[发明专利]利用行车系统进行热追踪的节能加热系统及方法

权利要求书

1.一种利用行车系统进行热追踪的节能加热方法，其特征在于：包括如下步骤：定位装置实时对目标进行定位，将位置信息发送给协调控制系统；协调控制系统根据目标的位置信息控制需要工作的一个或者几个加热装置运动到指定位置；温度测量装置实时测量目标周围环境温度，将温度信息发送给协调控制系统；协调控制系统根据当前温度调整加热装置的工作功率；

所述定位装置采用超宽带技术即UWB技术进行定位，定位装置通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据；定位装置包括标签、锚点和定位服务器，标签是移动且坐标未知的待定位的目标，锚点是自身位置或者绝对坐标已知的节点，包括若干个从锚点和主锚点，从锚点直接和标签通信完成测距过程，主锚点负责收集从锚点的测距结果，对无效结果进行滤除，并初步数据整理后发送给定位服务器进行定位计算，并发送时间校准包给从锚点以进行同步；定位服务器通过主锚点发送的测距信息计算定位结果；

所述温度测量装置采用红外辐射测温法的非接触测量法对目标环境温度进行测量，将红外温度传感器装在既能在水平面上旋转又能在铅垂面上旋转的全方位的云台上，使用电机控制云台转动并在能旋转的两个方向上装上编码器，水平面上的编码器能够获得红外传感器在水平面上的方向与正北的夹角，铅垂面上的编码器能够获得红外传感器的方向与铅垂线之间的夹角，当需要调整红外传感器方向使其正对某个位置时，需要调整红外传感器的方向与铅垂线之间的夹角和在水平面上的方向与正北的夹角，即控制电机使水平面和铅垂面上的两个编码器的输出达到一定值；

所述加热装置为红外灯或热风口，加热装置运动方式为平动需要在一定高度处铺设轨道，轨道可分为主轨道和次轨道，次轨道装有电机和轮子，可在主轨道上运动；每条次轨道上有两个加热装置，加热装置底部装有电机和轮子，加热装置能够在次轨道上运动；当需要对某个位置进行加热时，加热装置在次轨道上运动，次轨道在主轨道上运动，按照需要将加热装置移动到指定位置进行加热；

次轨道的工作顺序依次是第一次轨道，第二次轨道，第三次轨道，第四次轨道和第五次轨道，第一次轨道到第五次轨道上的加热装置依次负责给区域中最北边的位置到区域中最南边的位置供热；

当加热装置为红外灯时，某点接收到的红外灯辐射照度值q与该点到红外灯轴线距离r和加热电流I有关，某点处接收到的红外灯辐射照度值：

q＝f(r,I)；

当加热装置为热风口时，某点接收到的单位面积加热功率P与该点到热风口的距离l，出风速度v和出风温度t有关，某点处接收的单位面积加热功率：

p＝f(l,v,t)；

协调控制系统的作用是接收位置信息和温度信息，制定控制策略控制相应的加热装置给目标供热；当一个或多个目标处于加热区域中时，需要使各个目标处的辐射照度值或单位面积加热功率达到一定值；当有区域中有m个目标时，为了达到供热要求，协调控制系统制定控制策略，并将控制策略传给需要工作的加热装置；控制策略包括控制哪几个加热装置工作和加热装置以多大的功率进行加热；

具体的控制策略如下：在存在多个移动的加热装置时，具体加热装置的供热数量及每个加热装置的供热热量的选择如下：假设有n个加热装置，加热装置的编号分别为：1,…,n；选择其中的m个加热装置移动到m个指定的位置，这些位置的编号分别位为：1,…,m，其中m≤n，第i个加热装置移动到位置j的移动成本为c_ij；x_ij为决策变量，0或1中0表示第i加热装置移到位置j；约束条件为x_ij＝0 or 1，其中为目标函数，即最小化总移到成本；表示移到每个位置到加热装置到数量为1；表示每个加热装置最多只能移到一个指定位置，x_ij＝0 or 1表示决策变量的取值范围；具体步骤如下：

Step1：对每个加热装置i计算根据的值从小到大重新排列对应决策变量x_i，其中的值最小的x_i变为x₁，值最大的x_i变为x_n，决策方案用一个二进制数X＝(x₁x₂…x_n)₂表示，如X＝(00…01)₂表示重新排列后的第n个加热装置打开，其余的关闭；

Step2：设Y＝∞，当前采取的方案为X＝(x₁x₂…x_n)₂＝(00…1)₂；根据Q_j的值从大到小对其约束条件进行排序，即Q_j值最大的设为第一个约束，次大的设为第二个约束，…，最小的设为最后一个约束；

Step3：计算当前方案的目标函数值如目标函数值小于Y，则设置第一个约束为当前约束，否则转到Step6；

Step4：根据当前方案X＝(x₁x₂…x_n)₂判断当前约束条件是否满足，如果满足则转到Step5，否则转到Step6；

Step5：判断是否还有约束没有检查，如有则取下一个约束作为当前约束，转到Step4；否则更新最优决策方案为当前方案X，令Y为当前决策方案X的目标函数值，转到Step6；

Step6：判断X+1≤(11…1)₂是否满足，如满足则取下一个方案，即令X＝X+1作为当前方案，转到Step3；否则转到Step7；

Step7：算法结束，输出最优决策方案及对应的最优值Y，若Y＝∞，则表明问题无可行解。

2.根据权利要求1所述的利用行车系统进行热追踪的节能加热方法，其特征在于：使用到达时间差定位算法即TDOA定位算法作为整个定位装置的核心算法，TDOA定位算法是通过一种数学模型建立起来求解的，它主要利用的是数学中双曲线的特性，当存在两个定点的时候，另外一个动点会在以这两个定点为焦点的双曲线上，当同时存在这样的两组或者多组这样的数据结构的时候，这些双曲线的交点就是要求的目标物体的位置。