基于智能物联网的阳光房智能遮阳方法与流程

1.本发明涉及阳光房智能遮阳技术领域，具体涉及一种基于智能物联网的阳光房智能遮阳方法。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高，人们对住房居住的要求越来越高，继而就出现了大量的阳光房。阳光房是采用玻璃与金属框架搭建的全明非传统建筑，可根据场所使用需求以及个人爱好进行设计和建造，室内布置可以根据个人喜好进行装饰。
3.阳光房可以使人们达到享受阳光、亲近自然的目的，但是，在夏季时，阳光房内的光照强度太大，人们在阳光房内的舒适度较低，需要采用百叶窗等遮阳设备进行阳光房的遮阳。如何实现对百叶窗的优化控制以提高人们在阳光房内的舒适度是目前阳光房所面临的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种基于智能物联网的阳光房智能遮阳方法的技术方案，包括以下步骤：
5.利用人体红外感应器判断阳光房内是否有人存在，若阳光房内有人存在，则获取阳光房内的光照强度和图像；所述阳光房的侧面设置有智能百叶窗，所述智能百叶窗包括上部百叶窗和下部百叶窗；
6.根据阳光房内的光照强度调节上部百叶窗的叶片角度；
7.根据所述图像判断目标区域是否有人存在，若目标区域有人存在，则获取目标区域的眩光指数，根据眩光指数调节下部百叶窗的叶片角度；所述目标区域为阳光房内的工作区域或学习区域。
8.上述方法的有益效果是：本发明在阳光房内有人时，获取了阳光房内的光照强度和图像，根据光照强度和图像实现对智能百叶窗的分段控制：根据光照强度实现对上部百叶窗的控制，以通过上部百叶窗实现对阳光房内亮度的优化控制；根据图像判断目标区域是否有人，若有人，则根据目标区域的眩光指数实现对下部百叶窗的控制，以通过下部百叶窗避免眩光对目标区域内的人造成影响，提高人在阳光房内学习或工作的舒适度。
9.进一步地，若阳光房内没有人存在，则根据当前季节控制智能百叶窗的叶片角度：
10.若当前季节为夏季，则控制智能百叶窗的叶片角度均为第一角度；
11.若当前季节为春季或秋季，则控制智能百叶窗的叶片角度均为第二角度；
12.若当前季节为冬季，则控制智能百叶窗的叶片角度均为第三角度；
13.其中，第一角度《第二角度《第三角度，智能百叶窗的叶片角度与阳光房的采光率成正相关关系。
14.进一步地，若目标区域没有人存在，则根据当前季节控制下部百叶窗的叶片角度：
15.若当前季节为夏季，则控制下部百叶窗的叶片角度为第一角度；
16.若当前季节为春季或秋季，则控制下部百叶窗的叶片角度为第二角度；
17.若当前季节为冬季，则控制下部百叶窗的叶片角度为第三角度；
18.其中，第一角度《第二角度《第三角度，下部百叶窗的叶片角度与阳光房的采光率成正相关关系。
19.进一步地，所述阳光房内的光照强度与上部百叶窗的叶片角度成负相关关系，所述上部百叶窗的叶片角度与阳光房的采光率成正相关关系。
20.进一步地，所述目标区域的眩光指数与下部百叶窗的叶片角度成负相关关系，所述下部百叶窗的叶片角度与阳光房的采光率成正相关关系。
21.进一步地，所述根据所述图像判断目标区域是否有人存在的方法包括：
22.识别图像中的人体包围框和目标区域；
23.计算人体包围框和目标区域的重合面积；
24.判断所述重合面积是否大于设定面积阈值，若大于，则判断目标区域有人存在；若不大于，则判断目标区域没有人存在。
25.进一步地，所述智能百叶窗还包括中部百叶窗，所述方法还包括根据所述上部百叶窗的叶片角度和所述下部百叶窗的叶片角度调节中部百叶窗的叶片角度的步骤；
26.所述根据所述上部百叶窗的叶片角度和所述下部百叶窗的叶片角度调节中部百叶窗的叶片角度的方法包括：
27.将所述上部百叶窗的叶片角度、初始中部百叶窗的叶片角度和所述下部百叶窗的叶片角度作为训练好的第一网络的输入，训练好的第一网络的输出为预测上部百叶窗的叶片角度、预测中部百叶窗的叶片角度和预测下部百叶窗的叶片角度；
28.将中部百叶窗的叶片角度调节为预测中部百叶窗的叶片角度；
29.第一网络的训练过程包括：构建第二网络用于对第一网络的参数更新过程进行监督，第二网络的输入为预测上部百叶窗的叶片角度、预测中部百叶窗的叶片角度和预测下部百叶窗的叶片角度，第二网络的输出为预测阳光房内温度和预测阳光房内光照强度；利用如下损失函数同时对第一网络和第二网络进行训练：
30.loss＝ln[(w1*t
′
+w2*e
′
)+1]+q(|θ
上-θ
′
上
|+|θ
下-θ
′
下
|)
[0031]
t
′
＝|t-t0|
[0032]e′
＝|e-e0|
[0033]
其中，t为预测阳光房内温度、t0为期望阳光房内温度，t
′
为温度差值，e为预测阳光房内光照强度，e0为期望阳光房内光照强度，e
′
为光照强度差值，w1为温度权重，w2为光照强度权重，q为大于阈值的常数，θ
上
为所述上部百叶窗的叶片角度，θ
′
上
为预测上部百叶窗的叶片角度，θ
下
为所述下部百叶窗的叶片角度，θ
′
下
为预测下部百叶窗的叶片角度，loss为损失值。
附图说明
[0034]
图1是本发明的基于智能物联网的阳光房智能遮阳方法流程图；
[0035]
图2是本发明的百叶窗示意图。
具体实施方式
[0036]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更清楚，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介绍。
[0037]
为了提高人们在阳光房内的舒适度，如图1所示，本实施例的基于智能物联网的阳光房智能遮阳方法包括以下步骤：
[0038]
(1)利用人体红外感应器判断阳光房内是否有人存在，若阳光房内有人存在，则获取阳光房内的光照强度和图像；
[0039]
为了实现对阳光房的遮阳，阳光房的侧面设置有智能百叶窗；为了实现对智能百叶窗的优化控制，本实施例的智能百叶窗采用分段控制思想，具体的，如图2所示，本实施例的智能百叶窗包括上部百叶窗、中部百叶窗和下部百叶窗三部分，其中，上部百叶窗的位置相对较高，从上部百叶窗进入的光线较强，本实施例主要通过调节上部百叶窗的叶片角度来改善阳光房内的亮度；下部百叶窗的位置相对较低，从下部百叶窗进入的光线对阳光房内工作区域或学习区域的影响较大，本实施例主要通过调节下部百叶窗的叶片角度来调节工作区域或学习区域的舒适度。
[0040]
中部百叶窗位于上部百叶窗和下部百叶窗之间，本实施例主要通过调节中部百叶窗的叶片角度来降低阳光房内的能耗，但为了实现阳光房内的人只通过调节中部百叶窗就能获取较好视野的目的，本实施例设置中部百叶窗与人的身高对应，比如设置中部百叶窗对应的高度为1.2-2m，相应的设置上部百叶窗对应的高度为2m-智能百叶窗总高度(比如3m)，相应的设置上部百叶窗对应的高度为0-1.2m。作为其它实施方式，可以根据实际需求对百叶窗上中下部分进行划分。
[0041]
本实施例的智能百叶窗为水平百叶遮阳板，每个百叶的最大调节角度为90
°
，将每个百叶对应于采光率为0时的叶片角度定义为0
°
，将每个百叶对应于采光率最大时的叶片角度定义为90
°
；随着叶片角度的增大，阳光房的采光率逐渐变大，也即叶片角度与阳光房的采光率成正相关关系。
[0042]
本实施例对智能百叶窗的控制与阳光房内是否有人密切相关，为此，本实施例在阳光房内布置了人体红外感应器，以利用人体红外感应器来判断阳光房内是否有人。当阳光房内没有人时，就无需考虑阳光房内的亮度，本实施例为了将阳光房内温度维持在一个较为舒适的温度，主要根据当前季节对智能百叶窗进行调节，采用的调节策略为：
[0043]
若当前季节为夏季，则控制智能百叶窗的叶片角度均为0
°
，即控制智能百叶窗均为完全关闭状态，以避免出现由于外部阳光透过百叶窗进入阳光房导致阳光房内温度变高的情况；
[0044]
若当前季节为春季或秋季，则控制智能百叶窗的叶片角度均为45
°
或者控制部分百叶窗开启，以控制部分阳光进入阳光房，维持阳光房内温度为人体适宜温度；作为其它实施方式，根据实际需求将智能百叶窗的叶片角度设置为大于0
°
且小于90
°
的其它角度；
[0045]
若当前季节为冬季，则控制智能百叶窗的叶片角度均为90
°
，即控制智能百叶窗为完全打开状态，以通过使阳光大量进入阳光房的方式提高阳光房内的温度。
[0046]
当阳光房内有人时，本实施例的构思是结合阳光房内的光照强度和图像信息来实现对智能百叶窗的优化控制，进而提高人体的舒适度感受。为了获得阳光房内的光照强度，本实施例在阳光房内四周各布置了1个光照传感器，也即在阳光房内共布置了4个光照传感
器，通过光照传感器可以获得阳光房内的光照强度；本实施例通过求这四个光照传感器采集的光照强度的均值的方法来获得阳光房内的光照强度。作为其它实施方式，也可以在阳光房内的中心位置布置1个光照传感器，并直接将该光照传感器采集的光照强度值作为阳光房内的光照强度。为了获得阳光房内的图像，本实施例在阳光房上方安装一个相机，通过该相机即可采集阳光房内的图像。
[0047]
(2)根据阳光房内的光照强度调节上部百叶窗的叶片角度；
[0048]
当阳光房内有人时，本实施例主要通过调节上部百叶窗的叶片角度来改善阳光房内的亮度：阳光房内的光照强度越强，将上部百叶窗的叶片角度调成越小的角度，以减小阳光进入阳光房内的幅度。具体的，本实施例基于数学建模的方式拟合得到了上部百叶窗调节模型，通过构建的上部百叶窗调节模型和阳光房内的光照强度调节上部百叶窗叶片的角度信息，上部百叶窗调节模型为：
[0049][0050]
θ
上
为上部百叶的叶片角度，为阳光房内的光照强度，k1为拟合得到的参数。
[0051]
(3)根据所述图像判断目标区域是否有人存在，若目标区域有人存在，则获取目标区域的眩光指数，根据眩光指数调节下部百叶窗的叶片角度；
[0052]
本实施例的目标区域即指阳光房内的工作区域或学习区域，为了提高人在阳光房内工作或学习的舒适度，本实施例根据阳光房内的图像判断目标区域是否有人，当目标区域有人时，即判定阳光房内有人在工作或学习，由于目标区域的眩光指数会对人工作或学习的舒适度造成影响，而且眩光主要通过下部百叶窗直射到工作台或学习台，因此还需要进一步结合眩光检测仪检测得到的目标区域的眩光指数对下部百叶窗的叶片角度进行调节；当目标区域没有人时，即判定阳光房内没有人在工作或学习，无需再根据目标区域的眩光指数对下部百叶窗的叶片角度进行调节。
[0053]
具体的，本实施例检测目标区域是否有人存在的方法为：
[0054]
识别图像中的人体包围框和目标区域；
[0055]
计算人体包围框和目标区域的重合面积；
[0056]
判断所述重合面积是否大于设定面积阈值，若大于，则判断目标区域有人存在，也即有人在目标区域工作或学习；若不大于，则判断目标区域没有人存在。本实施例中设定面积阈值为经验值，是根据之前人在工作台或学习台处工作或学习时的重合面积得到的。
[0057]
若识别出图像中存在多个人体包围框时，则计算每个人体包围框与目标区域的重合面积，并分别判断每个人对应的重合面积是否大于设定面积阈值即可，只要有一个人对应的重合面积大于设定面积阈值，则视为有人在目标区域工作或学习。本实施例利用目标检测网络来识别人体包围框，利用语义分割网络识别图像中的目标区域，识别方法为现有技术，此处不再赘述。
[0058]
若目标区域没有人存在，则根据当前季节控制下部百叶窗的叶片角度：
[0059]
若当前季节为夏季，则控制下部百叶窗的叶片角度均为0
°
，即控制下部百叶窗为完全关闭状态，以避免出现由于外部阳光透过下部百叶窗进入阳光房导致阳光房内温度变高的情况；
[0060]
若当前季节为春季或秋季，则控制下部百叶窗的叶片角度为45
°
，以控制部分阳光
透过下部百叶窗进入阳光房，维持阳光房内温度为人体适宜温度；作为其它实施方式，根据实际需求将下部百叶窗的叶片角度设置为大于0
°
且小于90
°
的其它角度。
[0061]
若当前季节为冬季，则控制下部百叶窗的叶片角度均为第90
°
，即控制下部能百叶窗为完全打开状态，以通过使阳光大量进入阳光房的方式提高阳光房内的温度。
[0062]
若目标区域有人存在，本实施例主要通过调节下部百叶窗的叶片角度来避免眩光直射工作台或学习台的情况：目标区域的眩光指数越强，将下部百叶窗的叶片角度调成越小的角度，以减小眩光透过下部百叶窗直射工作台或学习台的幅度，减少眩光对人工作或学习的影响。具体的，本实施例基于数学建模的方式拟合得到了下部百叶窗调节模型，通过构建的下部百叶窗调节模型和目标区域的眩光指数调节下部百叶窗的叶片的角度信息，下部百叶窗调节模型为：
[0063][0064]
其中，θ
下
为下部百叶的叶片角度，z为目标区域的眩光指数，k2为拟合得到的参数。
[0065]
(4)根据所述上部百叶窗的叶片角度和所述下部百叶窗的叶片角度调节中部百叶窗的叶片角度。
[0066]
按照上述步骤已经可以实现对上部百叶窗和下部百叶窗的调节，本实施例考虑到阳光房内空调设备和照明设备是阳光房能耗中占比最大的部分，为了减小阳光房的能耗，本实施例还根据上述上部百叶窗的叶片角度和下部百叶窗的叶片角度调节了中部百叶窗的叶片角度，具体方法为：
[0067]
采用编码器-解码器结构构建第一网络，将所述上部百叶窗的叶片角度、初始中部百叶窗的叶片角度和所述下部百叶窗的叶片角度作为训练好的第一网络的输入，训练好的第一网络的输出为预测上部百叶窗的叶片角度、预测中部百叶窗的叶片角度和预测下部百叶窗的叶片角度；将中部百叶窗的叶片角度调节为预测中部百叶窗的叶片角度。
[0068]
本实施例第一网络的训练过程包括：采用编码器-全连接层结构构建第二网络，第二网络用于对第一网络的参数更新过程进行监督，第二网络的输入为预测上部百叶窗的叶片角度、预测中部百叶窗的叶片角度和预测下部百叶窗的叶片角度，第二网络的输出为预测阳光房内温度和预测阳光房内光照强度；利用如下损失函数同时对第一网络和第二网络进行训练：
[0069]
loss＝ln[(w1*t
′
+w2*e
′
)+1]+q(|θ
上-θ
′
上
|+|θ
下-θ
′
下
|)
[0070]
t
′
＝|t-t0|
[0071]e′
＝|e-e0|
[0072]
其中，t为预测阳光房内温度、t0为期望阳光房内温度，t
′
为温度差值，e为预测阳光房内光照强度，e0为期望阳光房内光照强度，e
′
为光照强度差值，w1为温度权重，w2为光照强度权重，q为大于阈值的常数，θ
上
为所述上部百叶窗的叶片角度，θ
′
上
为预测上部百叶窗的叶片角度，θ
下
为所述下部百叶窗的叶片角度，θ
′
下
为预测下部百叶窗的叶片角度，loss为损失值。本实施例中为了保证θ
上
＝θ
′
上
和θ
下
＝θ
′
下
，将q设置为非常大的常数，比如1*106。
[0073]
本实施例将智能百叶窗划分为了上部百叶窗、中部百叶窗和下部百叶窗，其中对上部百叶窗和下部百叶窗进行调节的目的是提高人在阳光房内的舒适度，对中部百叶窗进行调节的目的是节约能源；作为其它实施方式，也可以将智能百叶窗只划分为上部百叶窗
和下部百叶窗，在这种情况下只需根据本实施例调节上部百叶窗和下部百叶窗的方法对上部百叶窗和下部百叶窗进行调节即可。
[0074]
本实施例在阳光房内有人时，获取了阳光房内的光照强度和图像，根据光照强度和图像实现对智能百叶窗的分段控制：根据光照强度实现对上部百叶窗的控制，以通过上部百叶窗实现对阳光房内亮度的优化控制；根据图像判断目标区域是否有人，若有人，则根据目标区域的眩光指数实现对下部百叶窗的控制，以通过下部百叶窗避免眩光对目标区域内的人造成影响，提高人在阳光房内学习或工作的舒适度。
[0075]
需要说明的是，尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。