CN116518504A - 一种室内空气环境空间分布分析系统 - Google Patents

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CN116518504A CN202310487344.9A CN202310487344A CN116518504A CN 116518504 A CN116518504 A CN 116518504A CN 202310487344 A CN202310487344 A CN 202310487344A CN 116518504 A CN116518504 A CN 116518504A
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Shanghai Liaokuo Environmental Technology Co ltd
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Abstract

本发明提供一种室内空气环境空间分布分析系统，涉及环境监测领域，包括移动平台、信息采集模块、环境净化模块、存储模块以及终端处理器，所述移动平台用于搭载信息采集模块和环境净化模组进行移动，所述信息采集模块用于采集室内空间的空间参数信息和空气环境信息，所述环境净化模块用于进行环境净化处理，所述存储模块用于存储数据信息，所述终端处理器用于处理数据并分析，本发明通过对室内空气环境的空间分布进行科学的分析，提高室内空间环境分布分析的准确性和全面性，以解决现有的室内空间环境分析时缺少有效的分析方法、分析不够细致和全面的问题。

Description

一种室内空气环境空间分布分析系统
技术领域
本发明涉及环境监测领域，尤其涉及一种室内空气环境空间分布分析技术。
背景技术
环境监测，是指环境监测机构对环境质量状况进行监视和测定的活动；环境监测是通过对反映环境质量的指标进行监视和测定，以确定环境污染状况和环境质量的高低；环境监测的内容主要包括物理指标的监测、化学指标的监测和生态系统的监测；
现有的室内环境监测系统中，通常都是对于一个室内空间的整体的空气环境进行计算评估，得出室内空间的空气环境质量是否达标，但室内空间整体的空气环境质量达标并不代表室内空间所有区域的空气环境质量均达标，现有的室内环境监测系统无法对同一室内空间的不同区域的空气环境质量进行计算分析，导致无法判断室内空间的某一区域的空气环境是否对人体有害，因此在进行环境净化工作时无法高效且准确的对室内空气环境较差的区域进行环境净化；同时，在工业厂房内，由于内部存在多种设备，在对不同区域进行数据获取存在一定的难度，很难进行自动式的数据获取，因此对室内空间进行环境评估时缺乏有效的自动采集技术。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种室内空气环境空间分布分析系统，能够对室内空气环境的空间分布进行科学的分析，提高室内空间环境分布分析的准确性和全面性，以解决现有的室内空间环境分析时缺少有效的分析方法、分析不够细致和全面的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种室内空气环境空间分布分析系统，包括移动平台、信息采集模块、环境净化模块、信息存储模块以及终端处理器，所述移动平台、信息采集模块、环境净化模块、信息存储模块分别与终端处理器数据连接，所述信息采集模块、环境净化模块分别搭载于移动平台上；
所述移动平台用于搭载信息采集模块以及环境净化模块在室内空间进行移动；
所述信息采集模块包括数据输入单元以及空气环境采集单元，所述数据输入单元用于录入室内空间的空间参数信息，所述空间参数信息包括室内空间的长度、宽度以及障碍物的参数信息；所述空气环境采集单元用于采集室内空间的空气环境信息；所述空气环境信息包括气体污染物浓度、空气温度、空气湿度以及PM2.5浓度；
所述终端处理器包括地图构建单元、空气环境分析单元、排气系统分析单元、风险区域分析单元以及导航分析单元，所述终端处理器与室内空间的排气系统通讯连接，所述排气系统包括排风扇；
所述地图构建单元用于基于室内空间的空间参数信息构建室内空间的二维地图，并对二维地图建立二维坐标系，基于二维坐标系对二维地图进行区域划分，将划分的区域设定为室内区域；
所述空气环境分析单元用于对空气环境采集单元采集到的空气环境信息进行分析，得到空气环境质量，将空气环境质量大于第一环境阈值的区域标记为重点检测区；
所述信息存储模块包括信息数据库，所述信息数据库用于记录室内空间的空间参数信息、若干重点检测区的坐标以及室内空间的二维地图；
所述排气系统分析单元用于对若干室内区域在排风扇工作前后的空气环境质量进行比对，基于比对差值得到对应室内区域的排气能力评估结果；
所述导航分析单元用于分析二维地图内的移动平台当前的坐标、重点检测区的坐标以及障碍物的位置，得到最佳检测路线并发送移动指令给移动平台；
所述环境净化模块包括环境净化单元，所述环境净化单元用于对重点检测区进行空气环境净化处理；
所述风险区域分析单元用于分析若干室内区域的气体污染物浓度随时间的变化量，基于气体污染物浓度的变化量对室内空间进行风险区域划分；
进一步地，所述移动平台还包括超声波传感器，所述超声波传感器用于发射和接收超声波信号，通过超声波测距算法计算移动平台前方障碍物的距离，所述超声波测距算法配置为：S＝t×v/2；
其中，S为障碍物与移动平台之间的距离，t为发射到接收经历的时间，v为声波在空气中传播的速度。
进一步地，所述气体污染物浓度包括苯浓度、甲苯浓度以及二甲苯浓度；所述空气环境采集单元包括苯传感器、甲苯传感器、二甲苯传感器、温度传感器、湿度传感器以及PM2.5传感器；
所述苯传感器用于获取室内空间的苯浓度；
所述甲苯传感器用于获取室内空间的甲苯浓度；
所述二甲苯传感器用于获取室内空间的二甲苯浓度；
所述温度传感器用于获取室内空间的空气温度；
所述湿度传感器用于获取室内空间的空气湿度；
所述PM2.5传感器用于获取室内空间的PM2.5浓度。
进一步地，所述地图构建单元配置有地图构建策略，所述地图构建策略包括：
读取室内空间的长度、宽度以及障碍物的参数信息，所述障碍物的参数信息包括障碍物的位置以及障碍物的俯视轮廓；
以室内空间的长度和宽度绘制室内空间的矩形轮廓，建立二维坐标系，所述二维坐标系包括X轴和Y轴，将矩形轮廓的长边与X轴保持平行，将矩形轮廓的宽边与Y轴保持平行，将矩形轮廓对应到二维坐标系中；
根据障碍物的位置将障碍物的轮廓对应到二维坐标系中，得到二维坐标系中的障碍物区域；将二维坐标系中的障碍物区域之外的区域设定为可活动区域；
在二维坐标系上按照第一间隔对室内空间进行区域划分，设定为室内区域，得到室内空间的二维地图；
标记室内区域为n，n为正整数。
进一步地，所述空气环境分析单元配置有空气环境分析策略，所述空气环境分析策略包括：
对空气环境采集单元所采集到的空气环境信息进行分析，通过空气质量算法计算得到室内区域的空气环境质量；
将排风扇工作第一排气周期后若干室内区域的空气环境质量与预设的第一环境阈值进行比对，若空气环境质量小于等于第一环境阈值，则标记该室内区域为正常区域；若空气环境质量大于第一环境阈值，则标记该室内区域为重点检测区；
在重点检测区的边界上选取若干比对点，获取若干比对点的坐标，当两个重点检测区中存在相同坐标的比对点时，将两个重点检测区合并为一个重点检测区，将重点检测区标记为z，z为正整数；
所述空气质量算法配置为：
其中，IAQIn为室内区域n的空气环境质量，L为苯浓度，TL为甲苯浓度，XL为二甲苯浓度，PM为PM2.5浓度，T为空气温度，RH为空气湿度，α为预设气体浓度系数，β为预设颗粒物浓度系数，K1为预设第一权重，K2为预设第二权重，A1为第一转换值，A2为第二转换值。
进一步地，所述排气系统分析单元配置有排气分析策略，所述排气分析策略包括：
关闭室内空间的排气系统，经过第一封闭周期后通过空气环境采集单元采集若干室内区域的空气环境信息，并通过排气分析策略分析得到对应室内区域的空气环境质量，标记为排气前空气环境质量；
打开室内空间的排气系统，经过第一排气周期后通过空气环境采集单元采集若干室内区域的空气环境信息，并通过排气分析策略分析得到对应室内区域的空气环境质量，标记为排气后空气环境质量；
将同一室内区域的排气前空气环境质量和排气后空气环境质量计算差值，将计算得到的差值分别与第一排气阈值和第二排气阈值进行比对分析；
若差值小于等于第一排气阈值，则标记该室内区域为无排气区；
若差值大于第一排气阈值且小于等于第二排气阈值，则标记该室内区域为弱排气区；
若差值大于第二排气阈值，则标记该室内区域为强排气区。
进一步地，所述导航分析单元配置有导航分析策略，所述导航分析策略包括：
获取移动平台当前的坐标，基于二维地图中重点检测区的坐标、障碍物的位置以及障碍物的轮廓分析并得到移动平台到达若干重点检测区的最短距离；
基于二维地图以第一栅格距离为每个栅格的边长搭建栅格地图，将二维地图中的障碍物区域标记为黑色栅格；将可活动区域标记为白色栅格；将移动平台标记为红色栅格；将重点检测区标记为黄色栅格；
将障碍物轮廓进行膨胀处理，膨胀距离为移动平台的宽度，将膨胀处理后的障碍物轮廓覆盖到的栅格全部填充为黑色栅格；
以红色栅格为起点，将红色栅格相邻的白色栅格标记为0，再将与带有标记的白色栅格相邻的白色栅格标记为N+1，N代表相邻带有标记的白色栅格的标记数字且为非负整数；
记录红色栅格到达若干黄色栅格的标记数字，根据路径距离算法计算出移动平台到达若干重点检测区的最短距离；
所述路径距离算法配置为：
其中dz为移动平台到重点检测区z的最短距离，NX为移动平台斜向经过栅格的个数，m为栅格的边长，NP为移动平台平行经过栅格的个数；
将最短移动距离与对应的重点检测区的空气环境质量通过优先度算法进行计算，得到移动平台从当前位置到达若干重点检测区的优先度，选择优先度最高的室内区域优先进行风险区域检测；
所述优先度算法配置为：
其中，Prz为重点检测区z的优先度，dz为移动平台到重点检测区z的最短距离，ZAQIz为重点检测区z的空气环境质量，K3为第三权重值，K4为第四权重值；
将已经完成风险区域检测的重点检测区标记为已完成检测区，每完成一次风险区域检测后将重新计算最短距离以及优先度，确保移动平台每次前往重点检测区都是按照最佳检测路线进行移动。
进一步地，所述环境净化单元包括多功能空气净化器，所述多功能空气净化器将对重点检测区进行空气净化处理；当空气环境分析单元检测到该室内区域的空气环境质量等于第二环境阈值时，环境净化单元将停止净化。
进一步地，所述风险区域分析单元配置有风险区域分析策略，所述风险区域分析策略包括：
控制环境净化单元依次对重点检测区进行空气环境净化处理，当空气环境分析单元检测到重点检测区的空气环境质量等于第二环境阈值时停止净化；
对净化后的重点检测区进行空气环境检测，记录第一检测周期内各类气体污染物浓度的变化量的总量，标记为浓度变化总量，将浓度变化总量分别与第一浓度变化阈值以及第二浓度变化阈值进行比对；
若浓度变化总量小于第一浓度变化阈值时，标记该重点检测区为低风险区；
若浓度变化总量大于第一浓度变化阈值且小于第二浓度变化阈值时，标记该重点检测区为中风险区；
若浓度变化总量大于第二浓度变化阈值时，标记该重点检测区为高风险区。
本发明的有益效果：本发明通过地图构建单元对室内空间进行区域划分，通过空气环境采集单元对室内空间进行区域性空气环境检测，空气环境分析单元基于检测结果分析得到室内若干区域对应的空气环境质量，通过对空气环境质量进行分析可以得到哪些区域的是环境污染区，优点在于，能够对室内空间的空气环境进行区域性的检测以及分析，可以精确的找到室内空间哪一区域的空气环境构成环境污染区；
本发明将排风扇工作前以及工作后室内空间若干区域的空气环境质量进行差值比对，得到该区域的排气能力是否达标，优点在于，本系统可以基于各区域的排气能力进一步判断该室内空间的通风系统设计是否合理，判断室内空间的空气环境风险区是否由通风系统设计不合理而引起的；
本发明对环境污染区进行环境净化处理，净化结束后再通过空气环境采集单元对该区域进行检测，记录该区域的污染气体浓度随时间的变化量，空气环境分析单元对变化量进行分析可以得到该区域的空气环境是否会快速形成环境污染区，基于预设时间内污染气体浓度变化量的总量对环境污染区进行风险评估，精确的找到室内空间的空气环境风险区；
本发明通过对环境污染区进行导航分析，将环境污染区的空气环境质量与到达该环境污染区所要经过的路径距离结合进行计算，由于环境污染程度高的区域可能会对其他环境污染区的分析结果造成影响，所以需要优先对环境污染程度高的区域进行净化并分析，因此通过上述对于空气环境质量与路径距离结合的计算方式，能够得到一个影响程度最小的最佳检测路线，同时解决了在复杂的室内环境进行精准位置的数据采集的问题，提高了分析结果的可靠性以及全面性。
本发明附加方面的优点将在下面的具体实施方式的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的室内空气环境空间分布分析系统的原理框图；
图2为本发明的移动平台的超声波测距发射和接收的比对示意图；
图3为本发明的二维地图的构建示意图；
图4为本发明的栅格地图的构建以及障碍物的膨胀处理的示意图；
图5为本发明的对栅格地图进行颜色填充处理的示意图；
图6为本发明的对栅格地图进行标记的示意图；
图7为本发明的分析最短路径的示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1所示，本发明提供一种室内空气环境空间分布分析系统，通过对室内空气环境进行区域性的检测和分析，找出室内空间哪些区域的空气环境存在风险，以解决现有的检测系统无法判断室内空间是否存在高风险的空气环境污染区的问题。
具体地，室内空气环境空间分布分析系统包括：移动平台、信息采集模块、环境净化模块、信息存储模块以及终端处理器，移动平台、信息采集模块、环境净化模块、信息存储模块分别与终端处理器数据连接，信息采集模块、环境净化模块分别搭载于移动平台上；具体应用时，本发明中的室内空间为一个印刷厂内，里面障碍物为承重柱以及印刷设备；
请参阅图2所示，移动平台用于搭载信息采集模块以及环境净化模块在室内空间进行移动；移动平台包括超声波传感器，超声波传感器用于发射和接收特定频率的超声波信号，由于在实际应用中，印刷厂内人员走动频繁，所以在移动机器人的避障功能上应选取简单且高效的避障分析方式，而超声波的波长相对较短，具有良好的方向性和穿透能力，能量消耗的比较慢，在介质中传播距离较远；而且超声测距的原理简单，比其他的测距方式都方便容易操作，计算也比较简便，测量精度也能满足要求，因此本移动平台采用超声波测距进行移动平台的避障检测；通过超声波测距算法计算移动平台前方障碍物的距离，超声波测距算法配置为：S＝t×v/2；其中，S为障碍物与移动平台之间的距离，t为发射到接收经历的时间，v为声波在空气中传播的速度；
具体应用中，移动平台采用现有技术中的移动机器人，移动机器人的定位采用现有技术中的SLAM技术对移动机器人进行定位；在行进过程中，超声波传感器将持续向前进方向发射超声波信号，当接收到来自正前方的超声波信号后，记录下时间t，若记录下的时间t为0.02s，v固定为340m/s，则通过超声波测距算法得到障碍物与移动机器人之间的距离S＝6.8m；当距离小于1米时移动机器人将停止移动。
信息采集模块包括数据输入单元以及空气环境采集单元，数据输入单元用于录入室内空间的空间参数信息，空间参数信息包括室内空间的长度、宽度以及障碍物的参数信息；
具体应用中，数据输入单元为终端处理器上的一个交互端口，由测试人员向印刷厂收集厂房的空间参数信息；
空气环境采集单元用于采集室内空间的空气环境信息；空气环境信息包括气体污染物浓度、空气温度、空气湿度以及PM2.5浓度；气体污染物浓度包括苯浓度、甲苯浓度以及二甲苯浓度；空气环境采集单元包括苯传感器、甲苯传感器、二甲苯传感器、温度传感器、湿度传感器以及PM2.5传感器；苯传感器用于获取室内空间的苯浓度；甲苯传感器用于获取室内空间的甲苯浓度；二甲苯传感器用于获取室内空间的二甲苯浓度；温度传感器用于获取室内空间的温度；湿度传感器用于获取室内空间的湿度；PM2.5传感器用于获取室内空间的PM2.5浓度；
具体应用中，各类传感器均采用现有技术中对应气体的传感器。
终端处理器包括地图构建单元、空气环境分析单元、排气系统分析单元、风险区域分析单元以及导航分析单元，终端处理器与室内空间的排气系统通讯连接，排气系统包括排风扇；
请参阅图3所示，地图构建单元配置有地图构建策略，地图构建策略用于基于室内空间的空间参数信息构建室内空间的二维地图，并对二维地图建立二维坐标系，基于二维坐标系对二维地图进行区域划分，将划分的区域设定为室内区域；
读取室内空间的长度、宽度以及障碍物的参数信息，障碍物的参数信息包括障碍物的位置以及障碍物的俯视轮廓；其中，室内空间的长度、宽度以及障碍物的俯视轮廓从信息数据库中获取，得到印刷厂的长度为30米，宽度为17米；障碍物的位置采用障碍物中心或多个顶点与室内空间左下角顶点的相对距离作为参考；
以室内空间的长度和宽度绘制室内空间的矩形轮廓，建立二维坐标系，二维坐标系包括X轴和Y轴，将矩形轮廓的长边与X轴保持平行，将矩形轮廓的宽边与Y轴保持平行，将矩形轮廓对应到二维坐标系中；
根据障碍物的位置将障碍物的轮廓对应到二维坐标系中，得到二维坐标系中的障碍物区域；将二维坐标系中的障碍物区域之外的区域设定为可活动区域；
在二维坐标系上按照第一间隔对室内空间进行区域划分，设定为室内区域，得到室内空间的二维地图；其中，第一间隔设置为5米；
对室内区域进行编号，标记某一室内区域为室内区域n，n为正整数。
空气环境分析单元配置有空气环境分析策略，空气环境分析策略用于对空气环境采集单元采集到的空气环境信息进行分析，得到空气环境质量，将空气环境质量大于第一环境阈值的区域标记为重点检测区；
对空气环境采集单元所采集到的空气环境信息进行分析，通过空气质量算法计算得到室内区域的空气环境质量；
将排风扇工作第一排气周期后若干室内区域的空气环境质量与预设的第一环境阈值进行比对，若空气环境质量小于等于第一环境阈值，则标记该室内区域为正常区域；若空气环境质量大于第一环境阈值，则标记该室内区域为重点检测区；
获取若干重点检测区的边界坐标，将拥有相同边界坐标的重点检测区划分为同一重点检测区，对重点检测区进行编号，标记某一重点检测区为重点检测区z，z为重点检测区的编号且为正整数；
具体应用中，将第一环境阈值设置为110，第一排气周期设置为1小时；
空气质量算法配置为：
其中，IAQIn为室内区域n的空气环境质量，L为苯浓度，TL为甲苯浓度，XL为二甲苯浓度，PM为PM2.5浓度，T为空气温度，RH为空气湿度，α为预设气体浓度系数，β为预设颗粒物浓度系数，K1为预设第一权重，K2为预设第二权重，A1为第一转换值，A2为第二转换值；其中，α、β、K1、K2、A1以及A2均为常数，且α、β、K1、K2、A1以及A2均大于零
具体应用中，α设定为0.5，β设定为1000，K1设定为0.7，K2设定为0.3，A1设定为1，A2设定为16.5；采集室内区域2的空气环境信息，检测到室内区域2的苯浓度L为36mg/m3，甲苯浓度TL为102mg/m3，二甲苯浓度XL为125mg/m3，PM2.5浓度PM为33μg/m3，空气湿度为45％，空气温度为20℃，则通过空气质量算法计算，得到室内区域2的空气环境质量IAQI2＝115.158，计算结果保留三位小数；将IAQI2与第一环境阈值110进行比对，由于IAQI2大于第一环境阈值，所以标记室内区域2为重点检测区1，标记为ZAQI1；经过检测，室内区域8判定为重点检测区2，标记为ZAQI2，室内区域14判定为重点检测区3，标记为ZAQI3，室内区域16判定为重点检测区4，标记为ZAQI4。
信息存储模块包括信息数据库，信息数据库用于记录室内空间的空间参数信息、若干重点检测区的坐标以及室内空间的二维地图。
排气系统分析单元配置有排气分析策略，排气分析策略用于对若干室内区域在排风扇工作前的第一封闭周期以及排风扇工作后的第一排气周期的空气环境质量进行差值计算，将差值与第一排气阈值以及第二排气阈值进行比对，基于比对结果得到对应室内区域的排气能力评估结果；
排气分析策略的有益效果在于：关闭排风扇，经过第一封闭周期后，由于室内空间的空气流通较差，导致第一次检测时大部分室内区域都构成环境污染区，然后开启排风扇，经过第一排气周期后，室内空间的空气流通状态保持到正常水平，此时再检测室内区域的空气环境质量，而室内区域在排气前后检测的空气环境质量的差值与排风系统在对应室内区域的排气能力成正比关系，排风能力越强的区域，对应的空气环境质量的差值也越大，以此来检测室内空间的排气系统是否存在排气能力弱的问题；
其中，第一封闭周期设置为2小时，第一排气周期设置为1小时，第一排气阈值设置为10，第二排气阈值设置为30；
关闭室内空间的排气系统，经过2小时后通过空气环境采集单元采集室内区域2的空气环境信息，并通过空气环境分析单元分析得到室内区域2的空气环境质量IAQI2为125.164，标记为IAQI21；
打开室内空间的排气系统，经过1小时后通过空气环境采集单元采集室内区域2的空气环境信息，并通过空气环境分析单元分析得到室内区域2的空气环境质量IAQI2为115.158，标记为IAQI22；
计算IAQI21和IAQI22的差值，得到差值为10.006，此时差值大于10且小于30，则标记室内区域2为弱排气区。
导航分析单元配置有导航分析策略，由于移动机器人在对重点检测区进行风险分析过程中，环境污染程度低的区域可能是受到了环境污染程度高的区域的影响，因此环境污染程度低的区域的风险分析是基于环境污染程度高的区域的风险性分析的，因此在导航分析过程中，环境污染程度与优先度成正比，而路径距离与优先度成反比；导航分析策略包括：
基于二维地图以第一栅格距离为每个栅格的边长搭建栅格地图，以黑色栅格代表障碍物的位置以及障碍物的轮廓，以白色栅格代表可活动区域，以红色栅格代表移动机器人的位置，以黄色栅格代表重点检测区的位置；其中第一栅格距离为0.5米
将障碍物轮廓进行膨胀处理，膨胀距离为移动机器人的宽度，防止移动机器人在移动过程中与设备相距太近导致设备在运行过程中对移动机器人造成损坏，在具体应用中，移动机器人采用了圆柱形的样式，则移动机器人的宽度即为它的直径0.5米，将障碍物轮廓覆盖到的栅格全部填充为黑色栅格；
栅格地图的构建以及将障碍物轮廓进行膨胀处理请参阅图4；
对覆盖的栅格进行颜色填充处理请参阅图5，其中，标记为0的栅格代表红色栅格，标记为字母的栅格代表黄色栅格；
请参阅图6，白色栅格上的数字为移动机器人到达该白色栅格对应室内区域需要经过的栅格数；黄色栅格上，标记为A到Z的栅格代表编号为1到26的重点检测区；
以红色栅格为起点，将红色栅格相邻的白色栅格标记为1，再将与带有标记的白色栅格相邻的白色栅格标记为N+1，N代表相邻带有标记的白色栅格的标记数字且为正整数；
请参阅图7，记录红色栅格到达若干黄色栅格的标记数字，当检测到所有黄色栅格时将停止标记；分别以每个黄色栅格为起点，反向依次寻找标记数字减一的白色栅格，优先搜索栅格东、南、西以及北4个方向上的相邻栅格，再搜索栅格东南、西南、东北以及西北4个方向上的相邻栅格，当检索到同一优先搜索的栅格内包含一个以上符合搜索条件的方格，则随机抽取一个方格进行下一次搜索，直到搜索到红色栅格时停止搜索，此时搜索过程中经过的栅格标记为灰色栅格，则灰色栅格代表移动机器人到达该黄色栅格对应室内区域的最短路径；
根据路径距离算法计算出移动平台到达若干重点检测区的最短距离；
路径距离算法配置为：
其中dz为移动平台到重点检测区z的最短距离，NX为移动平台斜向经过栅格的个数，m为栅格的边长，NP为移动平台平行经过栅格的个数；
具体应用中，移动平台到达重点检测区1所平行经过的栅格数NP为5，斜向经过的栅格数NX为4，栅格边长m为0.5米，则计算得到移动机器人到达重点检测区1的最短距离d1＝5.33米，计算结果保留两位小数；
根据以上原理，计算得到移动机器人到达重点检测区2的最短距离d2＝5.33米，移动机器人到达重点检测区3的最短距离d3＝6.24米，移动机器人到达重点检测区4的最短距离d4＝8.12米；
将最短移动距离与对应的重点检测区的空气环境质量通过优先度算法进行计算，得到移动平台从当前位置到达若干重点检测区的优先度，选择优先度最高的室内区域优先进行风险区域检测；
优先度算法配置为：
其中，Prz为重点检测区z的优先度，dz为移动平台到重点检测区z的最短距离，ZAQIz为重点检测区z的空气环境质量，K3为第三权重值，K4为第四权重值，计算结果保留两位小数；其中，K3以及K4均为常数，且K3以及K4均大于零；
具体应用中，K3设置为0.9，K4设置为0.1；测得重点检测区1的空气环境质量ZAQI1为115.158，重点检测区2的空气环境质量ZAQI2为112.133，重点检测区3的空气环境质量ZAQI3为117.468，重点检测区4的空气环境质量ZAQI4为120.634，d1＝5.33米，d2＝5.33米，d3＝6.24米，d4＝8.12米；计算得到重点检测区1的优先度Pr1＝194.45；重点检测区2的优先度Pr2＝189.34；重点检测区3的优先度Pr3＝188.25；重点检测区4的优先度Pr4＝133.71；
通过比对得到重点检测区1的优先度Pr1最大，则本次导航分析单元分析结果为沿最短路径前往重点检测区1进行风险区域检测；
将已经完成风险区域检测的重点检测区标记为已完成检测区，每完成一次风险区域检测后将重新计算最短距离以及优先度，确保移动平台每次前往重点检测区都是按照最佳检测路线进行移动。
环境净化模块包括环境净化单元，环境净化单元包括多功能空气净化器，多功能空气净化器用于对重点检测区进行空气净化处理；空气净化处理包括对气体污染物以及颗粒物污染物进行净化；当空气环境分析单元检测到该区域的空气环境质量等于第二环境阈值时，环境净化单元将停止净化；其中，第二环境阈值设置为80。
风险区域分析单元配置有风险区域分析策略，风险区域分析策略的原理在于：用环境净化模块将重点检测区的空气环境净化到预设的第二环境阈值，此时检测预设第一检测周期内各种气体污染物浓度的变化量，若气体污染物浓度的变化量小于等于第一浓度变化阈值，则表示该重点检测区不会在短时间内形成环境污染区，因此该室内区域不会对在其中的工作人员的健康造成伤害，故判定为低风险区；若气体污染物浓度的变化量大于第一浓度变化阈值且小于等于第二浓度变化阈值，则表示该重点检测区不会在短时间内形成环境污染区，但该重点检测区可能会转变成高风险区；因此该室内区域可能会对在其中的工作人员的健康造成伤害，故判定为中风险区；若气体污染物浓度的变化量大于第二浓度变化阈值，则表示该重点检测区会在短时间内形成环境污染区，因此该室内区域会对在其中的工作人员的健康造成伤害，故判定为高风险区；
风险区域分析策略包括：
控制环境净化单元对重点检测区1进行空气环境净化处理，当空气环境分析单元检测到重点检测区1的空气环境质量等于第二环境阈值80时停止净化；
设置第一检测周期为20分钟，对净化后的重点检测区1进行空气环境检测，记录20分钟内各类气体污染物浓度的变化量，其中，苯浓度变化量为10mg/m3，甲苯浓度变化量为25mg/m3，二甲苯浓度变化量为23mg/m3，将不同气体污染物浓度的变化量相加并标记为浓度变化总量，将浓度变化总量分别与第一浓度变化阈值以及第二浓度变化阈值进行比对；
其中，第一浓度变化阈值为50mg/m3，第二浓度变化阈值为100mg/m3；
计算得到浓度变化总量为57mg/m3，通过比对得到浓度变化总量大于第一浓度变化阈值且小于第二浓度变化阈值，所以标记重点检测区1为中风险区；
工作原理：首先通过数据输入单元采集室内空间的空间参数信息，然后通过地图构建单元构建室内空间的二维地图并进行区域划分；然后通过移动平台搭载空气环境采集单元依次对室内区域进行空气环境信息采集，然后通过空气环境分析单元分析若干室内区域对应的空气环境质量，将其中空气环境质量大于第一环境阈值的室内区域标记为重点检测区；
通过对排风扇工作前后室内区域的空气环境质量的差值判断室内区域的通风是否良好；
通过导航分析单元分析移动平台到达各重点检测区的优先度，每次移动保证前往优先度最高的重点检测区进行风险区域检测；然后对重点检测区进行空气环境净化处理，检测该重点检测区内污染气体随时间的变化量，对变化量进行比对分析后对该重点检测区进行风险区域判断。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Red-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-OnlyMemory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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 (9)

1.一种室内空气环境空间分布分析系统，其特征在于，包括移动平台、信息采集模块、环境净化模块、信息存储模块以及终端处理器，所述移动平台、信息采集模块、环境净化模块、信息存储模块分别与终端处理器数据连接，所述信息采集模块、环境净化模块分别搭载于移动平台上；
所述移动平台用于搭载信息采集模块以及环境净化模块在室内空间进行移动；
所述信息采集模块包括数据输入单元以及空气环境采集单元，所述数据输入单元用于录入室内空间的空间参数信息，所述空间参数信息包括室内空间的长度、宽度以及障碍物的参数信息；所述空气环境采集单元用于采集室内空间的空气环境信息；所述空气环境信息包括气体污染物浓度、空气温度、空气湿度以及PM2.5浓度；
所述终端处理器包括地图构建单元、空气环境分析单元、排气系统分析单元、风险区域分析单元以及导航分析单元，所述终端处理器与室内空间的排气系统通讯连接，所述排气系统包括排风扇；
所述地图构建单元用于基于室内空间的空间参数信息构建室内空间的二维地图，并对二维地图建立二维坐标系，基于二维坐标系对二维地图进行区域划分，将划分的区域设定为室内区域；
所述空气环境分析单元用于对空气环境采集单元采集到的空气环境信息进行分析，得到空气环境质量，将空气环境质量大于第一环境阈值的区域标记为重点检测区；
所述信息存储模块包括信息数据库，所述信息数据库用于记录室内空间的空间参数信息、若干重点检测区的坐标以及室内空间的二维地图；
所述排气系统分析单元用于对若干室内区域在排风扇工作前后的空气环境质量进行比对，基于比对差值得到对应室内区域的排气能力评估结果；
所述导航分析单元用于分析二维地图内的移动平台当前的坐标、重点检测区的坐标以及障碍物的位置，得到最佳检测路线并发送移动指令给移动平台；
所述环境净化模块包括环境净化单元，所述环境净化单元用于对重点检测区进行空气环境净化处理；
所述风险区域分析单元用于分析若干室内区域的气体污染物浓度随时间的变化量，基于气体污染物浓度的变化量对室内空间进行风险区域划分。
2.根据权利要求1所述的一种室内空气环境空间分布分析系统，其特征在于，所述移动平台还包括超声波传感器，所述超声波传感器用于发射和接收超声波信号，通过超声波测距算法计算移动平台前方障碍物的距离，所述超声波测距算法配置为：S＝t×v/2；
其中，S为障碍物与移动平台之间的距离，t为超声波传感器发射超声波信号到接收超声波信号的时间，v为声波在空气中传播的速度。
3.根据权利要求2所述的一种室内空气环境空间分布分析系统，其特征在于，所述气体污染物浓度包括苯浓度、甲苯浓度以及二甲苯浓度；所述空气环境采集单元包括苯传感器、甲苯传感器、二甲苯传感器、温度传感器、湿度传感器以及PM2.5传感器；
所述苯传感器用于获取室内空间的苯浓度；
所述甲苯传感器用于获取室内空间的甲苯浓度；
所述二甲苯传感器用于获取室内空间的二甲苯浓度；
所述温度传感器用于获取室内空间的空气温度；
所述湿度传感器用于获取室内空间的空气湿度；
所述PM2.5传感器用于获取室内空间的PM2.5浓度。
4.根据权利要求3所述的一种室内空气环境空间分布分析系统，其特征在于，所述地图构建单元配置有地图构建策略，所述地图构建策略包括：
读取室内空间的长度、宽度以及障碍物的参数信息，所述障碍物的参数信息包括障碍物的位置以及障碍物的俯视轮廓；
以室内空间的长度和宽度绘制室内空间的矩形轮廓，建立二维坐标系，所述二维坐标系包括X轴和Y轴，将矩形轮廓的长边与X轴保持平行，将矩形轮廓的宽边与Y轴保持平行，将矩形轮廓对应到二维坐标系中；
根据障碍物的位置将障碍物的轮廓对应到二维坐标系中，得到二维坐标系中的障碍物区域；将二维坐标系中的障碍物区域之外的区域设定为可活动区域；
在二维坐标系上按照第一间隔对室内空间进行区域划分，设定为室内区域，得到室内空间的二维地图；
标记室内区域为n，n为正整数。
5.根据权利要求4所述的一种室内空气环境空间分布分析系统，其特征在于，所述空气环境分析单元配置有空气环境分析策略，所述空气环境分析策略包括：
对空气环境采集单元所采集到的空气环境信息进行分析，通过空气质量算法计算得到室内区域的空气环境质量；
将排风扇工作第一排气周期后若干室内区域的空气环境质量与预设的第一环境阈值进行比对，若空气环境质量小于等于第一环境阈值，则标记该室内区域为正常区域；若空气环境质量大于第一环境阈值，则标记该室内区域为重点检测区；
在重点检测区的边界上选取若干比对点，获取若干比对点的坐标，当两个重点检测区中存在相同坐标的比对点时，将两个重点检测区合并为一个重点检测区，将重点检测区标记为z，z为正整数；
所述空气质量算法配置为：
其中，IAQIn为室内区域n的空气环境质量，L为苯浓度，TL为甲苯浓度，XL为二甲苯浓度，PM为PM2.5浓度，T为空气温度，RH为空气湿度，α为预设气体浓度系数，β为预设颗粒物浓度系数，K1为预设第一权重，K2为预设第二权重，A1为第一转换值，A2为第二转换值。
6.根据权利要求5所述的一种室内空气环境空间分布分析系统，其特征在于，所述排气系统分析单元配置有排气分析策略，所述排气分析策略包括：
关闭室内空间的排气系统，经过第一封闭周期后通过空气环境采集单元采集若干室内区域的空气环境信息，并通过排气分析策略分析得到对应室内区域的空气环境质量，标记为排气前空气环境质量；
打开室内空间的排气系统，经过第一排气周期后通过空气环境采集单元采集若干室内区域的空气环境信息，并通过排气分析策略分析得到对应室内区域的空气环境质量，标记为排气后空气环境质量；
将同一室内区域的排气前空气环境质量和排气后空气环境质量计算差值，将计算得到的差值分别与第一排气阈值和第二排气阈值进行比对分析；
若差值小于等于第一排气阈值，则标记该室内区域为无排气区；
若差值大于第一排气阈值且小于等于第二排气阈值，则标记该室内区域为弱排气区；
若差值大于第二排气阈值，则标记该室内区域为强排气区。
7.根据权利要求6所述的一种室内空气环境空间分布分析系统，其特征在于，所述导航分析单元配置有导航分析策略，所述导航分析策略包括：
获取移动平台当前的坐标，基于二维地图中重点检测区的坐标、障碍物的位置以及障碍物的轮廓分析并得到移动平台到达若干重点检测区的最短距离；
基于二维地图以第一栅格距离为每个栅格的边长搭建栅格地图，将二维地图中的障碍物区域标记为黑色栅格；将可活动区域标记为白色栅格；将移动平台标记为红色栅格；将重点检测区标记为黄色栅格；
将障碍物轮廓进行膨胀处理，膨胀距离为移动平台的宽度，将膨胀处理后的障碍物轮廓覆盖到的栅格全部填充为黑色栅格；
以红色栅格为起点，将红色栅格相邻的白色栅格标记为0，再将与带有标记的白色栅格相邻的白色栅格标记为N+1，N代表相邻带有标记的白色栅格的标记数字且为非负整数；
记录红色栅格到达若干黄色栅格的标记数字，根据路径距离算法计算出移动平台到达若干重点检测区的最短距离；
所述路径距离算法配置为：
其中dz为移动平台到重点检测区z的最短距离，NX为移动平台斜向经过栅格的个数，m为栅格的边长，NP为移动平台平行经过栅格的个数；
将最短移动距离与对应的重点检测区的空气环境质量通过优先度算法进行计算，得到移动平台从当前位置到达若干重点检测区的优先度，选择优先度最高的室内区域优先进行风险区域检测；
所述优先度算法配置为：
其中，Prz为重点检测区z的优先度，dz为移动平台到重点检测区z的最短距离，ZAQIz为重点检测区z的空气环境质量，K3为第三权重值，K4为第四权重值；
将已经完成风险区域检测的重点检测区标记为已完成检测区，每完成一次风险区域检测后将重新计算最短距离以及优先度，确保移动平台每次前往重点检测区都是按照最佳检测路线进行移动。
8.根据权利要求7所述的一种室内空气环境空间分布分析系统，其特征在于，所述环境净化单元包括多功能空气净化器，所述多功能空气净化器将对重点检测区进行空气净化处理；当空气环境分析单元检测到该室内区域的空气环境质量等于第二环境阈值时，环境净化单元将停止净化。
9.根据权利要求8所述的一种室内空气环境空间分布分析系统，其特征在于，所述风险区域分析单元配置有风险区域分析策略，所述风险区域分析策略包括：
控制环境净化单元依次对重点检测区进行空气环境净化处理，当空气环境分析单元检测到重点检测区的空气环境质量等于第二环境阈值时停止净化；
对净化后的重点检测区进行空气环境检测，记录第一检测周期内各类气体污染物浓度的变化量的总量，标记为浓度变化总量，将浓度变化总量分别与第一浓度变化阈值以及第二浓度变化阈值进行比对；
若浓度变化总量小于第一浓度变化阈值时，标记该重点检测区为低风险区；
若浓度变化总量大于第一浓度变化阈值且小于第二浓度变化阈值时，标记该重点检测区为中风险区；
若浓度变化总量大于第二浓度变化阈值时，标记该重点检测区为高风险区。
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