传感器网络的制作方法

1.本发明涉及一种传感器网络，具体地涉及一种用于评估一个或多个烟囱的维护要求的联网传感器系统。


背景技术：

2.许多建筑物，具体地住宅建筑物，如房屋和公寓都设置有烟囱以用于排出由如壁炉、锅炉、火炉、焚化炉或类似物等源产生的气体和烟雾。通常，烟囱是建筑物内或建筑物侧面上的基本上竖直的建筑结构，其穿过贯穿从排气源到外部世界的烟囱长度的烟道将气体和烟雾排出建筑物。烟囱还提供进气路径以提供用于源内供燃烧的空气。
3.和住宅建筑物一样，商业和工业建筑物上也可以设置烟囱，其中此类烟囱可能会受到更多的“重型”使用。据估计，挪威有近200万个烟囱，北欧地区有超过700万个烟囱，并且整个欧洲有超过2.4亿个烟囱。
4.随着时间的推移，污染物(pollutant)和污染物(contaminant)会在烟囱内部、围绕烟道外围堆积。这种不想要的堆积可能造成火灾危险并且可能妨碍烟囱的正常功能，即抑制或阻止气体适当地穿过烟道。阻止气流还增加了如一氧化碳等有害气体逃逸进入到建筑物中的风险。
5.例如，当木材用作燃烧过程中燃烧的燃料时，杂酚油可能堆积在烟囱的内壁(即烟道周围)，这会减小烟道的横截面积，并由此抑制流动。此外，由于这些杂酚油沉积物是易燃的，因此存在因沉积物着火而引起火灾的风险。
6.因此，重要的是对每个烟囱进行持续的清洁和维护，以防止污染物的堆积。此类维护可能涉及检查烟囱和清洁烟囱内部，有时称为清扫烟囱。通常建议每年对烟囱进行清洁和检查，并且有些国家对烟囱进行强制性的定期检查和清洁。
7.此类检查和清洁可以由私人烟囱清洁工进行，或者可以由公共组织进行。在如挪威等一些国家，检查和清洁烟囱是消防部门的职责，并且因此形成了一项公共服务。
8.然而，申请人已经意识到烟囱的使用变化很大。有些人比其它人更广泛地使用其烟囱，而其它人甚至可能根本不使用烟囱。同样，所燃烧的燃料的数量和类型还将对烟道内材料的堆积和堆积材料的类型产生重大影响。例如，木材可能更容易在烟道壁上留下杂酚油，而天然气可能燃烧得更干净，几乎没有残留物。此外，一些人可能经常燃烧燃料，例如作为家庭取暖的主要方式，而其它人可能主要依赖另一供暖系统，如使用燃气锅炉或电锅炉的中央供暖系统，并且可能只是偶尔使用壁炉，例如用于在其家中营造温暖或舒适的氛围。
9.然而，无论用途如何，随着时间的推移，通常会仅由于烟道暴露于外部环境而产生一些材料堆积，例如随着时间的推移，空气中的颗粒和/或碎片(例如树木的叶子)可能堆积在烟囱中，即使烟囱本身不经常使用。
10.虽然可以使用定期维护计划，例如每年(或以某种其它频率)检查和清洁烟囱，但申请人已经意识到通过仅在必要时计划烟囱维护来更高效地利用资源将是有利的。具体地，一个不经常使用且不易堆积的烟囱可能需要等待更长的时间进行维护，而另一个容易
堆积材料的烟囱可能需要更多的定期维护。


技术实现要素：

11.当从第一方面来看时，本发明提供了一种用于确定烟囱维护计划的传感器网络系统，所述传感器网络包括：
12.传感器单元，所述传感器单元被布置成放置在烟囱中或靠近所述烟囱，其中所述传感器单元包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成测量所述烟囱的参数并且使用所述测得的参数生成与所述烟囱相关联的烟囱健康数据，所述传感器单元进一步包括传输模块，所述传输模块被布置成传输所述烟囱健康数据；以及
13.远程分析单元，所述远程分析单元包括接收模块，所述接收模块被布置成接收所述烟囱健康数据，所述远程分析单元被布置成接收与所述烟囱相关联的烟囱概况数据；
14.其中所述远程分析单元被布置成根据相应烟囱健康数据和烟囱概况数据估计与所述烟囱相关联的烟囱健康水平；
15.其中所述远程分析单元根据所估计的烟囱健康水平确定所述烟囱维护计划。
16.本发明的第一方面延伸到传感器单元，所述传感器单元被布置成放置在烟囱中或靠近所述烟囱，其中所述传感器单元包括：至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成测量所述烟囱的参数并且使用所述测得的参数生成与所述烟囱相关联的烟囱健康数据；以及传输模块，所述传输模块被布置成将所述烟囱健康数据传输到远程分析单元。
17.本发明的第一方面还延伸到一种操作用于确定烟囱维护计划的传感器网络系统的方法，所述传感器网络包括：传感器单元，所述传感器单元包括至少一个传感器和传输模块；以及远程分析单元，所述远程分析单元包括接收模块，所述方法包括：
18.使用所述传感器测量烟囱的参数；
19.使用所述测得的参数生成与所述烟囱相关联的烟囱健康数据；
20.使用所述传输模块传输所述烟囱健康数据；
21.使用所述接收模块接收所述烟囱健康数据；
22.接收与所述烟囱相关联的烟囱概况数据；
23.根据相应烟囱健康数据和烟囱概况数据估计与所述烟囱相关联的烟囱健康水平；以及
24.根据所估计的烟囱健康水平确定所述烟囱维护计划。
25.本发明的第一方面进一步延伸到一种非暂时性计算机可读介质，其包括指令，所述指令在由处理器执行时使所述处理器执行一种操作用于确定烟囱维护计划的传感器网络系统的方法，所述传感器网络包括：传感器单元，所述传感器单元包括至少一个传感器和传输模块；以及远程分析单元，所述远程分析单元包括接收模块，所述方法包括：
26.使用所述传感器测量烟囱的参数；
27.使用所述测得的参数生成与所述烟囱相关联的烟囱健康数据；
28.使用所述传输模块传输所述烟囱健康数据；
29.使用所述接收模块接收所述烟囱健康数据；
30.接收与所述烟囱相关联的烟囱概况数据；
31.根据相应烟囱健康数据和烟囱概况数据估计与所述烟囱相关联的烟囱健康水平；
以及
32.根据所估计的烟囱健康水平确定所述烟囱维护计划。
33.因此，应当理解，本发明的实施例提供了一种系统，在所述系统中，定位于烟囱中或靠近烟囱的传感器将与烟囱的测得的参数有关的数据发送到远程分析单元。远程分析单元获取从传感器单元接收的数据和烟囱概况并确定烟囱的健康状况，即烟囱的操作状态，以便确定是否需要维护和/或何时应计划维护。烟囱概况数据对应于先验已知的关于烟囱的信息，即其是预先存在的数据而不是来自传感器的动态数据，其实例将在下文进一步详细描述。来自传感器单元的动态数据和预先存在的概况数据两者都被馈送到远程分析单元，所述远程分析单元可以使用合适的模型来确定是否需要维护烟囱以及何时需要维护所述烟囱。
34.例如，远程分析单元可以根据烟囱健康数据和烟囱概况数据确定烟囱的污染物超过可接受水平并且需要紧急维护。相反，远程分析单元可以确定烟囱当前相对清洁并且在一段时间内将不需要清洁，使得可以设置烟囱维护计划，举例来说，使得不在六个月内计划维护。
35.传感器单元可以包含一种或多种不同类型的传感器，每个传感器测量与烟囱有关的参数。在一些实施例中，传感器单元包括温度传感器，所述温度传感器被布置成测量烟囱的温度。温度传感器可以测量烟囱的瞬时温度。
36.因此，在一些实施例中，烟囱的参数可以包括烟囱的温度。此温度可以是烟囱的烟道中某一时刻的气体和/或烟雾的温度。另外地或可替代地，温度传感器可以测量烟囱本身的组件的温度，例如，烟囱的烟道的温度和/或烟囱的外壁的温度。
37.另外地或可替代地，在一些实施例中，参数可以包括点火频率。本领域技术人员将理解，术语“点火频率”意指与烟囱连接的源(例如，火炉、壁炉等)被点火的频率。温度传感器可以根据温度升高(即由于在烟囱下方点燃了火)的时间来确定这一点。与点火频率较低的烟囱相比，点火频率较高的烟囱的烟道壁上的沉积物可能会增加。
38.在一些可能重叠的实施例中，参数可以包括点火强度。本领域技术人员将理解，术语“点火强度”意指当源被点燃时有多热。温度传感器可以根据温度升高(即由于在所述烟囱下方点燃了火)时的温度幅度来确定这一点。申请人已经意识到，例如，污染物在烟道壁上的堆积可能与点火强度相关。
39.在另外的可能重叠的实施例中，参数可以包括一定时间段内的温度曲线。温度曲线提供了当火在烟囱下方被点燃时温度变化率的指示，并且可以指示当前烟道内污染物的堆积。
40.因此，温度曲线可以提供温度随时间变化的“轨迹”的指示，并且在一些实施例中，温度曲线可以包括所述时间段期间的多个温度测量点。曲线的“形状”可以指示烟囱的当前状况，即当温度被绘制为时间的函数时，曲线的形状。
41.温度曲线可以另外地或可替代地包括温度的时间导数，以便提供温度变化率的量度，即时间-温度梯度的“陡度”的量度。可以采用温度的多个时间导数。温度的一个或多个二阶时间导数可以另外地或可替代地用于确定烟道中的温度的“加速度”(即，变化率本身变化的速率)。当然，可以采用更高阶的时间导数。此类时间导数可以作为温度曲线本身的一部分被包含在内，或者温度曲线可以仅包含温度测量结果(即，在不同时间点测得的温
度)，其中时间导数是例如由远程分析单元例如在估计烟囱健康水平时单独确定的。
42.类似地，温度曲线可以另外地或可替代地包括温度的时间积分，即温度图的作为时间的函数的“曲线下面积”。可替代地，时间积分可以由远程分析单元例如在估计烟囱健康水平时确定。
43.在一些实施例中，传感器单元包括超声传感器，所述超声传感器被布置成确定污染物何时存在于烟囱内和/或测量烟囱内的污染物的厚度。通过发射超声信号并接收这些信号的反射，超声换能器可以确定是否存在污染物和/或存在多少污染物。例如，通过将接收到的信号的振幅与阈值进行比较，传感器单元可以根据反射量(并因此衰减)确定反射超声信号的材料类型。此外，接收到的超声信号的振幅和/或往返飞行时间(tof)可以指示烟囱内的污染物的厚度。例如，超声传感器可以接收两个经反射的脉冲，一个脉冲由污染物层反射，并且另一个脉冲由烟道壁反射，其中接收到的反射之间的时间差与污染物层的厚度成比例。另外地或可替代地，超声传感器可以被布置成测量烟囱内的流量和/或温度。
44.传感器单元可以放置于任何方便的位置中，以允许正确测量用于确定维护计划的参数。然而，在一些实施例中，传感器单元被布置成安装在烟囱的顶部处。在一些可能重叠的实施例中，传感器单元被布置成至少部分地安装在烟囱的烟道内。
45.在一些实施例中，传感器单元由电池供电。为传感器单元提供电池可以有利地为传感器单元提供不需要连接到市电电源的方便电源，由此避免从市电电源向烟囱提供电线的任何需要。
46.在一些可能重叠的实施例中，传感器单元连接到太阳能电池板。太阳能电池板可以方便地定位在房屋的屋顶上，并且因此非常适合为传感器单元供电。此类太阳能电池板可以直接为传感器单元供电，然而，其可以另外地或可替代地用于为传感器单元供电的电池充电。
47.另外地或可替代地，传感器单元可以连接到压电电池、热电池、伏打电池和/或射频(rf)整流器。本领域技术人员将理解，rf整流器是“收集”存在于装置周围环境中的rf信号的功率(即，来自电磁能)的装置。
48.将容易理解，分析单元是“远程的”，即其是传感器单元的独立硬件装置。分析单元有利地去除了传感器单元本身进行任何确定的需要，并且还可以为传感器网络中的多个传感器单元提供集中分析功能。因此，在一些实施例中，传感器网络包括多个传感器单元，每个传感器单元被布置成放置在相应烟囱中或靠近所述烟囱，其中每个传感器单元包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成测量相应烟囱的参数并且使用所述测得的参数生成与所述烟囱相关联的相应烟囱健康数据，其中每个传感器单元进一步包括相应传输模块，所述相应传输模块被布置成将所述烟囱健康数据传输到远程分析单元。
49.在一些此类实施例中，远程分析单元被布置成从每个传感器单元接收烟囱健康数据并接收与相应烟囱相关联的烟囱概况数据，其中远程分析单元被布置成根据相应烟囱健康数据和烟囱概况数据估计与相应烟囱相关联的烟囱健康水平，其中远程分析单元根据所估计的烟囱健康水平确定所述烟囱维护计划。因此，远程分析单元可以接收与多个不同数量的烟囱相对应的烟囱健康数据，并为每个烟囱确定合适的维护计划。每个远程分析单元可以服务于广泛的地理区域，例如，许多房屋、公寓楼、社区、村庄、城镇、城市等。传感器网络可以另外地或可替代地包括多个远程分析单元，使得每个远程分析单元与一个或多个传
感器单元通信。
50.虽然多个烟囱可以定位于单个建筑物上，但在一组特定的实施例中，所述多个传感器单元包含两个或更多个传感器单元，每个传感器单元被布置成放置在不同建筑物上的相应烟囱中或靠近所述烟囱。因此，在一些实施例中，传感器网络系统包括：
51.第一传感器单元，所述第一传感器单元被布置成放置在第一建筑物上的第一烟囱中或靠近所述第一烟囱；
52.第二传感器单元，所述第二传感器单元被布置成放置在第二建筑物上的第二烟囱中或靠近所述第二烟囱；
53.其中所述第一传感器单元和所述第二传感器单元中的每个传感器单元分别包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成测量所述相应烟囱的参数并且使用所述测得的参数生成与所述相应烟囱相关联的烟囱健康数据，每个传感器单元进一步包括传输模块，所述传输模块被布置成传输所述烟囱健康数据。如下文所概述的，分布式无线通信网络的使用在跨多个建筑物提供多个传感器单元的布置中特别有利。
54.在一组此类实施例中，传感器网络系统包括一个或多个另外的传感器单元，每个传感器单元被布置成放置在相应另外的建筑物上的相应烟囱中或靠近所述烟囱，其中所述另外的传感器单元包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成测量相应烟囱的参数并且使用所述测得的参数生成与所述相应烟囱相关联的烟囱健康数据，每个另外的传感器单元进一步包括传输模块，所述传输模块被布置成传输所述烟囱健康数据。
55.在一些实施例中，传输模块和接收模块是无线通信模块。在传感器单元与远程分析单元之间使用无线通信有利地意味着这些单元之间的数据交换不需要接线。在一些实施例中，远程分析单元是基于云的。应当理解，基于云意味着远程分析单元由按需计算的资源提供在例如合适的数据中心中，使得远程分析单元包括服务器。
56.存在适于提供传感器单元与远程分析单元之间的数据交换的许多无线通信技术。在一些实施例中，无线通信传输和接收模块被布置成通过蜂窝网络通信。蜂窝网络是移动网络，是地理上分布在多个“小区”上的通信网络，每个小区设置有至少一个蜂窝网络收发器，通过所述收发器与传感器单元和/或远程分析单元交换数据。在一些实施例中，蜂窝网络包括蜂窝物联网(iot)网络，其非限制性实例可以由3gpp标准化机构指定。
57.在一组可能重叠的实施例中，无线通信传输和接收模块被布置成通过通信链路通信。本领域技术人员将理解是本领域本身已知的蜂窝状无线通信技术。
58.在一些可能重叠的实施例中，无线通信传输和接收模块被布置成通过通信链路通信。是一种无线通信标准，其利用相对较短的波长、超高频(uhf)无线电波来交换数据，并且通常在约2.4ghz的频率下操作。除了“经典的”之外，如本文所使用的术语“通信链路”应理解为包含标准的其它变体，包含但不限于低功耗
59.在一些可能重叠的实施例中，无线通信传输和接收模块被布置成通过wi-fi
tm
网络通信。将理解，“wi-fi
tm”是基于ieee 802.11标准族的无线通信标准族。传感器单元可以例如配备有wi-fi模块，所述模块允许其连接到附近的wi-fi网络，例如烟囱所属的建筑物内的家庭无线网络。
60.通信网络(例如，上述类型，包含但不限于无线通信网络)可以具有任何合适的拓
扑结构，例如星形或树形网络。然而，在一些实施例中，传感器网络包括网状网络。将理解，“网状”网络是一种拓扑结构，在所述拓扑结构中，网络节点(通常直接)连接到网络中尽可能多的其它节点，并其之间路由数据，通常是为了尽可能高效地路由数据。因此，在传感器网络包括多个传感器单元的实施例中，传感器单元可以被布置成在其之间提供“对等”通信以通过网状网络将烟囱健康数据路由到远程分析单元。
61.将理解，在一组特定实施例中，通信网络包括无线通信网络，所述无线通信网络允许例如使用“低功率广域网”(lpwan)的“远程”通信。这与如和wi-fi
tm
等“短程”通信技术不同。在一些情况下，lpwan技术可能优于“传统”蜂窝通信技术(例如，2g、3g、4g)，因为lpwan技术通常使用较低的功耗，当传感器单元安装在烟囱中或靠近烟囱时，这是有利的，其中“无限”电力供电可能是困难的，并且其中传感器单元转而依赖电池和/或间歇性电源(例如，太阳能)。
62.因此，在一些实施例中，无线通信网络包括建筑物到建筑物的网络。这明显不同于使用局域网(lan)在如特定建筑物内等小区域上进行通信交换的布置。当然，所需的实际范围将取决于相关建筑物之间的距离，然而，在一些实施例中，无线通信网络的通信范围可以为至少100m、任选地至少500m、进一步任选地至少1km、又进一步任选地至少2km、仍进一步任选地至少5km。
63.在传感器单元跨较宽的区域分布的情况下，例如在传感器单元安置在定位于完全不同的建筑物上的烟囱中或靠近所述烟囱的情况下，使用远程通信网络特别有益，从而使传感器单元的分布式网络遍布较宽的区域(例如，遍布城镇或城市)。
64.特别适于用于传感器单元和/或远程分析单元之间的通信的lpwan技术实例包含：长期演进(lte)窄带物联网(nb-iot)；和sigfox。例如，用lpwan技术可实现几公里的距离。例如，nb-iot的大致范围介于1km(城市)与10km(农村)之间，的大致范围介于5km(城市)与20km(农村)之间，并且sigfox的大致范围介于10km(城市)与40km(农村)之间。
65.当然应当理解，此合适技术的列表并非详尽的，并且可以容易地使用允许建筑物到建筑物通信的其它合适技术，并且属于本发明的范围。另外，此处提供的范围不一定旨在限制本发明的范围，而是提供关于使用此类传感器网络系统可以覆盖的地理范围的上下文。
66.如上文所概述的，远程分析单元接收与烟囱相关联的烟囱概况数据。此烟囱概况数据对应于先验已知的关于烟囱的信息，即其是预先存在的数据而不是动态数据。
67.烟囱概况数据可以包含关于何种类型的源连接到烟囱的信息，例如，烟囱是否用于壁炉、火炉、锅炉、焚化炉等。实际上，单个烟囱可以用于多种用途，其中这些中的每一个都可以表示在烟囱概况数据中(例如，概况数据可以指示给定烟囱用于两个壁炉和一个火炉)。源信息可以包含与源有关的型号、年龄、大小、服务历史等。
68.在一些可能重叠的实施例中，烟囱概况数据包括与烟囱相关联的燃料信息。这可以指示连接到烟囱的源燃烧何种类型的燃料，例如是否正在燃烧木材、煤、天然气或油。此信息可以指示烟道内堆积的污染物类型、与正在燃烧的给定类型燃料的污染物水平相关联的火灾风险以及污染物堆积的预期变化率。
69.在一些另外的可能重叠的实施例中，烟囱概况数据包括烟囱的清扫历史。通过考
虑先前对烟囱进行的清扫活动，可以对烟囱的清洁和维护需求进行更明智的分析。例如，如果尽管最近对烟囱进行了清扫，但仍有大量污染物的沉积物，这可能表明特定烟囱的污染物堆积速度快于平均速率，并且因此可能需要更频繁的清洁。
70.烟囱维护计划可以包括对烟囱应何时进行下一次维护的估计，并且可以是最后期限或时间窗口。此信息可以中继到烟囱的所有者、建筑物经理或负责维护烟囱的机构，例如私人公司或如消防部门等公共机构。
71.除了提供维护计划之外，至少在一些实施例中，传感器网络可以在所估计的烟囱健康水平与目标烟囱健康水平之间的差值超过阈值时生成警报。例如，如果确定烟道内的污染物堆积超过认为的安全范围(例如，存在显著火灾风险)，则可以发出警报，从而指示需要紧急维护。此警报可以由远程分析单元或单独的硬件单元，例如紧急警报单元发出。
72.在一些实施例中，传感器网络系统被布置成当烟囱的参数超过阈值时生成紧急警报信号。例如，在确定温度的情况下，当温度超过指示例如家庭火灾的阈值时，可以生成警报。这种警报可以用于在建筑物内部发出听觉警报(如铃铛、发声器或警报器)，和/或可以用于向如消防队等适当的机构发出警报。
73.在一些实施例中，远程分析单元被布置成根据烟囱健康数据和/或烟囱概况数据估计排放水平。因此，系统可以能够确定烟囱连接到的源的排放曲线。仅通过举例，较旧的烤箱可能比新的烤箱释放更多的颗粒。同样，燃烧团粒的烤箱可能比燃烧木材的烤箱产生更少的排放。如上文所概述的，温度测量结果可以提供关于点火频率和/或点火强度的信息。此信息可以与源(例如，烤箱或另一类型的源)的年龄和/或型号的信息相结合，以预测由源产生的排放物(例如，微粒物质)。
74.在一组特定实施例中，远程分析单元可以被布置成根据与多个传感器单元相关联的烟囱健康数据和/或烟囱概况数据来估计区域空气质量水平。申请人已经认识到，在一组特别有利的实施例中，可以从跨特定地理区域(例如，许多房屋、公寓楼、社区、村庄、城镇、城市、直辖市、县、区、国家等)分布的多个烟囱中获取数据。这种“众包”数据然后可以用于进行关于区域空气质量的估计，既可以估计当前空气质量，也可以预测所述地理区域未来的空气质量变化和趋势。例如，如果烟囱的使用(例如，点火强度和/或频率)在特定区域中增加，则可以确定很快就会对空气质量产生负面影响，这可能表明应主动采取预防或缓解措施。相反，如果许多人似乎正在转用污染较少的燃料或减少其使用，则可能会检测到对空气质量的积极影响。
75.因此，在一些实施例中，传感器网络包括：
76.第一传感器单元，所述第一传感器单元被布置成放置在第一建筑物上的第一烟囱中或靠近所述第一烟囱；
77.第二传感器单元，所述第二传感器单元被布置成放置在第二建筑物上的第二烟囱中或靠近所述第二烟囱；
78.其中所述第一传感器单元和所述第二传感器单元中的每个传感器单元分别包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成测量所述相应烟囱的参数并且使用所述测得的参数生成与所述相应烟囱相关联的烟囱健康数据，每个传感器单元进一步包括传输模块，所述传输模块被布置成传输所述烟囱健康数据；
79.其中远程分析单元被布置成根据从所述传感器单元中的每个传感器单元接收的
烟囱健康数据和/或烟囱概况数据估计区域空气质量水平。
80.在一组此类实施例中，传感器网络包括一个或多个另外的传感器单元，每个传感器单元被布置成放置在相应另外的建筑物上的相应烟囱中或靠近所述烟囱，其中所述另外的传感器单元包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成测量相应烟囱的参数并且使用所述测得的参数生成与所述相应烟囱相关联的烟囱健康数据，每个另外的传感器单元进一步包括传输模块，所述传输模块被布置成传输所述烟囱健康数据，其中远程分析单元被布置成使用从所述另外的传感器单元接收的烟囱健康数据和/或烟囱概况数据估计区域空气质量水平。
81.在一些实施例中，远程分析单元被布置成根据烟囱健康数据和/或烟囱概况数据估计火灾风险等级。因此，系统可以基于来自传感器单元的数据和/或由概况数据提供的先验知识来确定烟囱中发生火灾的风险是什么。此风险等级可以例如是烟囱发生火灾的可能性(或与可能性有关)。此火灾风险等级可以报告给例如机构或具有烟囱的建筑物的所有者/居民。这可以有利地允许采取主动步骤来管理火灾风险。
82.如先前所概述的，火灾风险等级可以基于烟道壁上堆积的污染物量来确定。另外地或可替代地，火灾风险等级可以基于点火强度和/或点火频率。例如，检测到壁炉使用量的增加可能表明火灾风险更大。
83.将理解，远程分析单元可以是单个硬件单元，但也可以是分布式系统，其中所述远程分析单元根据本发明的实施例的各种功能跨多个不同的硬件单元执行。类似地，虽然在一些实施例中，传感器单元的硬件组件可以含在共同的壳体内，但是可以设想传感器单元的一个或多个组件是连接在一起的单独件的硬件的其它实施例，以便提供本文所描述的关于本发明的实施例的功能。
84.如上文所概述的，在一些实施例中，远程分析单元可以根据烟囱健康数据和/或烟囱概况数据估计排放水平和/或区域空气质量水平。在一些可能重叠的实施例中，传感器网络中的传感器单元还可以用于获取关于烟囱周围区域的空气质量的信息。例如，传感器单元可以获取环境数据，如空气质量参数、一种或多种污染物的浓度、空气微粒的浓度(例如，具有特定大小的微粒)。传感器单元可以包括一个或多个合适的传感器，以用于获取相关联的环境数据。然后可以分析环境数据以确定与传感器单元周围区域相关联的空气质量度量。此分析可以例如由远程分析单元执行。
附图说明
85.现在将参考附图描述本发明的某些实施例，在附图中：
86.图1是示出现有技术烟囱布置的横截面的示意图；
87.图2是示出图1的烟囱布置的污染物堆积的另外的示意图；
88.图3是根据本发明的实施例的传感器网络的框图；
89.图4是示出根据本发明的实施例的传感器网络的示意图；
90.图5是示出图4的传感器网络内的烟囱布置的横截面的示意图；并且
91.图6是展示图3和4的远程分析单元的操作的数据流程图。
具体实施方式
92.图1是示出现有技术烟囱布置2的横截面的示意图。可以定位于住宅建筑物的一侧处的烟囱布置2包括壁炉4和烟囱体6，烟道8穿过所述烟囱体竖直上升。
93.如箭头所指示的，烟道8向由壁炉4内的火焰10产生的气体和烟雾提供从壁炉4排出到外部世界的路径。烟道8还提供了用于吸入空气以在壁炉4内燃烧的路径(即，与图1中箭头相反的方向)，然而为了便于说明，未示出空气吸入。
94.在此特定实例中，火焰10是燃烧木材的结果。然而，随着木材燃烧，其在烟道8的内壁上留下杂酚油12的沉积物，如图2中可见。这些沉积物12随着时间的推移而堆积并抑制空气流过烟道8，如比图1中的箭头更细的箭头所指示的。杂酚油沉积物12的这种堆积是危险的，因为沉积物12本身是易燃的，并且因此可能被点燃，其结果可能是灾难性的(即可能发生房屋火灾)。
95.为了避免此类问题，必须定期，例如每年一次清洁烟囱体6的烟道8以去除沉积物12。
96.图3是根据本发明的实施例的传感器网络14的框图。传感器网络14包括传感器单元16和远程分析单元18，其中传感器单元16和远程分析单元18被布置成通过无线通信链路20彼此通信。在此特定实例中，无线通信链路20是蜂窝连接(即，其利用“移动网络”)，但可以另外地或可替代地使用低功耗wi-fi
tm
、一些其它合适的无线通信标准、或根据网络条件(例如，范围、信噪比等)适当使用专有无线通信方案。
97.在此实例中，传感器单元16包括温度传感器22、超声传感器24、处理器26和无线换能器模块28。具体地，无线换能器模块28是蜂窝换能器模块并且适于以本领域本身已知的方式通过蜂窝网络通信。为了传感器单元16向远程分析单元18报告，无线换能器模块28可以具有仅传输功能，然而在此实例中其也具有接收能力。
98.处理器26被布置成将数据缓冲在存储器27中，使得通过无线换能器模块28间歇地传输数据。这可以通过允许传感器单元16仅以特定间隔从低功率模式“唤醒”以传输缓冲数据来节省功率。
99.远程分析单元18包括无线换能器模块30、处理器32和存储器34。类似于传感器单元16中的无线换能器模块28，远程分析单元18中的无线换能器模块30是蜂窝换能器模块，并且虽然无线换能器模块30可以仅具有接收功能，但在此实例中其也具有传输能力。
100.下文进一步详细地描述传感器单元16和远程分析单元18的操作。
101.图4是示出图3的传感器网络14的网络拓扑的示意图，在所述网络拓扑中，多个传感器单元16a-e通过相应无线通信链路20a-e连接到远程分析单元18。在此实施例中，所有无线通信链路20a-e都是蜂窝通信链路，然而可以使用不同类型的无线通信链路，并且设想存在不同无线通信链路的混合的实施例，使得传感器单元16a-e中的一些传感器单元与其它传感器单元使用不同的无线通信标准(和/或专有通信方案)。可替代地，可以使用有线通信链路替代无线通信链路20a-e中的一个或多个。
102.仅通过举例，由远程分析单元18生成的烟囱维护计划36可以提供给外部实体38，如消防部门、地方当局、公共机构、私人烟囱监测机构等。
103.图5是示出图4的传感器网络14内的烟囱布置2的横截面的示意图。烟囱布置2对应于图1和2的烟囱布置，但是根据本发明的实施例，提供了与远程分析单元18通信的传感器
单元16，其中相同的参考数字表示相同的元件。
104.传感器单元16的温度传感器22被布置成测量烟道8内的温度27。通过监测温度27随时间的变化，可以确定壁炉4内的火焰10的点火频率(即，火焰10被点燃的频率)和火焰10的点火强度(即，对应于所述火焰10有多热)。此外，可以确定温度曲线(即，烟道8内的温度如何随时间变化的量度)。
105.超声传感器24被布置成传输超声信号25a，例如超声脉冲，并接收经传输的超声信号的反射25b。超声传感器24可以根据接收到的反射25b确定是否存在沉积物12以及沉积物12的厚度。在沉积物12堆积不均匀的情况下，测得的厚度可以是提供一个特定点处的厚度的量度的“斑点测试”，然而在使用多个超声传感器的情况下，可以进行多次测量，使得可以在需要时确定最大厚度和/或平均厚度。超声传感器24还可以确定烟囱中的流速和/或温度。
106.来自这些传感器22、24中的每个传感器的测得参数由处理器26进行整理，所述处理器将所整理的烟囱健康数据40传递到传感器单元16的无线传输模块28。无线传输模块28将此烟囱健康数据40传输到远程分析单元18，所述远程分析单元通过其无线接收模块30接收烟囱健康数据40。
107.无线接收模块30将烟囱健康数据40传递到远程分析单元18的处理器32。处理器32还从存储器34接收烟囱概况数据42，其中此烟囱概况数据42在图6中示出，所述图是展示图3和4的远程分析单元18的操作的数据流程图。
108.由处理器32接收的数据包含：点火持续时间和强度数据44；温度曲线数据46；壁炉信息数据48(例如，壁炉的型号和年龄)；以及清扫历史数据50。点火持续时间和强度数据44以及温度曲线数据46可以作为烟囱健康数据从传感器单元16接收，而壁炉信息数据48和清扫历史数据50可以作为烟囱概况数据42从存储器27中接收(如由围绕此数据48、50的虚线所展示)。处理器32还可以接收历史温度曲线数据和/或点火强度和持续时间数据(未示出)。
109.处理器例如使用人工智能(ai)算法组合各种数据源。例如，温度曲线数据46上的缓慢斜率可以指示烟囱在烟道壁上具有大量堆积的沉积物(减慢传感器单元附近温度升高的速率)，而更陡峭的斜率可以指示“更清洁的”烟囱。然而，例如，可能存在一些对点火强度和持续时间的依赖性，这可能会影响此斜率。随着时间的推移分析此数据，连同对壁炉的型号和/或年龄的先验知识，以及关于先前清扫活动的信息(例如，最后一次清扫的时间、在先前清扫期间的污染程度等)，可能有助于就烟囱的当前状态和其随时间的变化情况得出结论。然后处理器使用所述结论来生成烟囱维护计划36，如先前所概述的，所述计划由系统输出。
110.因此，本领域技术人员将理解，本发明的实施例提供了一种联网系统，在联网系统中，与烟囱的状况和健康有关的数据被传输到远程分析单元，所述此远程分析单元将数据与关于烟囱的已知的先验信息相组合。此类系统可以通过基于操作需要而不是根据一般(例如固定的)计划来计划维护，从而允许“更智能地”使用资源。尽管已详细描述了特定实施例，但是本领域技术人员将了解，使用本文所示的本发明的原理，许多变化和修改是可能的。