CN116592479B - 实验室通风位置智能捕捉控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验室通风位置智能捕捉控制方法及系统，其方法包括：在各个抽气罩上分别安装运动感知模块；在实验室内安装用于捕捉烟气产生位置的烟气追踪模块；基于本地服务器和/或云端创建管控系统，并建立管控系统与实验室的排风系统、各个运动感知模块和烟气追踪模块的通信连接；管控系统设置为：基于运动感知模块的运动反馈分析，得到疑似位置信息；基于疑似位置信息调用烟气追踪模块，并获取对应的烟气分布信息；基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，得到匹配的排风控制方案；基于排风控制方案向排风系统发送风机控制指令。本申请具有改进实验室的通风系统的效果。

Description

实验室通风位置智能捕捉控制方法及系统

技术领域

本申请涉及实验室通风技术领域，尤其是涉及一种实验室通风位置智能捕捉控制方法及系统。

背景技术

在实验室中，因为涉及的操作很大一部分可能有生化反应发生，因此可能会产生气体、烟雾，而其中一部是不利于健康，甚至有毒性的。为了防止试验人员意外吸入上述气体，损伤身体，实验室中布设有抽烟排风系统。试验过程中，工作人员可以拉动抽气罩到合适位置，将产生的烟雾、气体吸取。

目前，实验室中抽烟排风系统的启闭和风量需要人工手动操控，存在不便和安全风险，因此本申请提出一种新的技术方案。

发明内容

为了改进实验室的通风系统，本申请提供一种实验室通风位置智能捕捉控制方法及系统。

第一方面，本申请提供一种实验室通风位置智能捕捉控制方法，采用如下的技术方案：

一种实验室通风位置智能捕捉控制方法，包括：

步骤一、建立智能感知系统，其包括：

在各个抽气罩上分别安装运动感知模块；

在实验室内安装用于捕捉烟气产生位置的烟气追踪模块；

步骤二、建立定位及智控系统，其包括：

基于本地服务器和/或云端创建管控系统，并建立管控系统与实验室的排风系统、各个运动感知模块和烟气追踪模块的通信连接；

管控系统设置为：

基于运动感知模块的运动反馈分析，得到疑似位置信息；

基于疑似位置信息调用烟气追踪模块，并获取对应的烟气分布信息；

基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，得到匹配的排风控制方案；

基于排风控制方案向排风系统发送风机控制指令。

可选的，所述运动感知模块用于产生并输出加速度信息；

所述基于运动感知模块的运动反馈分析，其包括：

当加速度a≠0，则定义对应的运动感知模块所处区域为疑似位置。

可选的，所述管控系统设置为：

建立空间坐标系，并定义各个抽气罩上的运动感知模块的初始位置；

基于加速度信息预估各个抽气罩的多维运动向量，并预估抽气罩的最新位置；

更新疑似位置为抽气罩的最新位置。

可选的，所述基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其包括：

基于疑似位置信息和预设的有效抽烟排风高度阈值，判断是否启用抽烟排风功能，如果是，则分析产生所述排风控制方案；如果否，则在接收预设的用户强制启用信息后，分析产生所述排风控制方案。

可选的，所述烟气追踪模块用于产生并输出红外热图像，且为多个；

多个所述烟气追踪模块环绕实验室中的多个试验台设置，且基于分布位置与各个运动感知模块分别建立一一对应关系；

所述基于疑似位置信息调用烟气追踪模块，其包括：

识别疑似位置信息匹配的运动感知模块的身份，调用与该运动感知模块建立对应关系的烟气追踪模块。

可选的，所述基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其包括：

对红外热图像做图像识别，并根据温度分布得到烟气逸散口；

基于烟气逸散口相对红外热图像的位置预估排烟高度 ；

基于疑似位置中的高度信息和预估排烟高度计算抽吸高度差值；

基于高度差值查找预设的数据库，得到匹配的排风控制方案。

可选的，所述基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其包括：

基于烟气逸散口的烟气温度分布渐变范围和/或速率查找预设的数据库，得到匹配的烟气量级，并根据烟气量级校正排风控制方案。

可选的，所述管控系统设置为：

若某一运动感知模块输出的加速度a=0，且持续时间T1，则基于红外热图像判断是否存在烟气逸散，如果是，则保持当前的排风控制方案；如果否，则执行排风停止方案。

第二方面，本申请提供一种实验室通风位置智能捕捉控制系统，采用如下的技术方案：

一种实验室通风位置智能捕捉控制系统，包括存储器和处理器，所述处理器与实验室的排风系统、各个运动感知模块和烟气追踪模块的通信连接；所述处理器设置为：

基于运动感知模块的运动反馈分析，得到疑似位置信息；

基于疑似位置信息调用烟气追踪模块，并获取对应的烟气分布信息；

基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，得到匹配的排风控制方案；

基于排风控制方案向排风系统发送风机控制指令。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：可以捕捉烟气，对烟气的产生位置进行定位，并自动进行抽烟排风控制，有助于提高实验室排风系统的使用便捷性，减少漏开排风等造成的安全隐患。

附图说明

图1是本方法的主要流程示意图；

图2是本方法的控制结构示意图。

附图标记说明：1、运动感知模块；2、烟气追踪模块；3、管控系统。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种实验室通风位置智能捕捉控制方法。

参照图1-2，实验室通风位置智能捕捉控制方法包括：

步骤一、建立感知系统；以及，

步骤二、建立定位及智控系统。

关于步骤一、其包括：

S11、在各个实验室排风系统的抽气罩上分别安装运动感知模块1。

在本实施例中，运动感知模块1可以是加速度传感器，用于伴随抽气罩的运动产生并输出加速度信息。相对于采用固定位置感应抽气罩的方式，加速度感应方式在本申请的使用场景中可以更为精确、不受限制，因为工作人员使用抽气罩时，历次对其拉动移动位置并不一致，而加速度感应则可以探测到抽气罩任意一次的位置变迁。

S12、在实验室内安装用于捕捉烟气产生位置的烟气追踪模块2。

在本实施例中，烟气追踪模块2可以红外热像仪，其为多个，环绕实验室中的多个试验台均匀分布，安装于墙体且信息采集端朝向试验台区域；烟气追踪模块2用于采集 实验室中的信息，产生并输出红外热图像。

相对于利用其他方式，红外热图像除了可察觉烟雾外，还有温度分布信息等，有助于实现本方法的风量控制，下述其他实施例具体阐述。

关于步骤二，其包括：

基于本地服务器和/或云端创建管控系统3，并建立管控系统3与实验室的排风系统（风机组的控制器）、各个运动感知模块和烟气追踪模块的通信连接。

管控系统3设置为：

基于运动感知模块1的运动反馈分析，得到疑似位置信息；

基于疑似位置信息调用烟气追踪模块2，并获取对应的烟气分布信息；

基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，得到匹配的排风控制方案；

基于排风控制方案向排风系统发送风机控制指令。

根据上述设置，本方法可以捕捉烟气，对烟气的产生位置进行定位，并自动进行抽烟排风控制，有助于提高实验室排风系统的使用便捷性，减少漏开排风等造成的安全隐患。

在本方法的一个实施例中，上述基于运动感知模块1的运动反馈分析，其包括：

当加速度a≠0，则定义对应的运动感知模块1所处区域为疑似位置，即一旦抽气罩开始移动，管控系统3就判定其所在区域为疑似位置，因为一般情况下，抽气罩只有在工作人员需要抽烟排风时才会被拉动。

已知的，实验室中的抽气罩是可以多向拉动调节位置的，且抽气罩部分情况下发生移动也可能并不是为了抽烟，只是单纯的被挪动位置，为此述管控系统3设置为：

建立空间坐标系，并定义各个抽气罩上的运动感知模块1的初始位置；

基于加速度信息预估各个抽气罩的多维运动向量，并预估抽气罩的最新位置；

更新疑似位置为抽气罩的最新位置。

其中，基于加速度求解位移量为现有技术，因此不再赘述。在已知运动感知模块1，即抽气罩的初始位置时，再得到其对应的多维运动向量，如X轴移动量、Y轴移动量、Z轴移动量，可以预估得到抽气罩的最新位置。

由于抽气罩是为了吸取烟雾，所以其所在的最新位置更加有可能是本方法后续分析所需的疑似位置。

进一步的，上述基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其包括：

基于疑似位置信息和预设的有效抽烟排风高度阈值，判断是否启用抽烟排风功能，如果是，则分析产生所述排风控制方案；如果否，则在接收预设的用户强制启用信息后，分析产生所述排风控制方案。

例如：当疑似位置信息的Z轴数值小于预设的有效抽烟排风高度阈值，即认为抽气罩的高度下降到可以有效利用抽吸力对试验台上的烟气吸取，此时判定为启用抽烟排风功能。

根据上述设置，只有抽气罩发生移动且位置下降到一定高度，才会自动开启抽烟排风功能。

在本方法的一个实施例中，考虑到试验台区域可能同时存在多个工作人员，因此上述在烟气追踪模块2设置为多个，以从多个角度采集红外热图像，防止人体遮挡造成过多干扰。

为了减少不必要的数据分析，本方法还基于各个烟气追踪模块2的分布位置与各个运动感知模块1分别建立一一对应关系。

同时，基于疑似位置信息调用烟气追踪模块，其包括：

识别疑似位置信息匹配的运动感知模块1的身份（识别码），调用与该运动感知模块1建立对应关系的烟气追踪模块2。

例如：实验室第一排试验台的抽气罩上的运动感知模块1与实验室前方以及左前侧、右前侧的红外热像仪建立对应关系。当第一排试验台对应的运动感知模块1反馈加速度a≠0，则实验室前方以及左前侧、右前侧的红外热像仪被调用。

在本方法的一个实施例中，基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其包括：

对红外热图像做图像识别，并根据温度分布得到烟气逸散口；

基于烟气逸散口相对红外热图像的位置预估排烟高度 ；

基于疑似位置中的高度信息和预估排烟高度计算抽吸高度差值；

基于高度差值查找预设的数据库，得到匹配的排风控制方案。

已知烟气的产生多与化学反应等相关，导致温度变化，且即便是蒸汽等同样温度异于环境，这在红外热图像中明显区别于环境，且烟气为向上逸散型，图像特征明显，因此工作人员可以收集烟雾逸散状态的红外热图像作为样本对预挑选的图像识别模型训练，以令该模型可识别出本方法所采集的红外热图像中是否存在烟气逸散。

以热烟气为例，其在脱离逸散口后温度逐渐降低接近环境温度，因此基于红外热图像中识别得到的烟气区的图块，可以进一步根据温度分布预估得到烟气逸散口，例如：认定边界温度最高区的中心位置为逸散口。

在红外热图像中确定某一点、区块为烟气逸散口后，即可计算其真实高度，计算原理：

假设在红外热图像的拍摄角度不变时，A物体的实际高度与其在图像中的像素高度相比，比值是K1，则A物体上方的B物体到试验台的实际距离即为：A物体上方B物体到试验台的像素距离与K1的相乘所得值。

根据上述可知，本方法可以根据预先记录的各个试验器具的尺寸、固定物体的三维参数去预估逸散口的高度，以便后续基于疑似位置中的高度信息和预估排烟高度计算抽吸高度差值。

可以理解的是，为了保证对烟气的抽吸效果，抽气罩与烟气逸散口高度不同时应该对应着不同的风量，例如：高度差值越大，风量越大。具体地，各个高度差值范围对应何种风量，由工作人员记录为排风控制方案并预存于数据库中，等待调用。

进一步的，基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其还包括：

基于烟气逸散口的烟气温度分布渐变范围和/或速率查找预设的数据库，得到匹配的烟气量级，并根据烟气量级校正排风控制方案。

在本实施例中，认为温度分布渐变范围越大，烟气量越大；烟气温度分布渐变速率越大，烟气温度与环境温度比较，温差越大，烟气量也认为越大。而，烟气量越大，则匹配的风量越大。

假设排风方案为低、中、高、超高四档风速，则：如果当前基于高度差值得到匹配的排风控制方案并非是超高档，则在基于烟气温度分布渐变范围和/或速率预估为烟气量高于标准阈值时，校正排风控制方案升高一档。

可以理解的是，对于实验室中的各个抽气罩可以不是统一开启、关闭，而是针对性开启；因此排风方案还可以包括：

根据运动感知模块1的身份，令其所处抽气罩所对应的分机组、管道阀门开启，即只启用位移符合条件的抽气罩的抽吸功能。

根据上述设置，本方法不仅根据抽气罩与烟气逸散口的高差控制风量，还根据烟气量控制风量，从而对烟气的抽吸效果相对更佳。

为了防止工作人员疏忽，在实验完成后没有将抽气罩挪回初始位置附近而造成排风常开，管控系统设置为：

若某一运动感知模块1输出的加速度a=0，且持续时间T1（20min），则基于红外热图像判断是否存在烟气逸散，如果是，则保持当的排风控制方案；如果否，则执行排风停止方案。

本申请实施例还公开一种实验室通风位置智能捕捉控制系统。

实验室通风位置智能捕捉控制系统包括存储器和处理器，其中处理器与实验室的排风系统、各个运动感知模块1和烟气追踪模块2的通信连接；处理器设置为：

基于运动感知模块1的运动反馈分析，得到疑似位置信息；

基于疑似位置信息调用烟气追踪模块2，并获取对应的烟气分布信息；

基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，得到匹配的排风控制方案；

基于排风控制方案向排风系统发送风机控制指令。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种实验室通风位置智能捕捉控制方法，其特征在于，包括：

步骤一、建立智能感知系统，其包括：

在各个抽气罩上分别安装运动感知模块（1）；

在实验室内安装用于捕捉烟气产生位置的烟气追踪模块（2）；

步骤二、建立定位及智控系统，其包括：

基于本地服务器和/或云端创建管控系统（3），并建立管控系统（3）与实验室的排风系统、各个运动感知模块（1）和烟气追踪模块（2）的通信连接；

管控系统（3）设置为：

基于运动感知模块（1）的运动反馈分析，得到疑似位置信息；

基于疑似位置信息调用烟气追踪模块（2），并获取对应的烟气分布信息；

基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，得到匹配的排风控制方案；

基于排风控制方案向排风系统发送风机控制指令；

所述运动感知模块（1）用于产生并输出加速度信息；

所述基于运动感知模块（1）的运动反馈分析，其包括：

当加速度a≠0，则定义对应的运动感知模块（1）所处区域为疑似位置；

所述管控系统（3）设置为：

建立空间坐标系，并定义各个抽气罩上的运动感知模块（1）的初始位置；

基于加速度信息预估各个抽气罩的多维运动向量，并预估抽气罩的最新位置；

更新疑似位置为抽气罩的最新位置；

所述基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其包括：

基于疑似位置信息和预设的有效抽烟排风高度阈值，判断是否启用抽烟排风功能，如果是，则分析产生所述排风控制方案；如果否，则在接收预设的用户强制启用信息后，分析产生所述排风控制方案。

2.根据权利要求1所述的实验室通风位置智能捕捉控制方法，其特征在于：所述烟气追踪模块（2）用于产生并输出红外热图像，且为多个；

多个所述烟气追踪模块（2）环绕实验室中的多个试验台设置，且基于分布位置与各个运动感知模块（1）分别建立一一对应关系；

所述基于疑似位置信息调用烟气追踪模块（2），其包括：

识别疑似位置信息匹配的运动感知模块（1）的身份，调用与该运动感知模块（1）建立对应关系的烟气追踪模块（2）。

3.根据权利要求2所述的实验室通风位置智能捕捉控制方法，其特征在于，所述基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其包括：

对红外热图像做图像识别，并根据温度分布得到烟气逸散口；

基于烟气逸散口相对红外热图像的位置预估排烟高度 ；

基于疑似位置中的高度信息和预估排烟高度计算抽吸高度差值；

基于高度差值查找预设的数据库，得到匹配的排风控制方案。

4.根据权利要求3所述的实验室通风位置智能捕捉控制方法，其特征在于：所述基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其包括：

基于烟气逸散口的烟气温度分布渐变范围和/或速率查找预设的数据库，得到匹配的烟气量级，并根据烟气量级校正排风控制方案。

5.根据权利要求1所述的实验室通风位置智能捕捉控制方法，其特征在于， 所述管控系统（3）设置为：

若某一运动感知模块（1）输出的加速度a=0，且持续时间T1，则基于红外热图像判断是否存在烟气逸散，如果是，则保持当前的排风控制方案；如果否，则执行排风停止方案。

6.一种实验室通风位置智能捕捉控制系统，其特征在于：包括存储器和处理器，所述处理器与实验室的排风系统、各个运动感知模块（1）和烟气追踪模块（2）的通信连接；所述处理器设置为：

基于运动感知模块（1）的运动反馈分析，得到疑似位置信息；

基于疑似位置信息调用烟气追踪模块（2），并获取对应的烟气分布信息；

基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，得到匹配的排风控制方案；

基于排风控制方案向排风系统发送风机控制指令；

所述运动感知模块（1）用于产生并输出加速度信息；

所述基于运动感知模块（1）的运动反馈分析，其包括：

当加速度a≠0，则定义对应的运动感知模块（1）所处区域为疑似位置；

基于本地服务器和/或云端创建管控系统（3），并建立管控系统（3）与实验室的排风系统、各个运动感知模块（1）和烟气追踪模块（2）的通信连接；

所述管控系统（3）设置为：

建立空间坐标系，并定义各个抽气罩上的运动感知模块（1）的初始位置；

基于加速度信息预估各个抽气罩的多维运动向量，并预估抽气罩的最新位置；

更新疑似位置为抽气罩的最新位置；

所述基于预设的通风控制逻辑对疑似位置信息和烟气分布信息分析，其包括：

基于疑似位置信息和预设的有效抽烟排风高度阈值，判断是否启用抽烟排风功能，如果是，则分析产生所述排风控制方案；如果否，则在接收预设的用户强制启用信息后，分析产生所述排风控制方案。