基于人员实时检测的防疫节能智能通风控制系统及方法

摘要

本发明公开基于人员实时检测的防疫节能智能通风控制系统及方法，涉及室内环境控制领域，包括在建筑内安装摄像头(或采用原有监控摄像头)、温湿传感器(或采用原有传感器)和树莓派单片机，以及一套智能化控制风量系统；所述方法及系统通过摄像头捕获监测区域画面，树莓派处理视频数据以此确定各通风区域的人员数量，温湿度传感器将监测到的环境数据传入至树莓派，辅助整个通风系统来调控风量，树莓派调节各送风口的电动风阀，风阀控制散流器的风量，让其智能地在按需通风模式和防疫通风模式中切换，满足各区域实时的通风需求，在有效稀释空气中有害物质的同时，降低通风系统能耗。

说明书

技术领域

本发明涉及室内环境控制领域，具体的是基于人员实时检测的防疫节能智能通风控制系统及方法。

背景技术

当前，新型冠状病毒肺炎在全球肆虐，大型公共场所(如商场、火车站、汽车站、航站楼等)人员密度大、流动性强，特别是节假日期间，疫情防控压力大。新冠肺炎作为一种呼吸道疾病，它的传播会受到空调气流组织的影响，在室内通风不畅时易增加人员的感染风险。因此，通风在传染病疫情的防控中起着重要作用。当前设计标准规定的最小通风量难以保证一个较低水平的感染概率。相关研究表明加大新风量可以在一定程度上降低感染的概率，但全天保持较高的新风量，一方面超过了相对通风标准，并可能导致能源的浪费。另一方面，大型公共场所并非全天、全区域都是满员，存在非高峰时段和人员空间分布不均的情况。在此情况下，可以适当降低通风量以实现节能的目的。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供基于人员实时检测的防疫节能智能通风控制系统及方法，用以解决公共场所无法根据人员密度实时按需调节通风量，造成公共场所内通风不合理、有害物质无法及时稀释以及能源浪费的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于人员实时检测的防疫节能智能通风控制系统，包括智能化控制系统，所述智能化控制系统的底部设置有散流器，智能化控制系统包括摄像头、温湿度传感器、树莓派和风阀，在公共建筑内开设有排风口，排风口处设置有主风管，主风管通过支管与末端散流器相连，树莓派控制各区域散流器的风阀，通过风阀控制风量，使其智能工作在按需通风模式与防疫通风模式之间；

所述摄像头用来获取室内的实时画面；温湿度传感器用来监测室内的温度和湿度；智能化控制系统用来自动控制各区域风阀的开关及散流器风量调节。

进一步地，所述的摄像头安装在建筑物顶端，以斜向下45°的角度放置，摄像头捕捉到监测区域的完整画面。

进一步地，所述的温湿度传感器安装在人员活动区，温湿度传感器可监测室内的温度和湿度。

进一步地，所述的树莓派安装在风阀附近，与风阀进行有线或者无线通信，树莓派控制风阀的开关及风量调节。

基于人员实时检测的防疫节能智能通风控制方法，使用上述控制系统，包括如下步骤：

步骤1、在室内顶端安装摄像头，或者调用原有的数据；

步骤2、在人员活动区或接近区域安装温湿度传感器；

步骤3、在风阀附近安装树莓派，通过有线与风阀通信；

步骤4、将温湿度传感器，摄像头，树莓派，通过局域网整合在一起，形成一套智能化控制系统；

步骤5、树莓派调用摄像头捕获到的实时画面，经YOLO(You Only Look Once)图像处理算法处理，输出各个散流器对应区域的人员密度(人员数量除以区域面积)数据；

步骤6、当人员密度超过设定的阈值，则启动防疫通风模式，否则采取按需通风模式。

进一步地，所述防疫通风模式的通风量基于Wells-Riley模型确定，通过设定一个感染概率的目标值，通过模型计算出给定人员情况下的通风量。

进一步地，所述感染概率采用加入社交距离和通风有效性后修正的Wells-Riley模型：

其中IP代表感染概率，P

P

B代表初始的感染概率，q表示一个感染者产生的量子产生率(量子个数/s)，p表示易感个体的肺通气率(m3/s)，t是暴露时间(s)，E

本发明的有益效果：

1、本发明通过在人员活动区(或接近区域)安装温湿度传感器，能够实时监测室内温度、湿度环境参数，为智能化控制系统提供调控依据；

2、本发明使用树莓派，树莓派单片机的应用成本低、集成度高、扩展性强、设置方便、可应用范围广。通过树莓派控制通风系统末端处的电动风阀来给定送风量，比重新安装一个智能的通风系统更节省成本。

3、本发明根据树莓派输出控制信号，风扇在按需通风模式和防疫模式这两种模式之间实现智能切换；在满足正常通风与降低感染风险的同时，降低系统能耗；人员所需的新风量依据规范《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2016)做初始设定；将人员彼此间的安全社交距离设定为2米(可设定其他合理的距离)，以此来推算区域人员密度的合理取值；依据该区域人员密度取值作为阈值(如图2中子区人员密度阈值θ)来判断智能通风模式所需进入运转的通风模式；当人员密度低于设定的阈值(可根据实际场景进行估算)则启动按需通风模式，如高于阈值则进入防疫模式。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明提供的系统示意图；

图2为本发明系统的处理流程图；

图3为本发明的系统控制原理示意图。

图中标号代表：1-摄像头，2-温湿度传感器，3-树莓派，4-风阀，5-散流器，6-排风口，7-主风管，8-风阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

基于人员实时检测的防疫节能智能通风控制系统，包括智能化控制系统，其特征在于，所述智能化控制系统的底部设置有散流器5，智能化控制系统包括摄像头1、温湿度传感器2、树莓派3和末端风阀4、8，在公共建筑内开设有排风口6。主风管7通过支管与末端散流器5相连，通过树莓派3控制各区域散流器5的风阀4，通过风阀4控制风量末端散流器通风量，使其智能工作在按需通风模式与防疫通风模式之间(如图3所示)；

如图1所示，摄像头1用来获取室内的实时画面；温湿度传感器2用来监测室内的温度和湿度；树莓派3用来自动控制各区域风阀4的开度并调节散流器5风量。

的摄像头1安装在建筑物顶端，以斜向下45°的角度放置，摄像头1捕捉到监测区域的完整画面。

的温湿度传感器2安装在人员活动区，温湿度传感器2可监测室内的温度和湿度。

的树莓派3安装在风阀8附近，与风阀4、8进行有线或者无线通信如蓝牙通信，树莓派3控制风阀4、8的开度及风量调节。

基于人员实时检测的防疫节能智能通风控制方法，使用上述控制系统，如图2所示，包括如下步骤：

步骤1、在室内顶端安装摄像头1，或者调用原有摄像头1的数据。

步骤2、在人员活动区(或接近区域)安装温湿度传感器2。

步骤3、在风阀附近安装树莓派3，通过有线与风阀4、8通信。

步骤4、将传感器2，摄像头1，树莓派3，通过局域网整合在一起，形成一套智能化控制系统。

步骤5、树莓派3调用摄像头1捕获到的实时画面，经YOLO(You Only Look Once)图像处理算法处理，输出各个散流器5对应区域的人员密度数据。

步骤6、当人员密度超过设定的阈值，则启动防疫通风模式；否则采取按需通风模式。

表1新风量与人员密度关系表(GB50736-2016)(以候车大厅为例)

其中，按需通风模式的通风量按表1确定。防疫通风模式的通风量基于Wells-Riley模型确定，通过设定一个感染概率的目标值，通过模型计算出给定人员的通风量。

感染概率采用加入社交距离和通风有效性后修正的Wells-Riley模型：

其中IP代表感染概率，P

P

B代表初始的感染概率，q表示一个感染者产生的量子产生率(量子个数/s)，p表示易感个体的肺通气率(m3/s)，t是暴露时间(s)，E

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。