[发明专利]一种基于人员像素密度的分区按需通风控制方法

权利要求书

1.一种基于人员像素密度的分区按需通风控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

一、利用视频监控摄像头(8)对室内场所的全景进行视频拍摄，以实时获取完整的室内场所全景画面信息，并将获取到的室内场所全景画面信息传送给树莓派(4)；

二、树莓派(4)按照室内场所中各个送风口(2)的安装位置，将室内场所全景画面划分为若干个风口子区(9)；

所述步骤二中划分风口子区(9)的具体方法为：

所述树莓派(4)根据室内场所中的送风口(2)的数量及位置，将室内场所全景画面划分为大小均等的风口子区(9)，并确保每个风口子区(9)由一个对应的送风口(2)负责调控送风，每个风口子区(9)之间不存在重叠，且所有风口子区(9)均包含在室内场所全景画面中；

三、树莓派(4)实时对接收到的室内场所全景画面进行处理，得到室内场所全景画面的前景人员像素密度数据；

四、树莓派(4)根据室内场所全景画面的前景人员像素密度数据并按照划分好的风口子区(9)，得到每个风口子区(9)的前景人员像素密度数据，并计算各个风口子区(9)中的实时人数；

所述步骤三和步骤四中，树莓派(4)先通过背景分离算法对接收到的视频画面进行处理，得到室内场所全景画面的前景人员像素密度数据，然后利用得到室内场所全景画面的前景人员像素密度数据，并按照划分好的所述风口子区(9)，得到每个风口子区(9)内的前景人员像素密度数据，最后根据每个风口子区(9)内的前景人员像素密度数据估算每个风口子区(9)内当前的人员数量，并将各个风口子区(9)的实时人数信息进行反馈，用于系统控制调节；

所述树莓派(4)估算室内场所全景画面中各个风口子区(9)的实时人员数量的具体步骤为：

S1、将视频监控摄像头(8)输入的室内场所全景画面按照室内场所送风口(2)的数量及位置划分为大小均等的风口子区(9)；

S2、对视频监控摄像头(8)输入的室内场所全景画面进行背景分离处理；

S3、计算背景分离后的黑白像素图像中各个风口子区(9)的白色像素点的数量；

S4、基于前景像素密度与人数的回归模型，计算每一张室内场所全景画面中各个风口子区(9)内的人员数量；

所述步骤S2中背景分离处理具体步骤如下：

背景分离算法采用的是自适应高斯混合模型算法，处理得到的黑白像素图像中，白色像素点表示前景人员，黑色像素点代表背景；

判断像素属于前景还是背景使用公式I：

p(x(t)|BG)＞C_th(I)

其中，x(t)表示包括在RGB在内的颜色空间中某一点像素在时间t时的像素值，C_th表示预先设定的阈值，p(x(t)|BG)表示背景模型的概率函数，通过训练得到；当像素点满足公式I时，则该像素点属于背景，否则该像素点属于前景；

贝叶斯决策因子D的计算使用公式II

其中，BG表示背景，FG表示前景；初始假设某一点属于前景还是背景的概率相同，即p(BG)＝p(FG)；

并且，采取增加新样本替换旧样本的方式来更新训练集，以适应场景的变化；对于每个新样本，更新N_t来重新估计p(x|N_t，BG)；使用具有M个分布的混合高斯模型，如公式III所示：

其中，是高斯分量均值的估计，是高斯分量方差的估计，I是单位矩阵，是混合权重的估计，且

所述步骤S4中，每个场景中前景像素密度值与人数均存在其特定的关系式，建立关系式的具体步骤为：

S4.1、清点数据样本中每一张室内场所全景画面中各个风口子区(9)的真实人数，回归出前景像素密度值与人数的关系；

S4.2、选取70％的人数估算样本，将S2中处理得到的白色像素总数量与对应风口子区(9)的真实人数进行线性拟合，回归出前景像素密度值与人数的关系；

建立前景像素点的数量(x)与人数(y)的关系的具体方法如下：

经背景分离算法处理后，每张图片都对应一个x值，y值取该图片的真实人数；将一系列的数据对(x，y)描绘到一条直线附近，初始令这条直线的方程如下：

y＝a+bx(IV)

其中，x表示前景像素密度值，y表示估算的人数，a、b是与场景有关的常数；

使得前景像素点的数量x取值为x _i，人数的真实值y为y_i，与回归方程所预测的之间的差值平方最小；对于整个回归方程而言，使得所有预测值与实际值之间差值平方和最小；建立预测方程：

其中，Q为关于预测方程中两个常数a、b的函数，此时将拟合函数公式Ⅳ代入公式Ⅴ得到：

欲使方程Q的取值最小，函数Q分别对a、b求一阶偏导，且令偏导之后表达式的值为零；

a、b的取值可通过公式VII和公式VIII的计算得到；

S4.3、将剩余30％的人数估算样本用于验证，若回归后的关系式在验证集上得到验证，则选用此关系式；否则，重复S4.2和S4.3的步骤，最终得到一个v＝a+bx的关系式；

其中，x表示前景像素密度值，y表示估算的人数，a、b是与场景有关的常数；

五、树莓派(4)参照其内部设定好的风口子区(9)的人数与新风量的对照关系，根据各个风口子区(9)中的实时人数，控制主风管(6)内的电动主风阀(5)及各个送风口(2)中的电动末端风阀(7)的开度来进行室内场所分区按需风量调节；

所述步骤五中，树莓派(4)根据视频画面中各个风口子区(9)中实时人数调节各个所述送风口(2)输出的新风量的控制策略如下：

根据所需通风的室内场所的设计参数，计算出该室内场所的设计最大人数，记为N_max，则该室内场所人数范围介于0到N_max之间；

当该室内场所的人数超过N_max时，树莓派(4)控制电动主风阀(5)按照最大效率工作，并且控制每个风口子区(9)中的电动末端风阀(7)的开度调至最大；

当该室内场所的人数小于N_max时，树莓派(4)根据室内场所内各个风口子区(9)的实时人数，在调节主风管(6)中的电动主风阀(5)的开度的基础上，同时分别调节各个风口子区(9)中的电动末端风阀(7)的开度，通过电动主风阀(5)与电动末端风阀(7)的联动，来使室内场所中各个送风口(2)按照各自对应的风口子区(9)的实际人数输出所需的新风量；

所述电动主风阀(5)与电动末端风阀(7)的联动关系为：电动主风阀(5)的开度大小与所有电动末端风阀(7)中所需最大开度的一个保持一致，其余的电动末端风阀(7)则在电动主风阀(5)已有开度的基础上按照各自对应的风口子区(9)所需风量调节各自的开度，以实现风阀的阻力最小化，节省风机能耗；

六、环境参数传感器(1)同时对室内场所中所有环境监测区域进行环境检测，以获取室内场所的实时环境检测参数，并将检测到的实时环境检测参数传送给树莓派(4)；

七、树莓派(4)对接收到的实时环境检测参数进行分析，得到室内场所的实时环境分析数据，用于通风系统控制的反馈调节；

八、树莓派(4)根据得到的室内场所的实时环境分析数据，再结合各个风口子区(9)中的实时人数，同时控制所述主风管(6)内的电动主风阀(5)及送风口(2)中的电动末端风阀(7)的开度，在对室内场所进行分区风量调节的同时进行分区按需空气质量的调节；

所述视频监控摄像头(8)安装在室内场所的天花板一角的下方，以捕捉完整的室内场所全景画面；

所述树莓派(4)安装在室内场所上方主风管(6)中的电动主风阀(5)附近，且树莓派(4)与电动主风阀(5)、电动末端风阀(7)通过有线或无线通信连接，控制电动主风阀(5)的开关进行风量调节，所述送风口(2)为散流器；

所述环境参数传感器(1)与树莓派(4)无线通信连接，且环境参数传感器(1)所监测的室内场所的实时环境检测参数包括环境温度、湿度、二氧化碳浓度以及PM2.5浓度；

所述环境参数传感器(1)所检测的环境监测区域为室内场所中的人员活动区域或人员接近区域。