CN110332661B - 一种基于物联网的建筑通风方法及新风系统 - Google Patents

一种基于物联网的建筑通风方法及新风系统 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种基于物联网的建筑通风方法及新风系统。该方法包括：在建筑物内按预定空间距离设置空气质量传感设备，实时采集建筑物内空气质量，发送至控制中心；在建筑物用户端以预设时间间隔采集用户地理位置、行动速度，发送至控制中心；通过建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，根据建筑物用户进入建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，在用户抵达建筑物之前完成建筑物通风工作；当建筑物用户进入建筑物后，建筑物进入持续静音通风模式；当建筑物用户离开建筑物后，建筑物停止通风工作。本申请实施例的一种基于物联网的建筑通风方法及新风系统，通过结合物联网技术和通风实际特点，提高了通风效率，节约了通风能源。

Description

一种基于物联网的建筑通风方法及新风系统
技术领域
本申请涉及物联网及通风控制领域，尤其涉及一种基于物联网的建筑通风方法及新风系统。
背景技术
物联网也称传感网，是指通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。传统基于物联网的建筑物通风方法中，一般只是简单的将传感器采集的数据发至用户，让用户进行控制，这样一方面由用户决定通风控制的时间、效率，准确性低，浪费能源；另一方面，不能自动控制新风系统的实时运行，浪费用户的时间。因此，为了解决这些技术问题，考虑实现基于物联网的建筑通风方法及新风系统。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种基于物联网的建筑通风方法及新风系统，解决目前通风控制过程中，过度依赖人工控制导致的通风效率低、准确度不高的技术问题。
基于上述目的，本申请提出了一种基于物联网的建筑通风方法，包括：
在建筑物内按预定空间距离设置空气质量传感设备，实时采集建筑物内空气质量，发送至控制中心；
在建筑物用户端以预设时间间隔采集所述用户地理位置、行动速度，发送至控制中心；
通过建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，在用户抵达建筑物之前完成建筑物通风工作；
当所述建筑物用户进入建筑物后，所述建筑物进入持续静音通风模式；当所述建筑物用户离开建筑物后，所述建筑物停止通风工作。
在一种实施例中，所述预定空间距离根据建筑物内空气质量、建筑物空间结构特征进行反馈式动态循环调整。
在一些实施例中，所述在建筑物用户端以预设时间间隔采集所述用户地理位置、行动速度，发送至控制中心，包括：
所述预设时间间隔根据用户行动速度动态进行调整；
所述地理位置通过GPS定位系统确定；
所述发送至控制中心通过加密算法进行数据传输。
在一些实施例中，所述通过建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，包括：
通过公式：
Figure RE-GDA0002074958560000021
计算所述建筑物的通风模式中的通风功率，其中，i表示用户i，j表示建筑物 j，M(i,j)表示建筑物j相对于用户i的通风功率，D(i,j)为建筑物j相对于用户i 的相对距离，V(i，j)为为建筑物j相对于用户i的相对运动速度，A(j)为建筑物内的空气质量，μ为正向移动系数，δ为逆向移动系数。
在一些实施例中，所述建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，包括：
当用户靠近建筑物时，所述建筑物加大通风功率；
当用户远离建筑物时，所述建筑物降低通风功率。
在一些实施例中，所述建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，还包括：
当用户加速时，所述建筑物通风加速度增大；
当用户减速时，所述建筑物通风加速度减小。
在一些实施例中，所述根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，包括：
以预设时间间隔，通过建筑物用户与建筑物之间的距离、用户的移动速度，预测出用户进入建筑物的时间；
根据实时计算更新出的所述用户进入建筑物的时间，动态调整建筑物通风模式，使用户进入建筑物之前建筑物完成通风工作。
基于上述目的，本申请还提出了一种基于物联网的新风系统，包括：
采集模块，用于在建筑物内按预定空间距离设置空气质量传感设备，实时采集建筑物内空气质量，发送至控制中心；
用户模块，用于在建筑物用户端以预设时间间隔采集所述用户地理位置、行动速度，发送至控制中心；
计算模块，用于通过建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，在用户抵达建筑物之前完成建筑物通风工作；
休整模块，用于当所述建筑物用户进入建筑物后，所述建筑物进入持续静音通风模式；当所属建筑物用户离开建筑物后，所述建筑物停止通风工作。
在一些实施例中，所述采集模块，包括：
数据清洗单元，用于对传感数据进行归一化处理，将传感数据转换为标准数据；
数据传输单元，用于将传感数据在控制中心、建筑物和用户之间进行传输。
在一些实施例中，所述基于物联网的智慧建筑控制系统，还包括：
任务调度模块，用于控制任务的分发、资源分配；
效率监控模块，用于监督任务执行效率，并向所述任务调度模块发送监督结果。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。
图1示出根据本发明实施例的基于物联网的建筑通风方法的流程图。
图2示出根据本发明实施例的基于物联网的新风系统的构成图。
图3示出根据本发明实施例的采集模块的构成图。
图4示出根据本发明实施例的基于物联网的新风系统的构成图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出根据本发明实施例的基于物联网的建筑通风方法的流程图。如图 1所示，该基于物联网的建筑通风方法包括：
步骤S11、在建筑物内按预定空间距离设置空气质量传感设备，实时采集建筑物内空气质量，发送至控制中心；
在一种实施方式中，所述预定空间距离根据建筑物内空气质量、建筑物空间结构特征进行反馈式动态循环调整。
具体来说，建筑物内空气质量差异较大时，需要进一步确认建筑物内空气质量的详细情况，因此需要高密度地进行建筑物内空气质量信息的采集，这也就要求空气质量传感设备的空间距离近一些。例如，当屋内垃圾腐烂释放异味气体后，可能靠近垃圾区域的空气质量糟糕一些，而其余区域的空气质量趋于正常，增加空气质量传感设备后，可以准确测算处腐烂异味气体的位置、浓度等信息，提高通风的效率。
另一方面，建筑物空间结构特征也将影响空气质量传感设备的设置距离，例如，建筑物内如为“南北通透”式的通风结构，将有助于空气的流通，空气质量的检测也将变得容易，建筑物内传感设备的距离可以偏大；然而，如果建筑物内的结构属于弯绕式的扭转结构，需要在建筑物内设置更多更密的传感设备，才能准确采集到建筑物内各区域空气质量的准确数据。
在一种实施方式中，反馈式动态循环调整是在得到建筑物内各传感设备反馈回的空气质量数据后，如果相邻传感器的数据相近，且在一定时间内处于稳定状态，则可以暂时让相邻且空气质量数据相近的传感器进入休眠状态，或是暂时关闭这些传感器，从而降低了传感设备的资源损耗。
步骤S12、在建筑物用户端以预设时间间隔采集所述用户地理位置、行动速度，发送至控制中心；
在一种实施方式中，所述在建筑物用户端以预设时间间隔采集所述用户地理位置、行动速度，发送至控制中心，包括：
所述预设时间间隔根据用户行动速度动态进行调整；
所述地理位置通过GPS定位系统确定；
所述发送至控制中心通过加密算法进行数据传输。
具体来说，当用户距离建筑物较近时，且用户与建筑物之间的相对速度越来越快时，需要增加空气质量采集的频率，缩短预设采集时间间隔，从而使得新风系统的控制更加准确。
在一种实施方式中，用户的地理位置采集可以通过具有GPS定位功能的移动终端进行。例如，车载物联网控制终端、用户的手机等。
由于建筑物的空气质量及用户的个人信息均涉及到用户的隐私，因此，有必要通过加密算法进行数据传输。加密数据传输过程可以通过对称式加密算法、非对称式加密算法进行。
步骤S13、通过建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，在用户抵达建筑物之前完成建筑物通风工作；
在一种实施方式中，所述建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，包括：
当用户靠近建筑物时，所述建筑物加大通风功率；
当用户远离建筑物时，所述建筑物降低通风功率。
在一种实施方式中，所述建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，还包括：
当用户加速时，所述建筑物通风加速度增大；
当用户减速时，所述建筑物通风加速度减小。
具体来说，用户距离建筑物越近，且用户更快地靠近建筑物时，建筑物空气质量满足用户需求的紧迫性越高，也就越需要加大通风功率，通风的速度增加量增大，从而更快地实现用户进入建筑物时空气质量达标的目标；反过来，用户远离建筑物时，建筑物赢得的通风时间也将更多，可以降低建筑物的通风功率，从而实现节能减排的目的。
在一种实施方式中，所述通过建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，包括：
通过公式：
Figure RE-GDA0002074958560000051
计算所述建筑物的通风模式中的通风功率，其中，i表示用户i，j表示建筑物j，M(i,j)表示建筑物j相对于用户i的通风功率，D(i,j)为建筑物j相对于用户i 的相对距离，V(i，j)为为建筑物j相对于用户i的相对运动速度，A(j)为建筑物内的空气质量，μ为正向移动系数，δ为逆向移动系数。
公式中，速度V(i，j)大于0表示用户正在靠近建筑物，V(i，j)等于0表示用户与建筑物之间的距离保持不变，V(i，j)小于0则表示用户正在远离建筑物。通过公式可以看出，当用户加速靠近建筑物时，通风功率变大，从而在较短的时间内完成建筑物的通风工作；当用户加速远离建筑物时，功率逐渐减小，以降低不必要的通风能耗。而建筑物的通风功率随着建筑物内的空气质量正向变化，即空气质量越差，通风功率越大；空气质量越好，通风功率越小。
在一种实施方式中，正向移动系数μ为和逆向移动系数δ可以通过多次实验测试取最优解平均值的方式确定。
在一种实施方式中，所述根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，包括：
以预设时间间隔，通过建筑物用户与建筑物之间的距离、用户的移动速度，预测出用户进入建筑物的时间；
根据实时计算更新出的所述用户进入建筑物的时间，动态调整建筑物通风模式，使用户进入建筑物之前建筑物完成通风工作。
步骤S14、当所述建筑物用户进入建筑物后，所述建筑物进入持续静音通风模式；当所述建筑物用户离开建筑物后，所述建筑物停止通风工作。
具体来说，当用户进入建筑物后，需要的是一个安静、清洁的环境，因此，在通过传感设备感知到用户进入建筑物后，需要让新风系统进入静音工作模式。由于用户将在一定时间内处于建筑物中，所以不能立刻关闭建筑物的新风系统，而应让新风系统仍然处于工作模式，从而使得建筑物的空气质量持续清净。
在一种实施方式中，所述停止通风工作可以通过使新风系统进入休眠模式，或是直接关闭新风系统来实现。当新风系统进入休眠模式超过一定时间间隔后，为了节约能耗，可以让新风系统自动关闭。
图2示出根据本发明实施例的基于物联网的新风系统的构成图。如图2所示，该基于物联网的新风系统整体可以分为：
采集模块21，用于在建筑物内按预定空间距离设置空气质量传感设备，实时采集建筑物内空气质量，发送至控制中心；
用户模块22，用于在建筑物用户端以预设时间间隔采集所述用户地理位置、行动速度，发送至控制中心；
计算模块23，用于通过建筑物－用户二维耦合使用趋势分析方法，根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，在用户抵达建筑物之前完成建筑物通风工作；
休整模块24，用于当所述建筑物用户进入建筑物后，所述建筑物进入持续静音通风模式；当所属建筑物用户离开建筑物后，所述建筑物停止通风工作。
图3示出根据本发明实施例的采集模块的构成图。如图3所示，该采集模块可以分为：
数据清洗单元211，用于对传感数据进行归一化处理，将传感数据转换为标准数据；
数据传输单元212，用于将传感数据在控制中心、建筑物和用户之间进行传输。
图4示出根据本发明实施例的基于物联网的新风系统的构成图。如图4所示，该基于物联网的新风系统还包括：
任务调度模块25，用于控制任务的分发、资源分配；
效率监控模块26，用于监督任务执行效率，并向所述任务调度模块发送监督结果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统) 使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。所述存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于物联网的建筑通风方法，其特征在于，包括：
在建筑物内按预定空间距离设置空气质量传感设备，实时采集建筑物内空气质量，发送至控制中心；
在建筑物用户端以预设时间间隔采集所述用户地理位置、行动速度，发送至控制中心；
通过建筑物-用户二维耦合使用趋势分析方法，根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，在用户抵达建筑物之前完成建筑物通风工作；
当所述建筑物用户进入建筑物后，所述建筑物进入持续静音通风模式；当所述建筑物用户离开建筑物后，所述建筑物停止通风工作；
所述预定空间距离根据建筑物内空气质量、建筑物空间结构特征进行反馈式动态循环调整；所述反馈式动态循环调整是在得到建筑物内各传感设备反馈回的空气质量数据后，如果相邻传感器的数据相近，且在一定时间内处于稳定状态，则暂时让相邻且空气质量数据相近的传感器进入休眠状态，或是暂时关闭这些传感器；
所述通过建筑物-用户二维耦合使用趋势分析方法，根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，包括：
通过公式：
，
计算所述建筑物的通风模式中的通风功率，其中,i表示用户i，j表示建筑物j，
Figure 236065DEST_PATH_IMAGE002
表示建筑物j相对于用户i的通风功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为建筑物j相对于用户i的相对距离，为建筑物j相对于用户i的相对运动速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为建筑物内的空气质量，
Figure 260839DEST_PATH_IMAGE006
为正向移动系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为逆向移动系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在建筑物用户端以预设时间间隔采集所述用户地理位置、行动速度，发送至控制中心，包括：
所述预设时间间隔根据用户行动速度动态进行调整；
所述地理位置通过GPS定位系统确定；
所述发送至控制中心通过加密算法进行数据传输。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建筑物-用户二维耦合使用趋势分析方法，包括：
当用户靠近建筑物时，所述建筑物加大通风功率；
当用户远离建筑物时，所述建筑物降低通风功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建筑物-用户二维耦合使用趋势分析方法，还包括：
当用户加速时，所述建筑物通风加速度增大；
当用户减速时，所述建筑物通风加速度减小。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述建筑物用户进入所述建筑物的趋势，动态调整建筑物通风模式，包括：
以预设时间间隔，通过建筑物用户与建筑物之间的距离、用户的移动速度，预测出用户进入建筑物的时间；
根据实时计算更新出的所述用户进入建筑物的时间，动态调整建筑物通风模式，使用户进入建筑物之前建筑物完成通风工作。
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