一种开放式轨道交通站台智能辐射供暖系统及其控制方法与流程

本发明属于轨道交通供暖技术领域，具体是一种开放式轨道交通站台智能辐射供暖系统及其控制方法。

背景技术：

开放空间供暖是暖通工程中的棘手问题，由于开放空间与外界环境相连通，对流换热十分强烈，传统的暖气片供暖、风机盘管供暖、地板采暖等供暖方式难以发挥作用，且能耗巨大。

辐射供暖是一种利用红外线辐射进行加热的供暖技术，主要包括电热辐射供暖和燃气辐射供暖。辐射供暖具有以下技术优势：

1、直接加热被辐射到的人员，而非先加热空气再传递给人体，响应更快；

2、照射到人员附近的地面可以起到蓄热作用；

3、在达到同等热舒适性时，辐射采暖的室内空气温度比对流采暖低；

4、空气温升低，向外界热量损失较少。

以上优势特别适用于高大开放式建筑的供暖。

然而，目前辐射采暖技术较多应用于工厂车间、飞机修理库、仓库等，尚未有应用于地铁、轻轨、火车等轨道交通站台的技术或案例。

在目前已有的辐射采暖研究里，同济大学机械与能源工程学院林立春等人于2016年发表了一篇论文《大空间建筑燃气红外辐射采暖系统的设计研究》，对一种燃气辐射采暖装置进行了实验测试，并论述了其在大空间工业建筑中应用的可行性。然而，由于开放式轨道交通站台一般为高架式站台，且较多位于建筑密度较低的地区，增设燃气管网的成本较高、安全性较差，不适合采用燃气辐射供暖。

由于轨道交通站台均设有可靠的低压供电(地铁、轻轨)或中压供电(火车)系统，更适合采用电热辐射采暖装置。哈尔滨工业大学张泓森于2004年发表了硕士学位论文《辐射板采暖热舒适性及能耗分析》，对一种远红外电辐射板采暖的热舒适性及能耗情况等进行了研究。然而，该类电热辐射板朝向固定，加热功率恒定，不适用于轨道交通站台的供暖。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种开放式轨道交通站台智能辐射供暖系统。该系统利用电热辐射板加热站台候车人员，并通过图像识别等技术，智能调整辐射面的朝向和功率，以最大程度提高人员热舒适性及供暖经济性。此外，该系统还具有自动预热功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种开放式轨道交通站台智能辐射供暖系统，其特征在于：包括电热辐射板、控制模块以及空气温度传感器，电热辐射板通过线路连接到控制模块，控制模块连接有空气温度传感器。

而且，所述供暖系统安装在开放式轨道交通站的站台内，开放式轨道交通站台包括开放式地铁、轻轨以及火车站台。

而且，电热辐射板均安装在转动马达的驱动杆上，转动马达通过线路连接控制模块，控制模块控制转动马达调节角度。

而且，所述电热辐射板采用碳化硅远红外加热管。

而且，所述控制模块连接有站台摄像头，站台摄像头安装于站台壁面能够完整监控上车等候区的位置。

而且，所述控制模块连接有入口摄像头，入口摄像头安装于进站通道入口能够完整监控进站人流量的位置。

一种开放式轨道交通站台智能辐射供暖系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴站台摄像头对站台候车区进行实时监控，并将图像数据传输至控制模块；

⑵控制模块依据图像数据，通过图像识别算法计算站台人员所在区域及人员密度，结合空气温度传感器获取的空气温度，判断是否达到启动运行条件；若已达到，控制模块自动计算出电热辐射板最佳朝向及最佳加热功率；

⑶控制模块将控制电热辐射板朝向和加热功率的控制信号反馈给转动马达和电热辐射板，使其以设定方式进行辐射供暖；

⑷若控制模块判断无需进行辐射供暖时，将停止运行信号反馈给电热辐射板，使其停止工作，返回步骤⑴继续通过站台摄像头对站台候车区进行实时监控。

一种开放式轨道交通站台智能辐射供暖系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴入口摄像头对进站通道入口进行实时监控，并将图像数据传输给控制模块；

⑵控制模块依据图像数据，通过图像识别算法计算进入站台的人流量，结合空气温度传感器获取的空气温度，判断是否达到开启预热条件，若已达到且电热辐射板处于关闭状态，控制模块将自动计算出最佳预热功率；

⑶控制模块将控制信号反馈给电热辐射板，使其以设定方式进行预热；

⑷若控制模块判断无需开启预热时，停止电热辐射板预热，并返回步骤⑴继续通过入口摄像头对进站通道入口进行实时监控。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明可以解决地铁、轻轨、火车等轨道交通开放式站台的供暖问题，提高候车人员的热舒适性。

2、本发明可以使电热辐射板朝向站台人员最密集的区域，且自动按需启动并以最合适的辐射功率运行，以提高能源利用效率。

3、本发明可以根据进站人流量自动按需开启预热，提高供暖响应速度，并避免由于长期高功率启动而影响电热辐射板使用寿命。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图；

图2为基于站台人员分布自动调整电热辐射板朝向及加热功率的控制流程图；

图3为基于进入站台通道人流量自动预热电热辐射板的控制流程图。

附图1标记：1-电热辐射板，2-转动马达，3-控制模块，4-站台摄像头，5-入口摄像头，6-空气温度传感器，7-站台，8-进站通道，9-候车区。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

参见图1可见本系统的实施例，一种开放式轨道交通站台智能辐射供暖系统的结构示意图。

本实施例应用于一高架开放式轨道交通站台，站台包括候车区9、进站通道8、出站通道以及站台壁面7，候车区的中部轴向铺设轨道，在候车区的两侧分别连接有进站通道以及出站通道，在候车区的径向外侧设置有站台壁面；

本供暖系统安装在开放式轨道交通站的站台内，供暖系统包括电热辐射板1、转动马达2、控制模块3、站台摄像头4、入口摄像头5以及空气温度传感器6，电热辐射板均安装在转动马达的驱动杆上，转动马达的转动能够带动电热辐射板调节角度；本实施例的转动马达采用伺服电机，可使电热辐射板1沿水平及垂直方向转动，水平转动角度为-30°～30°，垂直转动角度为-30°～0°。

电热辐射板安装在站台壁面高度为2-4米的位置，电热辐射板朝向站台候车区9，电热辐射板为多块，每个候车区9对应一块电热辐射板；电热辐射板采用碳化硅远红外加热管，额定单位面积辐射功率不低于2000w/m2，且具备至少五档功率调节功能。

电热辐射板、转动马达分别通过线路连接到控制模块3并由其控制，控制模块3可采用arduino平台、linux系统工控机或自制硬件平台，控制模块还分别连接有站台摄像头4、入口摄像头5以及空气温度传感器6，

站台摄像头4安装于站台壁面处，用于实时检测候车区内的人数并将数据传输给控制模块，站台摄像头的安装位置应能保证可以完整监控站台候车区。

入口摄像头5安装于进站通道的入口处，检测进站人流数并经数据实时的发送给控制模块，入口摄像头的安装位置应能保证可以完整监控入站人流。

站台摄像头4、入口摄像头5均采用广角高清监控摄像头，通过线缆或wi-fi无线网络与控制模块3相连接。

空气温度传感器6采用铂电阻或热电偶型温度传感器，安装于站台7壁面高1.7m处。

图2、图3所示，联合构成了一种开放式轨道交通站台智能辐射供暖系统优化控制方法。

图2所示为基于站台人员分布自动调整电热辐射板朝向及加热功率的控制流程，

包括以下步骤：

(1)站台摄像头实时监控站台候车区人员分布，将图像数据传输至控制模块，

(2)控制模块通过opencv、openbr等开源图像识别算法，自动计算出站台候车区人员密度大于2人/m²的人员密集区位置，并结合空气温度传感器获取的空气温度，判断是否达到启动运行条件，

若已达到，控制模块发出信号开启电热辐射板，并且，控制模块计算出电热辐射板最佳朝向及最佳加热功率，控制电热辐射板和转动马达，使其以设定方式运行，以保证辐射板平面与人员区域所在立方体的角系数最大，且人体被辐射面辐射量达到舒适性指标；

计算算法基于fanger热舒适性方程、pmv-pdd评价方法及辐射换热方程。以天津为例，按照天津典型年供暖期室外平均气象参数计算，当室外温度为-9℃时，人体被辐射面所需的最低辐射量为252-280w/m²，因此控制算法应保证辐射板加热功率能满足这一要求。

当候车区人员密度小于0.5人/m²时，控制模块发出控制信号关闭电热辐射板。

图3为基于进站人流量自动预热电热辐射板的控制流程，

包括以下步骤：

入口摄像头实时监控进站通道入口人流，将图像数据传输至控制模块；

控制模块通过opencv、openbr等开源图像识别算法，自动计算出进站人流量，并结合空气温度传感器获取的空气温度，判断是否达到开启预热条件；

若已达到开启预热条件，电热辐射板处于关闭状态，控制模块自动计算出最佳预热功率，并将控制信号反馈给电热辐射板，控制电热辐射板使其以设定方式进行预热。

若未达到开启预热条件，则继续获取入口摄像头的监控数据；

以天津为例，按照天津典型年供暖期室外平均气象参数计算，当室外温度低于10℃时，若进站人流量大于5人/10秒时应当开启预热，预热时间为从进站通道入口步行进入站台的平均时间与30秒中的最小值，预热功率为当地室外温度下所需最低辐射功率的50％。

应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。