CN113296428A - 一种基于实时空间位置的水务工程环境控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于实时空间位置的水务工程环境控制系统和方法。所述系统包括定位子系统、照明控制子系统、通风控制子系统及中央控制子系统。定位子系统由定位标签、定位基站、定位服务器组成；照明控制子系统主要由照明控制器及控制软件组成；所述通风控制子系统主要由通风控制器及控制软件组成；所述中央控制子系统由环境控制服务器及环境控制软件组成。本发明可以实现依据人员实时空间定位信息对水务工程中的环境系统(照明及通风系统)进行精确控制，从而在保证照明及通风安全的前提下，实现水务工程中环境控制系统的智能化控制，满足不同场景下的各类特殊需求，并能极大降低水务工程，尤其是全地下水务工程的照明及通风电耗。

Description

一种基于实时空间位置的水务工程环境控制系统和方法

技术领域

本发明涉及市政工程领域，具体是涉及一种水务工程环境控制系统及方法。

背景技术

目前，我国绝大多数的水务工程建设均采用地上式，但是随着我国城市化水平的提高，和对环境要求的提高，特别是对于土地资源短缺、环境污染问题日益突出的大城市来说，在某些特定地区，特别是中心城区需要开始建设地下封闭式水务工程。

相较于常规地上水务工程，地下封闭式水务工程需要布置额外的照明及通风设施，以保障地下环境的安全性。此外，目前在水务工程地下厂房内设置的照明系统及通风系统，大都按固定的几种预设模式控制照明灯具及通风风机的开关；且各预设模式的切换均只能由运维人员手动操作，或简单的采用定时切换的方式，尚没有结合人员实时空间位置信息进行照明及通风控制的先例。可以说，地下封闭式水务工程的管理运营成本大幅提升，究其原因主要是照明和通风用电成本较高。

到目前为止，业内已经逐渐开始探索结合人员实时空间位置信息进行环境系统控制的方法，如CN201811652981提供了一种人员定位和智慧照明的融合系统和融合方法；CN201811434734提供了一种室内人员定位方法及装置、建筑智能照明系统；另外，有文献提及人员定位与照明控制相结合的系统设计(陕西煤炭,2017(S1):146-150.)，以及基于人员位置的室内智慧照明系统设计(计算机测量与控制,2018,26(007):157-160,164)。

总体来说，就目前的专利和文献而言，在照明控制方面，只能做到“人来灯亮人去灯灭”的简单逻辑，且照明灯具点亮的多少及响应范围的大小均由传感器硬件覆盖范围决定；而在通风控制方面，尚无依据人员空间位置信息对暖通设备的控制方案。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提出一种基于实时空间位置的水务工程环境控制系统和方法，以实现依据人员实时空间定位信息进行对环境系统(照明及通风系统)进行精确控制，从而在保证照明及通风安全的前提下，实现水务工程中环境控制系统的智能化控制，满足不同场景下的各类特殊需求，并能极大降低水务工程，尤其是全地下水务工程的照明及通风电耗。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种基于实时空间位置的水务工程环境控制系统，包括：定位子系统、照明控制子系统、通风控制子系统、中央控制子系统，其中：

定位子系统由定位标签、定位基站、定位服务器组成，用于人员实时空间位置的计算，将人员实时空间位置上传至中央控制子系统。定位标签主动向定位基站发送定位脉冲，定位基站计算定位脉冲到达定位基站的时间等定位信息，并将定位信息上传至定位服务器；定位服务器利用TOF或TDOA定位方法结合基站上传的定位信息计算出定位标签的坐标位置。

照明控制子系统主要由照明控制器及控制软件组成，负责和中央控制子系统通讯，上传照明运行信息、接收照明控制指令以及照明系统的实际控制。照明控制器以照明区域为基本控制单元，一个照明区域包含多个照明灯具，可人为自由划分。一个照明区域预先设置多种照明模式，包含全开及休眠等。此外，照明控制子系统设置有智能开关，在智能开关开启情况下，能接收中央控制子系统的照明控制指令，从而改变每个照明区域的模式。

通风控制子系统主要由通风控制器及控制软件组成，负责和中央控制子系统通讯，上传通风运行信息、接收通风控制指令以及通风系统的实际控制。通风控制器以通风区域为基本控制单元，一个通风区域包含多个通风风机，可人为自由划分。一个通风区域预先设置多种通风模式，包含全开及休眠等。此外，通风控制子系统设置有智能开关，在智能开关开启情况下，能接收中央控制子系统的通风控制指令，从而改变每个通风区域的模式。

中央控制子系统由环境控制服务器及环境控制软件组成，负责接收定位模块的定位信息、照明控制模块的照明运行信息、通风控制模块的风机运行信息，并向照明控制模块及通风控制模块分别发出照明、通风控制指令。环境控制服务器，作为数据库服务器及应用服务器，用于部署环境控制软件。环境控制软件安装于环境控制服务器上，包含照明及通风区域展示模块、照明及通风区域控制规则设置模块、照明及通风联动控制模块、照明及通风系统控制异常报警模块。

本发明还提供一种基于实时空间位置的水务工程环境控制的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：根据水务工程的实际运维需求，在通风控制子系统按需划分通风区域，并关闭某些通风区域的智能开关，默认情况下通风区域的智能开关打开；

步骤二：根据水务工程的实际运维需求，在照明控制子系统按需划分照明区域，并关闭某些照明区域的智能开关，默认情况下照明区域的智能开关打开；

步骤三：根据水务工程的实际运维需求，在中央控制子系统的环境控制软件上设置照明及通风区域控制规则；

步骤四：人员佩戴定位标签进入水务工程构筑物内部，由定位子系统的定位服务器计算人员实时空间位置，并上传至中央控制子系统；

步骤五：中央控制子系统实时判断人员实时空间位置与照明及通风区域的位置关系，并根据步骤一中设定的控制规则触发相应的照明控制指令及通风控制指令；

步骤六：中央控制子系统实时刷新显示各个照明区域及通风区域的状态(打开或关闭)；

步骤七：中央控制子系统实时判断步骤五的控制指令与步骤六中的区域状态是否相一致，若不一致则发出控制异常报警；特别的，对于通风区域，尚需计算该通风区域内通风系统已经运行的时间，若此时该通风系统的运行时间小于通风安全时间，则也发出报警；

进一步地，步骤三中照明及通风区域控制规则包含常规情景及巡检情景2类：

(1)常规情境：当任一人员实时空间位置距离某照明或通风区域在一定距离(具体数值可调整)内，则触发该照明区域的照明全开控制指令、通风区域的通风全开控制指令；若一段时间内(具体数值可调整)，无人员实时空间位置距离某照明或通风区域在一定距离(具体数值可调整)内，则触发该照明区域的照明休眠控制指令，通风区域的通风休眠控制指令；

(2)巡检情境：对于通风系统：根据巡检计划提前一定时间(具体数值可调整)触发巡检路径上各通风区域的通风全开指令；对于照明系统：当任一人员实时空间位置距离某照明区域在一定距离(具体数值可调整)内，且该照明区域属巡检路径上的当前巡检点范围，则触发该巡检点范围所含所有照明区域的照明指令；若一段时间内(具体数值可调整)，无人员实时空间位置距离巡检路径当前巡检点范围内任一照明区域在一定距离(具体数值可调整)内，则触发当前巡检点范围内所有照明区域的照明休眠控制指令；

进一步的，步骤五中判断人员实时空间位置与照明及通风区域的位置关系的方法为：

(1)首先判断人员实时空间位置是否在区域内，若是则判断结束，否则进行人员实时空间位置与区域距离的判断；

(2)人员实时空间位置与区域距离的判断方法为：计算人员实时空间位置与区域所有顶点的距离，比较得出距离最短的顶点，获取最短距离顶点所在的相邻两个顶点(任选一个)的坐标；此三点组成的三角形，比较人员实时空间位置为顶点的高与区域最短距离得出的较小值为人员实时空间位置到区域的最小距离；

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明可以按实际运维需求划分任意形状的照明区域和通风区域，为环境控制提供了更大的灵活性和适应性；

2)本发明可以按实际运维需求设置多种环境控制规则，既可以单纯根据人员空间位置信息控制照明及通风，也可以结合巡检计划控制照明及通风；

3)本发明可以实现依据人员实时空间定位信息对水务工程中的环境系统(照明及通风系统)进行精确而灵活的控制，从而在保证照明及通风安全的前提下，实现水务工程中环境控制系统的智能化控制，满足不同场景下的各类特殊需求，并能极大降低水务工程(尤其是全地下水务工程)的照明及通风电耗。

附图说明

图1为本发明的基于实时空间位置的水务工程环境控制系统的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例或者附图仅用用于说明本发明，并不用于限制本发明的范围。

下面结合附图及具体实施例对本发明方案进行进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明提供一种基于实时空间位置的水务工程环境控制系统，包括定位子系统、照明控制子系统、通风控制子系统、中央控制子系统。

所述的定位子系统，其用于人员实时空间位置的计算及上传；所述的照明控制子系统，接收中央控制子系统的照明控制指令，其用于照明系统的实际控制；所述的通风控制子系统，接收中央控制模块的通风控制指令，其用于暖通风机的实际控制；所述的中央控制子系统，用于接收定位子系统的定位信息、照明控制子系统的照明运行信息、通风控制子系统的风机运行信息，并向照明控制子系统及通风控制子系统分别发出照明、通风控制指令。

请参阅图1，定位子系统，由定位标签、定位基站、定位服务器组成。用于人员实时空间位置的计算，将人员实时空间位置上传至中央控制模块；本实施例采用UWB高精度人员定位，UWB定位标签主动向UWB高定位基站发送定位脉冲，UWB定位基站依据定位脉冲到达定位基站的时间差计算定位标签的实时空间位置信息，上传至定位服务器；定位服务器利用TOF或TDOA定位方法结合基站上传的定位信息计算出定位标签的坐标位置，对上传的实时空间位置信息进一步判断、筛选，剔除由于环境干扰而产生的错误空间位置信息，从而得到人员的实时空间位置信息。定位服务器利用TOF或TDOA定位方法结合基站上传的定位信息计算出定位标签的坐标位置

请参阅图1，照明控制子系统，由照明控制器及控制软件组成，用于照明系统底层控制逻辑的实现，负责和中央控制模块通讯，上传照明运行信息、接收中央控制子系统的照明控制指令以及照明系统的实际控制。按使用需求人为自由划分照明区域，一个照明区域预先设置的照明模式包含全开、休眠等几种模式，智能开关默认打开。

请参阅图1，通风控制子系统，由通风控制器及控制软件组成，用于通风系统底层控制逻辑的实现，负责和中央控制模块通讯，上传通风运行信息、接收接收中央控制子系统的通风控制指令，同时负责通风系统的实际控制。按使用需求人为自由划分通风区域，一个通风区域预先设置的通风模式包含全开、休眠等几种模式，智能开关默认打开。

请参阅图1，中央控制子系统，由环境控制服务器及环境控制软件组成，用于接收、处理信息，发出相应的照明、通风控制指令。负责接收定位子系统的定位信息、照明控制子系统的照明运行信息、通风控制子系统的风机运行信息，依据空间定位信息进行照明、通风控制的逻辑判断，并向照明控制子系统及通风控制子系统分别发出照明、通风控制指令。环境控制服务器，作为数据库服务器及应用服务器，用于部署环境控制软件。环境控制软件安装于环境控制服务器上，照明及通风区域展示，照明及通风区域控制规则设置，照明及通风联动控制，照明及通风系统控制异常报警等功能。

本发明的一个实施例中，还提供一种基于实时空间位置的水务工程环境控制方法，包含以下步骤：

1)在通风控制子系统中划分通风区域，区域的智能开关默认打开；

2)在照明控制子系统中划分照明区域，区域的智能开关默认打开；

3)在中央控制子系统的环境控制软件上设置照明及通风区域控制规则：常规情境中，设置人员空间位置信息与区域判断距离为20米，人员超出区域20米外30s后照明系统切换为休眠模式，人员超出区域20米外5分钟后通风系统切换为休眠模式；巡检情境中，巡检计划前提前10分钟开启涉及巡检的通风区域的暖通风机；设置人员空间位置信息与照明区域判断距离为20米，人员超出照明区域20米外30s后照明系统切换为休眠模式；

4)智能开关打开状态下，根据人员空间位置信息自动控制：

i.中央控制子系统根据人员空间位置信息，进行定位点与区域的位置关系逻辑判断，刷新该区域20米范围内有人的属性值；

ii.中央控制子系统将该区域一定范围内有人的属性值变1，表示有人员空间位置在某区域一定范围内；查询该区域是否在“已开启缓存池”中，如果在“已开启缓存池”中，刷新该区域60s倒计时；如不在“已开启缓存池”，是照明区域就下发该照明区域的全开控制指令、是通风区域就下发通风区域的全开控制指令；

iii.下发全开指令后，中央控制子系统查询该照明区域、通风区域内照明、通风风机运行模式值，判断是否下发成功，若下发成功，在中央控制子系统显示页面刷新该区域状态；若失败则发出报警。

iv.当区域倒计时至0时触发一次区域休眠控制指令，并查询照明区域、通风区域内照明、通风风机运行模式值，判断是否下发成功，若下发成功，在中央控制子系统显示页面刷新该区域状态；若失败则发出报警。

v.特别的，在巡检情境下，对于通风系统：根据巡检计划提前10分钟下发巡检路径上所有通风区域的通风控制指令；对于照明系统：当人员距离某区域20米内，且该照明区域属巡检路径上的当前巡检点范围，则触发该巡检点范围所含所有照明区域的照明指令；若30s内，无人员进入巡检路径当前巡检点范围内任一照明区域20米范围内，则触发当前巡检点范围内所有照明区域的照明休眠控制指令，区域按休眠模式运行；若5分钟内，无人员进入巡检路径任一通风区域20米范围内，则触发巡检路径所有通风区域的休眠控制指令，区域按休眠模式运行；

vi.当人员在某通风区域20米范围内，则计算该通风区域通风系统已经运行的时间，若此时该区域通风运行时间小于通风安全时间，则发出报警；

5)智能开关关闭状态下，由人工手动控制照明或通风区域内的设备。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本发明的保护范围不限于此，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神与原则之内，所作的任何修改，等同替换或改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于实时空间位置的水务工程环境控制系统，其特征在于，包括定位子系统、照明控制子系统、通风控制子系统、中央控制子系统，其中：所述定位子系统，进行人员实时空间位置计算，将人员实时空间位置上传至中央控制子系统；所述照明控制子系统，用于照明系统底层控制逻辑的实现，并接收中央控制子系统的控制指令；所述通风控制子系统，用于通风系统底层控制逻辑的实现，并接收中央控制子系统的控制指令；所述中央控制子系统，接收和处理人员空间定位信息，依据空间定位信息进行照明、通风控制的逻辑判断，发出相应的照明、通风控制指令。

2.根据权利要求1所述的基于实时空间位置的水务工程环境控制系统，其特征在于，其中的定位子系统由定位标签、定位基站、定位服务器组成；所述定位标签向定位基站发送定位脉冲，所述定位基站计算定位脉冲到达定位基站的时间等定位信息，并将定位信息上传至定位服务器；所述定位服务器利用TOF或TDOA定位方法结合基站上传的定位信息计算定位标签的坐标位置。

3.根据权利要求1所述的基于实时空间位置的水务工程环境控制系统，其特征在于，其中的照明控制子系统包括照明控制器及控制软件，照明控制子系统与中央控制子系统通讯，上传照明运行信息、接收照明控制指令、以及控制照明；所述照明控制器以照明区域为基本控制单元，一个照明区域包含多个照明灯具；所述照明区域预先设置多种照明模式，包含全开及休眠模式；所述照明控制子系统设置有智能开关，在智能开关开启情况下，接收中央控制子系统的照明控制指令，改变每个照明区域的模式。

4.根据权利要求1所述的基于实时空间位置的水务工程环境控制系统，其特征在于，所述通风控制子系统包括通风控制器及控制软件，通风控制子系统与中央控制子系统通讯、上传通风运行信息、接收通风控制指令、以及控制通风系统；所述通风控制器以通风区域为基本控制单元，一个通风区域包含多个通风风机；所述通风区域预先设置多种通风模式，包含全开及休眠模式；所述通风控制子系统设置有智能开关，在智能开关开启情况下，接收中央控制子系统的通风控制指令，改变每个通风区域的模式。

5.根据权利要求1所述的基于实时空间位置的水务工程环境控制系统，其特征在于，所述中央控制子系统由环境控制服务器及环境控制软件组成；中央控制子系统接收定位模块的定位信息、照明控制模块的照明运行信息、以及通风控制模块的风机运行信息，向照明控制模块及通风控制模块发出照明、通风控制指令；所述环境控制软件安装于所述环境控制服务器上，包含照明及通风区域展示模块、照明及通风区域控制规则设置模块、照明及通风联动控制模块、照明及通风系统控制异常报警模块。

6.一种基于实时空间位置的水务工程环境控制方法，其特征在于利用如权利要求1～5任一项所述的水务工程环境控制系统进行环境控制工作，包括以下步骤：

步骤一：在通风控制子系统按需划分通风区域，并关闭某些通风区域的智能开关，默认情况下通风区域的智能开关打开；

步骤二：在照明控制子系统按需划分照明区域，并关闭某些照明区域的智能开关，默认情况下照明区域的智能开关打开；

步骤三：在中央控制子系统的环境控制软件上设置照明及通风区域控制规则；

步骤四：人员佩戴定位标签进入水务工程构筑物内部，由定位子系统的定位服务器计算人员实时空间位置，并上传至中央控制子系统；

步骤五：中央控制子系统实时判断人员实时空间位置与照明及通风区域的位置关系，并根据步骤一中设定的控制规则触发相应的照明控制指令及通风控制指令；

步骤六：中央控制子系统实时刷新显示各个照明区域及通风区域的状态为打开或关闭；

步骤七：中央控制子系统实时判断步骤五的控制指令与步骤六中的区域状态是否相一致，若不一致则发出控制异常报警；特别的，对于通风区域，尚需计算该通风区域内通风系统已经运行的时间，若此时该通风系统的运行时间小于通风安全时间，则也发出报警。

7.根据权利要求6所述的基于实时空间位置的水务工程环境控制方法，其特征在于：其中的步骤三中的照明及通风区域控制规则包含常规情景及巡检情景；所述常规情境为：当任一人员实时空间位置距离某照明或通风区域在一定距离内，则触发该照明区域的照明全开控制指令、通风区域的通风全开控制指令；若一段时间内，无人员实时空间位置距离某照明或通风区域在一定距离内，则触发该照明区域的照明休眠控制指令，通风区域的通风休眠控制指令；所述巡检情境为：对于通风系统：根据巡检计划提前触发巡检路径上各通风区域的通风全开指令；对于照明系统：当任一人员实时空间位置距离某照明区域在一定距离内，且该照明区域属巡检路径上的当前巡检点范围，则触发该巡检点范围所含所有照明区域的照明指令；若一段时间内，无人员实时空间位置距离巡检路径当前巡检点范围内任一照明区域在一定距离内，则触发当前巡检点范围内所有照明区域的照明休眠控制指令。

8.根据权利要求6所述的基于实时空间位置的水务工程环境控制方法，其特征在于，步骤五中判断人员实时空间位置与照明及通风区域的位置关系的方法为：首先判断人员实时空间位置是否在区域内，若是，则判断结束，否则进行人员实时空间位置与区域距离的判断；所述人员实时空间位置与区域距离的判断方法为：计算人员实时空间位置与区域所有顶点的距离，比较得出距离最短的顶点，获取最短距离顶点所在的相邻两个顶点的坐标，可任选一个；此三点组成的三角形，比较人员实时空间位置为顶点的高与区域最短距离得出的较小值为人员实时空间位置到区域的最小距离。

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