投票(MTSV)和某一时刻更新后的局地气象数据库所计算的UTCI值进行回归分析，从而对局地UTCI尺度进行地域性修正，并基于修正后的UTCI尺度将实时压力类别反馈给严寒地区居民，为其出行决策提供更有利的支持作用。
附图说明
图1为本发明基于局地修正UTCI的严寒地区室外热舒适度实时评价方法流程图；
图2为本发明所采用的局地室外热感觉电子问卷具体内容示意图；
图3为电子问卷前台收集界面示意图；
图4为电子问卷后台数据处理界面示意图；
图5为热感觉投票(TSV)对不同压力类别的假设值示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1，本发明提出一种基于局地修正UTCI的严寒地区室外热舒适度实时评价方法，具体包括以下步骤：
步骤1、通过发放局地室外热感觉电子调查问卷，利用物联网云平台传输并存储大量局地室外热感觉投票数据，建立严寒地区局地室外热感觉投票数据库，所述局地室外热感觉投票数据库根据用户反馈的电子调查问卷持续更新；
步骤2、应用室外气象参数测量装置采集局地气象数据，并将所述参数测量装置内的各传感器组与AVR单片机关联，通过无线装置传输至计算机，建立严寒地区局地气象数据库；
步骤3、利用所接收的局地气象数据计算局地平均辐射温度Tmrt和UTCI值，对局地室外热感觉投票数据库中的平均热感觉投票和局地气象数据库所计算的相应时刻UTCI值进行回归，对局地UTCI尺度进行地域性修正，并根据实时UTCI值计算实时压力类别；应用数据交互接口协同气象参数测量控制软件和气象数据库，便于数据的上传和下载；
步骤4、利用微型卡片式电脑将实时UTCI值和所对应的实时压力类别数据上传并存储至物联网云平台，通过终端进行远程监测，并通过显示装置实现实时评价。
结合图2-图4，在步骤1中所述调查问卷通过互联网位置链接发送给受试者，所述调查问卷自动记录提交时间，提交后利用物联网云平台传输并存储大量局地室外热感觉投票数据，建立严寒地区局地室外热感觉投票数据库。
所述步骤2具体为：应用室外气象参数测量装置每1分钟采集一次局地气象数据，所述参数测量装置内包含温度传感器、湿度传感器、风速传感器和黑球温度传感器；将各传感器组与AVR单片机关联，通过接入蓝牙4.0BLE外接卡将气象数据无线传输至计算机，建立严寒地区局地气象数据库。
所述步骤3具体为：利用气象数据库中的气象数据计算UTCI室外热舒适模型中所需参量Tmrt，所述气象数据包括黑球温度、室外10m高度处风速和室外温度；根据室外热舒适度模型UTCI＝F(Ta，RH，V10m，Tmrt)计算UTCI值，其中所述F为与测量区域有关的非线性函数，所述Ta为测量的室外温度，所述RH为测量的室外湿度，所述V10m为测量的室外10m高度处的风速，所述Tmrt为室外平均辐射温度；定义平均热感觉投票(MTSV)为每1℃UTCI温度区间的局地室外热感觉投票，利用统计分析方法，将某一时刻更新后的局地室外热感觉投票数据库中的平均热感觉投票和某一时刻更新后的局地气象数据库所计算的UTCI值进行回归分析，拟得出如式(1)所示的局地室外热舒适度回归模型：
UTCI＝a·MTSV+b (1)
式中，a、b为常数且与测量区域、受试者的偏好等因素有关。
根据局地室外热感觉投票对不同压力类别的假设值，如图5所示，结合上述回归模型，确定每个局地室外热感觉投票量表的UTCI尺度范围，进行地域性修正，根据实时UTCI计算值和修正后UTCI尺度重新计算压力类别；通过编写数据交互接口程序实现气象参数测量控制软件和严寒地区局地气象数据库的协同，便于数据的上传和下载。
所述室外平均辐射温度Tmrt由测得的黑球温度、室外温度和室外10m高度处的风速按式(1)求得：
式中，D为黑球直径；ε为黑球表面发射率；Tmrt为室外平均辐射温度；Tg为黑球温度；Ta为室外温度；V10m为室外10m高度处的风速。
所述步骤4具体为：利用微型卡片式电脑将实时UTCI计算值和所对应的实时压力类别数据上传并存储至物联网云平台；使用者可借助PC或智能手机APP远程、异地、实时地查看UTCI计算值和各组气象传感器的数据，对室外热舒适度状态进行监测；严寒地区居民可通过显示装置呈现的实时评价数据制定出行决策。
本发明通过发放室外热感觉电子问卷，利用云平台存储数据并建立局地热感觉投票(TSV)数据库；通过使用气象参数测量装置采集局地室外气象参数，建立严寒地区局地气象数据库并通过室外热舒适模型计算UTCI值；结合局地室外热感觉投票(TSV)数据库对局地UTCI尺度进行校正，更精确地反映局地压力类别的情况，显著提高了评价局地室外热舒适度的精确性和可靠性；借助物联网云平台，使用者在终端可以实现远程、异地、实时地查看UTCI计算值和各组气象传感器的数据；严寒地区居民可通过显示装置呈现的实时评价数据制定出行决策。
以上对本发明所提供的一种基于局地修正UTCI的严寒地区室外热舒适度实时评价方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于局地修正UTCI的严寒地区室外热舒适度实时评价方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1、通过发放局地室外热感觉电子调查问卷，利用物联网云平台传输并存储大量局地室外热感觉投票数据，建立严寒地区局地室外热感觉投票数据库，所述局地室外热感觉投票数据库根据用户反馈的电子调查问卷持续更新；
步骤2、应用室外气象参数测量装置采集局地气象数据，并将所述参数测量装置内的各传感器组与AVR单片机关联，通过无线装置传输至计算机，建立严寒地区局地气象数据库；
步骤3、利用所接收的局地气象数据计算局地平均辐射温度Tmrt和UTCI值，对局地室外热感觉投票数据库中的平均热感觉投票和局地气象数据库所计算的相应时刻UTCI值进行回归，对局地UTCI尺度进行地域性修正，并根据实时UTCI值计算实时压力类别；应用数据交互接口协同气象参数测量控制软件和气象数据库，便于数据的上传和下载；
步骤4、利用微型卡片式电脑将实时UTCI值和所对应的实时压力类别数据上传并存储至物联网云平台，通过终端进行远程监测，并通过显示装置实现实时评价。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤1中所述调查问卷通过互联网位置链接发送给受试者，所述调查问卷自动记录提交时间，提交后利用物联网云平台传输并存储大量局地室外热感觉投票数据，建立严寒地区局地室外热感觉投票数据库。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2具体为：应用室外气象参数测量装置每1分钟采集一次局地气象数据，所述气象参数测量装置包含温度传感器、湿度传感器、风速传感器和黑球温度传感器；将各传感器组与AVR单片机关联，通过接入蓝牙4.0BLE外接卡将气象数据无线传输至计算机，建立严寒地区局地气象数据库。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3具体为：利用气象数据库中的各组气象数据计算UTCI室外热舒适模型中所需参量Tmrt，所述气象数据包括黑球温度、室外10m高度处风速和室外温度；根据室外热舒适度模型UTCI＝F(Ta，RH，V10m，Tmrt)计算UTCI值，其中所述F为与测量区域有关的非线性函数，所述Ta为测量的室外温度，所述RH为测量的室外湿度，所述V10m为测量的室外10m高度处的风速，所述Tmrt为室外平均辐射温度；定义平均热感觉投票MTSV为每1℃UTCI温度区间的局地室外热感觉投票，利用统计分析方法，将某一时刻更新后的局地室外热感觉投票数据库中的平均热感觉投票和某一时刻更新后的局地气象数据库所计算的UTCI值进行回归分析，拟得出如式(1)所示的局地室外热舒适度回归模型：
UTCI＝a·MTSV+b (1)
式中，a、b为常数且与测量区域和受试者的偏好因素有关；
根据局地室外热感觉投票对不同压力类别的假设值，结合上述回归模型，确定每个局地室外热感觉投票量表的UTCI尺度范围，进行地域性修正，根据实时UTCI计算值和修正后UTCI尺度重新计算压力类别；通过编写数据交互接口程序，协同气象参数测量控制软件和严寒地区局地气象数据库，便于数据的上传和下载。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述平均辐射温度Tmrt由测得的黑球温度、室外温度和室外10m高度处的风速按式(2)求得：
式中，D为黑球直径；ε为黑球表面发射率；Tmrt为室外平均辐射温度；Tg为黑球温度、Ta为室外温度；V10m为室外10m高度处的风速。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4具体为：利用微型卡片式电脑将实时UTCI计算值和所对应的实时压力类别数据上传并存储至物联网云平台；使用者借助PC或智能手机APP远程、异地、实时地查看UTCI计算值和各组气象传感器的数据，对室外热舒适度状态进行监测；严寒地区居民可通过显示装置呈现的实时评价数据制定出行决策。
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