JP5343893B2 - 空調制御装置及び空調制御装置の人位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、室内に配置された複数の温度センサによって検出される温度に応じて人の位置を検出し、その人の位置に基づいて空調機器の制御を行う空調制御装置及び空調制御装置の人位置検出方法に関する。

近年、空調機器の制御においては、より高い快適性を付与することが要求されており、室内で人がいる位置をセンサによって検出し、その人がいる位置に向けて温風や冷風を送付することが行われている。斯様な制御を行うためには、室内の人の位置を高精度に検出する必要がある。例えば特許文献１には、複数のサーモパイル素子がマトリクス状に配置されてなるサーモパイルユニットを用いて、それらの素子領域において検出される室内の温度分布から、室内の人の位置を認識する技術が開示されている。

特開２００１−３０４６５５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、人の位置の検出精度を向上させるには、より多くのサーモパイル素子を用いてそれらを２次元状に配列する必要があり、コストの増大を招くことになる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より少ない数の温度センサを用いて、人の位置の検出精度を向上させることができる空調制御装置，及び空調制御装置の人位置検出方法を提供することにある。

請求項１記載の空調制御装置によれば、検出対象選択手段は、複数の温度センサの内で、何れか４つ以上の温度センサの検出温度がそれぞれの定常温度から誤差範囲を超えて上昇したことを検出すると、それらの温度センサをピーク検出対象センサ群として選択する。そして、傾き計算手段が、ピーク検出対象センサ群の配列上で、当該配列の両端に位置する温度センサとそれぞれの１つ内側に位置する温度センサとの２組について、それぞれの検出温度が２つの温度センサの間隔に対して示す傾きを計算すると、人位置検出手段は、計算された２つの温度変化の傾きに従う温度変化直線を延長して、それらの直線が前記配列上で交差した位置を人の位置として検出する。

すなわち、人が入室したことで３つの温度センサの検出温度がそれぞれの定常温度から誤差範囲を超えて上昇した場合は、検出温度のピークは中央に位置する温度センサとなるので、その温度センサの位置を人の位置として検出できる。そして、同様のケースで４つ以上の温度センサの検出温度が上昇した場合は、何れか２つの温度センサの間に人が位置していると推定される。
そこで、本発明では、検出対象選択手段により選択されたピーク検出対象センサ群について、当該センサ群の両端に位置する各２つの温度センサの検出温度から傾き計算手段が２つの温度変化直線の傾きを計算し、人位置検出手段が２つの直線を延長した交点を人の位置として検出するようにした。これにより、使用する温度センサ数を増やしてそれらの配置間隔を狭めずとも、２つの温度センサの間を演算により補間して室内における人の位置を精度良く検出することが可能となり、コストの上昇を抑制できる。

請求項２記載の空調制御装置によれば、傾き計算手段は、ピーク検出対象センサ群に属する温度センサが２つである場合は、それら２つの温度センサのそれぞれ１つ外側に位置する（つまり、ピーク検出対象センサ群に属さない）温度センサを選択し、それら２組について温度変化の傾きを計算する。すなわち、上記の場合もやはり２つの温度センサの間に人が位置していると推定されるので、このケースでは例外的に、ピーク検出対象センサ群の両端からそれぞれ１つ外側に位置する温度センサを選択して２つの温度変化直線の傾きを計算する。これにより、人位置検出手段は、請求項１と同様にして室内における人の位置を精度良く検出できる。

請求項３記載の空調制御装置によれば、ピーク検出対象センサ群に属する温度センサが２つである場合で、且つそれら２つの温度センサの何れか一方に１つ外側に位置する温度センサが存在しない場合、傾き計算手段は温度変化の傾きを計算せず、人位置検出手段は、２つの温度センサのうち検出温度が高い方のセンサ位置を人の位置として検出する。すなわち、複数の温度センサが温度を監視している空間の両端側に人が位置していると、ピーク検出対象センサ群に属する２つの温度センサの何れか一方には、１つ外側に位置する温度センサが存在しない場合が発生し得る。そのようなケースについては、検出温度が高い方のセンサ位置を人の位置として検出すれば良い。

一実施例であり、センサユニットが配置された室内の状態を示す図 空調システムのブロック図 人位置検出処理を示すフローチャート 人の位置に応じて各エレメントについて検出される温度変化パターンを示す図（その１） 図４相当図（その２） 図４相当図（その３）

以下、一実施例について図面を参照して説明する。図２は、空調システムのブロック図であり、図１は室内における温度センサの配置状態を示すものである。空調システム１において、制御部（空調制御装置）２には、センサユニット３、空調機（エアコンディショナ）４、外気温センサ５が接続されている。制御部２は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、空調機４に内蔵されて空調機４の制御を行うものでも良いし、或いは空調機４の外部に存在して、後述する人検知処理を行った結果だけを空調機４に出力するものでも良い。

センサユニット３は、図１に示すように、室内の一つの壁面において、水平方向に列状に並べて配置される８つの赤外線センサ（温度センサ）３（１）〜３（８）で構成されている。これらの赤外線センサ３（１）〜３（８）は、室内において人が存在する場合に、人体が発生する赤外線を検出するため、床面からの高さ数１０ｃｍ程度の位置（例えば４０ｃｍ）に等間隔で配置されている。すなわち、センサユニット３は、人の位置を検出するために配置されるものであるから、例えば床面からの高さが２ｍを超えるような位置に配置することは想定していない。そして、各赤外線センサ３（１）〜３（８）が検出したセンサ信号は、制御部２に与えられる。

外気温センサ５は、外気の温度を検出し、制御部２にセンサ信号を与える。空調機４は、図示しない室外機との間で熱交換を行い、温風又は冷風を室内に送風したり、除湿を行うようにする。その場合、制御部２が人の位置を検出した結果出力する検出信号に応じて、送風方向を制御する。また、暖房／冷房の切り替えは、外気温センサ５が検出した外気温度に基づいて行う。

次に、本実施例の作用について図３ないし図６も参照して説明する。図３は、制御部２が行う人位置検出処理を示すフローチャートである。そして、図４ないし図６は、各赤外線センサ３（１）〜３（８）が検出する温度変化に応じて、人の位置が検出される様々なパターンを示している。

図３（ａ）に示すように、各赤外線センサ３（１）〜３（８）がそれぞれ検出対象とする空間領域を、夫々エレメント（１）〜（８）と称す（図４（ａ）参照）。制御部２は、先ず各エレメント（１）〜（８）の温度をサンプリングすると（ステップＳ１）、各サンプリング結果について、今回サンプリングした温度と、定常温度との差が誤差範囲を超えたか否かを判断する（ステップＳ２）。そして、誤差範囲を超えていなければ（ＮＯ）ステップＳ１に戻り温度のサンプリングを継続する。尚、温度のサンプリング間隔は例えば１秒程度とする。
ステップＳ２における「定常温度」とは、制御部２が各エレメント（１）〜（８）のそれぞれについて、例えば過去の１０分間に亘ってサンプリングした温度（例えば、今回のサンプリング温度がＴ（ｎ）であるとすると、Ｔ（ｎ−１）〜Ｔ（ｎ−ｘ）に亘る温度）の移動平均値として計算している温度である（図４（ｂ）参照）。

そして、ステップＳ２において、今回サンプリングした温度が、定常温度から誤差範囲として設定した温度（例えば０．１度）を超えて上昇したエレメントが１つ以上あれば「ＹＥＳ」と判断して、そのエレメントを「ピーク検出対象エレメント（２つ以上の場合はピーク検出対象センサ群に相当）」として確定する（ステップＳ３；検出対象選択手段）。すなわち、室内に人が入ると、赤外線センサ３により検出される温度が急上昇するため、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判断した場合は、人が入室したものと推定できる。また、図４ないし図６では、誤差範囲を超えて上昇したエレメント；赤外線センサ３の温度を「異常値」と称している。

続くステップＳ４〜Ｓ６では、ピーク検出対象エレメントの点数を判断する。ピーク検出対象エレメントの点数が１点であれば（ステップＳ４：ＹＥＳ）、そのエレメントの位置を人の位置として決定する（ステップＳ１３）。ここでのエレメントの位置は、エレメントの中心であり、当該エレメントに対応する赤外線センサ３の位置に相当する。そして、「人の位置」は、赤外線センサ３（１）〜３（８）の配列に沿う、図１に示す部屋正面の左右方向における直線上の位置である。また、ピーク検出対象エレメントの点数が２点であれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、更にその２点がエレメント（１，２）か、又はエレメント（７，８）か否かを判断する（ステップＳ１４）。ここで、２点がこれらの組み合わせの何れかであれば（ＹＥＳ）、その組み合わせの２点のうち、検出温度が高い方のエレメントの位置を人の位置として決定する（ステップＳ１１）。また、ピーク検出対象エレメントの点数が３点であれば（ステップＳ６：ＹＥＳ）、それら３点のうち、中央にあるエレメントの位置を人の位置として決定する（ステップＳ１０）。

ここで、図４乃至図６を参照する。図４（ｂ）は、上述したように、各エレメント（１）〜（８）の温度が定常温度にある状態を示している。尚、図中左が北側，図中右が南側であることから、太陽光の影響によりエレメント（１）側の温度が若干低めに、エレメント（８）側の温度が若干高めになっている。

図４（ｃ）はピーク検出対象エレメントの点数が１点の場合（ステップＳ１３）を示している。また、図５（ａ）はピーク検出対象エレメントが（１，２）の２点である場合，図５（ｂ）はピーク検出対象エレメントが（７，８）の２点である場合（ステップＳ１１）あり、人が室内の端の方に位置している状態に対応する。図６（ａ）はピーク検出対象エレメントの点数が３点の場合（ステップＳ１０）に対応する。これらのように、人がエレメント（１）〜（８）のどの辺りに位置しているかによって、ピーク検出対象エレメントの点数が変化する。
そして、図４（ｃ），図５（ａ）（ｂ），図６（ａ）に示すように、ピーク検出対象エレメントが１点〜３点の場合について人の位置を決定する手法だけに限定すると、これらは従来より行われているものであり、本願発明の特徴的な部分には該当しない。

再び図３を参照する。ピーク検出対象エレメントの点数が４点以上となった場合は、ステップＳ６で「ＮＯ」と判断してステップＳ７に移行する。この場合にステップＳ７及びＳ８で行う処理を図６（ｂ），（ｃ）に示しており、（ｂ）は４点の場合、（ｃ）は５点の場合である。図６（ｂ）に示すように、上記４点がエレメント（４）〜（７）（図中のＥ４〜Ｅ７）であったとする。この時、これら４点のうち、両端にあるＥ４，Ｅ７と夫々の１つ内側にあるＥ５，Ｅ６との組について、ステップＳ１でサンプリングした温度の変化傾きＡ，Ｂを計算する（ステップＳ７；傾き計算手段）。すなわち、Ｅ４，Ｅ５間の温度変化傾きがＡとなり、Ｅ７，Ｅ６間の温度変化傾きがＢとなる。

そして、夫々の傾きを有する直線（温度変化直線）ＬＡ，ＬＢを延長した場合に、Ｅ５，Ｅ６間でそれらが交差する点Ｃを計算する（ステップＳ８）。そして、計算した交点Ｃを、エレメント（１）〜（８），若しくは赤外線センサ３（１）〜３（８）が並ぶ軸上に下ろした位置を人の位置として決定する（ステップＳ９；人位置検出手段）。

すなわち、図６（ａ）に示すピーク検出対象エレメントの点数が３点（Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７）の場合は、それらの中央となるエレメントＥ６について赤外線センサ３が検出した温度が最も上昇するため、人の位置は容易に決定できるが、ピーク検出対象エレメントの点数が４点の場合は、中央よりの２つのエレメントＥ５，Ｅ６の間に検出温度のピークがあることが予想される。そこで、ステップＳ７〜Ｓ９のように、エレメントＥ４及びＥ５，Ｅ７及びＥ６の各組について温度変化の傾きを求め、温度変化直線ＬＡ，ＬＢを延長した交点Ｃに基づき人の位置を決定すれば、エレメントＥ５，Ｅ６の間を補間して決定することができる。

図６（ｃ）に示す５点の場合も同様に決定できる。ピーク検出対象エレメントがＥ３〜Ｅ７であれば、両端にあるＥ３，Ｅ７と夫々の１つ内側にあるＥ４，Ｅ６との組について、ステップＳ１でサンプリングした温度の変化傾きＡ，Ｂを計算し、夫々の傾きを有する温度変化直線ＬＡ，ＬＢを延長した場合に、Ｅ４，Ｅ６間でそれらが交差する点Ｃを軸上で計算し、その軸上の交点Ｃの位置を人の位置とする。

また、図５（ｃ）は、ピーク検出対象エレメントが２点であり、ステップＳ１４で「ＮＯ」と判断するケースである。この場合、上記２点はＥ６，Ｅ７となっているが、夫々の１つ外側に位置するエレメントＥ５，Ｅ８を選択し、温度の変化傾きＡ，Ｂを計算する。すなわち、Ｅ５，Ｅ６間の温度変化傾きがＡとなり、Ｅ８，Ｅ７間の温度変化傾きがＢとなる。
そして、夫々の温度変化直線ＬＡ，ＬＢを延長した場合に、Ｅ６，Ｅ７間でそれらが交差する点Ｃを計算する（ステップＳ１５；傾き計算手段）。そして、計算した交点Ｃを軸上に下ろした位置を人の位置として決定する（ステップＳ１２；人位置検出手段）。以上のようにして室内の人の位置が検出されると、その情報が制御部２から空調機４に送信され、空調機４は与えられた情報に基づいて、例えば送風方向を人の位置に向けるように変化させる。

以上のように本実施例によれば、制御部２は、赤外線センサ３（１）〜３（８）の内で、何れか４つ以上の赤外線センサ３の検出温度がそれぞれの定常温度から誤差範囲を超えて上昇したことを検出すると、それらの赤外線センサ３をピーク検出対象センサ群として選択する。そして、ピーク検出対象センサ群の配列上で、当該配列の両端に位置する赤外線センサ３とそれぞれの１つ内側に位置する赤外線センサ３との２組について、それぞれの検出温度が２つの赤外線センサ３の間隔に対して示す傾きを計算すると、計算された２つの温度変化の傾きに従う温度変化直線を延長して、それらの直線が前記配列上で交差した位置を人の位置として検出する。

すなわち、人が入室したことで４つ以上の赤外線センサ３の検出温度が上昇した場合は、何れか２つの赤外線センサ３の間に人が位置していると推定されるので、ピーク検出対象センサ群について、当該センサ群の両端に位置する各２つの赤外線センサ３の検出温度から２つの温度変化直線の傾きを計算し、２つの直線を延長した交点を人の位置として検出すれば、使用する赤外線センサ３の数を増やしてそれらの配置間隔を狭めずとも、２つの赤外線センサの間を補間して、室内における人の位置を精度良く検出することが可能となり、コストの上昇を抑制できる。

また、制御部２は、ピーク検出対象センサ群に属する赤外線センサ３が２つである場合は、それら２つの赤外線センサ３のそれぞれ１つ外側に位置する（つまり、ピーク検出対象センサ群に属さない）赤外線センサ３を選択し、それら２組について温度変化の傾きを計算するので、このケースでは例外的に、ピーク検出対象センサ群の両端からそれぞれ１つ外側に位置する赤外線センサ３を選択して２つの温度変化直線の傾きを計算する。これにより、上記と同様にして室内における人の位置を精度良く検出できる。

更に、制御部２は、ピーク検出対象センサ群に属する赤外線センサ３が２つである場合で、且つそれら２つの赤外線センサ３の何れか一方に１つ外側に位置する赤外線センサ３が存在しない場合は温度変化の傾きを計算せず、２つの赤外線センサ３のうち検出温度が高い方のセンサ位置を人の位置として検出する。すなわち、温度を監視している空間の両端側に人が位置していると、ピーク検出対象センサ群に属する２つの赤外線センサ３の何れか一方には、１つ外側に位置する赤外線センサ３が存在しない場合が発生し得るので、そのようなケースでは、検出温度が高い方の赤外線センサ３の位置を人の位置として検出すれば良い。

尚、上記実施例では、例えば全館空調のように、館内における各室の温度が基本的に冷房時であれば２８℃程度，暖房時であればより低い２０℃程度といったように、人間の体温よりも十分に低い温度に維持されている状態を前提としている。したがって、例えば外気温度が４０℃近くに上昇している場合でも、人が入室した場合の温度上昇を赤外線センサで検出できるようになっている。

本発明は上記し、又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
温度センサの数は、７個以下，若しくは９個以上であっても良い。
また、温度センサは赤外線センサに限らない。
温度のサンプリング間隔は１秒に限らず、個別の設計に応じて適宜変更して良い。また、定常温度を求めるための移動平均期間についても同様である。
「誤差範囲」とする温度についても、適宜変更して設定すれば良い。

図面中、２は制御部（空調制御装置，検出対象選択手段，傾き計算手段，人位置検出手段）、３（１）〜３（８）は赤外線センサ（温度センサ）、４は空調機（空調機器）を示す。

Claims (6)

1. 室内に配置された複数の温度センサによって検出される温度に応じて前記室内における人の位置を検出し、前記人の位置に基づいて空調機器の制御を行う空調制御装置において、
   前記複数の温度センサは、前記室内の空間を列状に分割した夫々の領域について温度を検出するように配置されており、
   前記複数の温度センサによって検出される温度データを所定の測定周期ごとに参照し、各温度センサについて過去の所定時間に亘る範囲の平均として得られるそれぞれの定常温度から、何れか４つ以上の温度センサによる検出温度が誤差範囲を超えて上昇したことを検出すると、それら４つ以上の温度センサをピーク検出対象センサ群として選択する検出対象選択手段と、
   前記ピーク検出対象センサ群の配列上で、当該配列の両端に位置する温度センサと、それぞれの１つ内側に位置する温度センサとの２組について、それぞれの検出温度が２つの温度センサの間隔に対して示す傾きを計算する傾き計算手段と、
   この傾き計算手段により計算された２つの温度変化の傾きに従う温度変化直線を延長して、それらの直線が前記配列上で交差した位置を人の位置として検出する人位置検出手段とを備えることを特徴とする空調制御装置。
2. 前記傾き計算手段は、前記ピーク検出対象センサ群に属する温度センサが２つである場合は、前記２つの温度センサのそれぞれ１つ外側に位置する温度センサを選択し、それらの２組について前記温度変化の傾きを計算することを特徴とする請求項１記載の空調制御装置。
3. 前記ピーク検出対象センサ群に属する温度センサが２つである場合で、且つ前記２つの温度センサの何れか一方に１つ外側に位置する温度センサが存在しない場合、
   前記傾き計算手段は、前記温度変化の傾きを計算せず、
   前記人位置検出手段は、前記２つの温度センサのうち、検出温度が高い方のセンサ位置を人の位置として検出することを特徴とする請求項２記載の空調制御装置。
4. 室内に配置された複数の温度センサによって検出される温度に応じて前記室内における人の位置を検出し、前記人の位置に基づいて空調機器の制御を行う空調制御装置を制御する場合に使用する人位置検出方法において、
   前記複数の温度センサを、前記室内の空間を列状に分割した夫々の領域について温度を検出するように配置し、
   前記複数の温度センサによって検出される温度データを所定の測定周期ごとに参照し、各温度センサについて過去の所定時間に亘る範囲の平均として得られるそれぞれの定常温度から、何れか４つ以上の温度センサによる検出温度が誤差範囲を超えて上昇したことを検出すると、それら４つ以上の温度センサをピーク検出対象センサ群として選択し、
   前記ピーク検出対象センサ群の配列上で、当該配列の両端に位置する温度センサと、それぞれの１つ内側に位置する温度センサとの２組について、それぞれの検出温度が２つの温度センサの間隔に対して示す傾きを計算すると、
   前記計算された２つの温度変化の傾きに従う温度変化直線を延長して、それらの直線が前記配列上で交差した位置を人の位置として検出することを特徴とする空調制御装置の人位置検出方法。
5. 前記ピーク検出対象センサ群に属する温度センサが２つである場合は、前記２つの温度センサのそれぞれ１つ外側に位置する温度センサを選択し、それらの２組について前記温度変化の傾きを計算することを特徴とする請求項４記載の空調制御装置の人位置検出方法。
6. 前記ピーク検出対象センサ群に属する温度センサが２つである場合で、且つ前記２つの温度センサの何れか一方に１つ外側に位置する温度センサが存在しない場合は、前記温度変化の傾きを計算せず、
   前記２つの温度センサのうち、検出温度が高い方のセンサ位置を人の位置として検出することを特徴とする請求項５記載の空調制御装置の人位置検出方法。

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