一种室内温度网络化分析方法和系统与流程

本发明涉及室内热量分布技术领域，具体涉及一种室内温度网络化分析方法和系统。

背景技术：

现有技术中，对于室内供暖温度的获取主要是利用人工和传感器采集方式。人工采集可以针对性入户在多个测量位置采集现场温度数据，但大范围实施人力成本和时间成本过高。传感器采集方式需要结合有线传输通道，通常有线传输通道由高大建筑物中心管井、弱电井向山墙方向做有限延伸，依靠有线传输通道会限制传感器的布设位置灵活性，因此需要在缺乏有线传输通道的位置利用无线传输网络进行中继传输。现有传感器的布设往往采用离散的孤立点布设方式，有利于点对象的温度采集但不利于室内整体温度变化趋势特征的有效采集，不利于形成对包含冷山(墙)的室内温度变化的有效分析，会造成供暖体系中温度调节策略对末端供热效果不敏感。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种室内温度网络化分析方法和系统，解决现有供热过程中室内温度分析缺乏有效数据支持无法形成温度感知的网络化覆盖，无法直接获取空间内温度特征导致分析结果与实际热量变化差异较大的技术问题。

本发明实施例的室内温度网络化采集系统，包括至少一个温度采集装置，所述温度采集装置包括：

红外焦平面阵列，用于周期采集冷山房间中确定方向的热辐射分布数据；

数据编码装置，用于将所述热辐射分布数据形成所述确定方向的热量分布封装数据；

数据转换装置，用于将所述热量分布封装数据进行图形编码转换形成图案数据；

图案显示装置，用于根据所述图案数据形成热量图案在房间冷山外进行显示，供光学采集设备对所述冷山上的所述热量图案同步拍照采集。

本发明一实施例中，所述光学采集设备包括：

高清摄像头，用于在建筑周围固定并朝向所述图案显示装置；

热量图案识别装置，用于通过所述高清摄像头对所述热量图案进行解析获取所述热辐射分布数据和预设参数。

本发明一实施例中，所述红外焦平面阵列包括短中长三类波长的红外传感器，所述红外传感器成矩阵分布，所述矩阵包括基本矩阵单元，所述基本矩阵单元包括5x5面积单元，在(3,3)面积单元设置长波长红外传感器，在(2,2)、(2,4)、(4,2)、(4,4)面积单元设置短波长红外传感器，在(1,3)、(3,1)、(3,5)、(5,3)面积单元设置中波长红外传感器。

本发明一实施例中，所述红外焦平面阵列由所述基本矩阵单元沿x轴方向和y轴方向延伸排列，沿x轴方向相邻所述基本矩阵单元的一列面积单元重合，重合的面积单元中传感器唯一，沿y轴方向相邻所述基本矩阵单元的一行面积单元重合，重合的面积单元中传感器唯一。

本发明实施例的室内温度网络化分析方法，利用上述室内温度网络化采集系统，包括：

通过所述光学采集设备获取各冷山房屋内的所述热量图案形成温度网络化分析数据，建立网络化分析的数据元；

根据所述数据元进行分析判断室内温度变化趋势形成建筑网络化热量损耗的动态模型；

根据所述动态模型向供热体系提供供热策略所需的建筑能耗数据。

本发明一实施例中，所述通过所述光学采集设备获取各冷山房屋内的所述热量图案形成温度网络化分析数据，建立网络化分析的数据元包括：

利用所述温度网络化分析数据形成所述冷山房屋空间描述数据元；

利用所述温度网络化分析数据形成所述冷山房屋内部红外背景数据元。

本发明一实施例中，所述根据所述数据元进行分析判断室内温度变化趋势形成建筑网络化热量损耗的动态模型包括：

根据所述数据元的时序性形成所述冷山房屋内局部热量变化趋势数据；

根据所述数据元的时序性形成所述冷山房屋内总体热量变化趋势数据；

根据时序性形成冷山轮廓的总体热量变化趋势和总体热量损耗；

根据所述总体热量变化趋势和所述总体热量损耗形成可视化的动态数据展示模型。

本发明实施例的室内温度网络化分析系统，包括：

存储器，用于存储上述的室内温度网络化分析方法处理过程的程序代码；

处理器，用于执行所述程序代码。

本发明实施例的室内温度网络化分析系统、方法和采集系统形成了供暖体系中供暖末端整体温度变化状态的采集技术手段。针对冷山房屋在供热体系中的温度变化状态最为强烈、热量损耗最为巨大的特点，克服了现有传感器布设受物理特征感应局限无法进行较大空间尺度热量变化趋势信息采集的缺陷，利用红外焦平面阵列周期形成冷山所处空间内热量变化特征在某一确定方向(红外背景)上的物理特征(光电转换后的量化电压)投影，将冷山热量损耗过程中房屋确定方向上的大面积温度改变导致的热辐射特征改变作为空间尺度内温度变化的量化趋势，获得了冷山损耗对应房屋不同范围投影(确定方向)内的热量变化内在关联信息。可以较准确地反映冷山房屋的室内温度变化趋势，可以为形成供暖末端的网络化分析提供内在关联的数据基础。所有冷山房屋通过红外焦平面阵列的室内温度采集装置形成覆盖建筑物整体的网络化采集。有别于现有技术零散温度采集的空间温度精度，本系统可以直接获得建筑整体散热损耗的局部细节特征，形成现有技术不具有的覆盖建筑的热损耗环境高精度物理分布模型，这对供暖体系调整供暖策略、改善局部供热效率具有可靠的指导意义。同时对建筑保暖改进提供了真实的数据基础。

附图说明

图1所示为本发明一实施例室内温度网络化采集系统的架构示意图。

图2所示为本发明一实施例室内温度网络化采集系统中温度采集装置的主视剖视示意图。

图3所示为本发明一实施例室内温度网络化采集系统中红外焦平面阵列的红外传感器排列示意图。

图4所示为本发明一实施例室内温度网络化分析方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例的室内温度网络化采集系统如图1所示。在图1中，每个包括冷山的房间至少包括一个温度采集装置，温度采集装置包括：

红外焦平面阵列01，用于周期采集冷山房间中确定方向的热辐射分布数据。

冷山房间中包括至少一个冷山(墙)，在本发明一实施例中，红外焦平面阵列通常设置在冷山一侧朝向房间中的确定方向通常是朝向远离冷山的一侧。

本领域技术人员可以理解，红外焦平面阵列由若干独立的红外传感器形成，光子探测器可以对1-14um波长的物体红外辐射进行感应，根据红外辐射信号的光电转换，形成对应的电压或电流强度。红外焦平面阵列中的红外传感器排列方式和探测角度使得红外焦平面阵列具有一定的分辨率，对所面对红外背景可以进行局部温度幅值感知，进而形成红外背景的整体温度幅值特征感知，并由此建立红外背景的热辐射分布数据。

在本发明一实施例中采用不同波长的红外传感器可以形成物体红外辐射的能量梯度感知。红外焦平面阵列的分辨率目前可以达到640x480(长波)、2048x2048(短波)。红外传感器可以采用光电管、光电二极管或光敏电阻。

数据编码装置02，用于将热辐射分布数据形成确定方向的热量分布封装数据。

热辐射分布是指红外焦平面阵列中红外传感器独立队红外背景的局部感知的热辐射量值。本领域技术人员可以理解，热辐射分布数据至少包括红外传感器在红外焦平面阵列中坐标、红外传感器对应红外背景局部位置坐标范围和红外传感器感应量化幅值等，通过数据编码技术可以将上述信息形成具有时间戳的固定格式的封装数据，以负载确定时刻确定方向的热量分布信息。

同时，热量分布封装数据还可以包括固定辐射体形成的红外背景到红外焦平面阵列01的确定距离、红外焦平面阵列01探测面积和红外焦平面阵列01参数集合等。

本领域技术人员可以理解，将红外传感器的并行采集信号进行模数转换和统一编码，进一步与附加信号进行符合时序性的数据封装形成热量分布封装数据的技术细节属于数字信号处理或计算机数据处理领域内成熟的技术手段，不需要通过本发明重新实现。现有技术中存在大量成熟的编码器和封装集成电路，仅需要确定输入数据就可形成确定的封装数据(例如本发明形成的热量量纲下的分布封装数据)。

数据转换装置03，用于将热量分布封装数据进行图形编码转换形成图案数据。

本领域技术人员可以理解，在数据含义明确、数据量纲确定的基础上数据幅值可以转换为特定颜色空间的色彩表达或特定图形空间内的图形表达。例如可以形成一维条形码或二维条形码等图案表达。

本领域技术人员可以理解，将输入数据进行图形编码形成图案数据是计算机图形、计算机加密、数字图像处理等技术领域内成熟的技术手段，不需要通过本发明重新实现。现有技术中存在大量成熟的编码器和封装集成电路，仅需要确定输入数据就可形成确定的图案数据(例如本发明例举的条形码编码器)。

图案显示装置04，用于根据图案数据形成热量图案在房间冷山外进行显示，供光学采集设备05对冷山上的热量图案同步拍照采集。

本领域技术人员可以理解，热量图案的朝向角度具有一致性时，可以采用光学摄像头通过焦距调整后清楚对焦拍摄获得。

本发明实施例的室内温度网络化采集系统形成了供暖体系中供暖末端整体温度变化状态的采集技术手段。针对冷山房屋在供热体系中的温度变化状态最为强烈、热量损耗最为巨大的特点，克服了现有传感器布设受物理特征感应局限无法进行较大空间尺度热量变化趋势信息采集的缺陷，利用红外焦平面阵列周期形成冷山所处空间内热量变化特征在某一确定方向(红外背景)上的物理特征(光电转换后的量化电压)投影，将冷山热量损耗过程中房屋确定方向上的大面积温度改变导致的热辐射特征改变作为空间尺度内温度变化的量化趋势，获得了冷山损耗对应房屋不同范围投影(确定方向)内的热量变化内在关联信息。可以较准确地反映冷山房屋的室内温度变化趋势，可以为形成供暖末端的网络化分析提供内在关联的数据基础。所有冷山房屋通过红外焦平面阵列的室内温度采集装置形成覆盖建筑物整体的网络化采集。有别于现有技术零散温度采集的空间温度精度，本系统可以直接获得建筑整体散热损耗的局部细节特征，形成现有技术不具有的覆盖建筑的热损耗环境高精度物理分布模型，这对供暖体系调整供暖策略、改善局部供热效率具有可靠的指导意义。同时对建筑保暖改进提供了真实的数据基础。

针对现有技术无线信号传输特征的局限，采用较成熟的数据-图像转换和图像识别技术克服了通过建筑内部进行有线无线中继进行新设路由和路由改造困难的缺陷。一间冷山房屋的电源布线仅需要考虑室内温度采集装置一处，利用每个冷山房屋的窗户或简单密封过孔在冷杉外形成对应图案，这样采用成熟的拍照技术可以准确快速地同步获得建筑冷山墙体上全部热量图案。即成熟的图像识别技术识别处同一时刻或相近时刻的冷山房屋的整体室内温度数据，在保证室内温度网络化分析数据有效性的基础上，避免了室内复杂布线和无线电干扰的同时形成了较低电力消耗下的持续空间温度数据的有效采集和传输。

如图1所示，本发明一实施例中，光学采集设备05包括在建筑(冷山墙)周围固定并朝向图案显示装置04的高清摄像头。

高清摄像头采用高倍放大对焦的成熟器材。

本发明实施例的室内温度网络化采集系统利用固定摄像获得同一朝向冷山墙壁上的全部热量图案，可以较好地控制大范围图像同步采集，适合热量图案的较高采样频率，例如分钟级采样频率。

如图1所示，本发明一实施例中，光学采集设备包括携带高清摄像头的无人机。

本发明实施例的室内温度网络化采集系统利用无人机具有必要的无线传输通道和稳定云台，利用无人机的快速移动性携带高清摄像头对较大建筑的冷山墙壁上的热量图案进行快速拍摄，可以保证较好的同步性和较好的成像质量，可以降低对光学镜头的性能要求和镜头数量，适合热量图案的较低采样频率，例如小时级采样频率。

如图1所示，本发明一实施例中，图案显示装置04显示热量图案采用电子墨水屏。

本发明实施例的室内温度网络化采集系统利用节能屏幕可以进一步降低显示能耗。

如图1所示，本发明一实施例中，红外焦平面阵列01可以分裂为一块以上。

本发明实施例的室内温度网络化采集系统形成多个关联的确定朝向以获得(例如大堂、会议厅等)较大空间内的多个尺度空间的红外背景信息。

如图1所示，本发明一实施例中，在上述实施例基础上，光学采集设备还包括：

热量图案识别装置，用于通过高清摄像头对热量图案进行解析获取热辐射分布数据和预设参数。以此形成温度网络化分析数据。

本领域技术人员可以理解，热量图案载荷了覆盖整个建筑冷山房屋的温度网络化信息。通过对热量图案解析的热辐射分布数据可以获得以下作为温度网络化分析数据的类型数据：

根据建筑整体空间形成的每间冷山房屋在对应冷山上投影轮廓的位置范围数据；

每个冷山房屋热量图案中的屋内确定方向上确定墙壁(红外背景)局部的热辐射幅值数据；

每个冷山房屋热量图案中的屋内确定方向上固定辐射体距离红外焦平面阵列01的设定距离；

红外焦平面阵列01探测面积；

红外焦平面阵列01参数集合。

本发明实施例的室内温度网络化采集系统形成的数据可以构成整个建筑冷山房屋的网络化温度信息，为进一步形成室内温度网络化分析建立冷山内侧温度变化的量化基础和冷山内侧空间向冷山墙温度过渡的判别条件基础。

本发明一实施例室内温度网络化采集系统中温度采集装置如图2所示。在图2中，温度采集装置包括：

室内底座10，用于固定在室内的窗户、窗框或墙壁上并形成可定位的转动支撑结构。

室内基座20，用于内置数据编码装置02和数据转换装置03和承载红外焦平面阵列01并固定在室内底座的室内转动支撑结构上。

滤光保护罩30，用于在红外焦平面阵列01视场内过滤确定波长的干扰。

室外底座40，用于固定在室外的窗户、窗框或墙壁上并形成可定位的转动支撑结构。

室外基座50，用于固定显示屏并固定在室外底座的室外转动支撑结构上。

显示屏60，用于同步红外焦平面阵列01采集频率显示热量图案。

室内底座10和室外底座40上分别提供线缆端口，连接可装配的线缆。

本发明实施例的温度采集装置在室内形成朝向可调整固定的红外焦平面阵列01，在室外形成朝向可调整固定的显示屏60，使得红外焦平面阵列感应方向可以根据安装位置作适当调整以满足确定红外背景信息的采集，同时热量图案朝向可以根据需要进行统一调整，形成同一冷山(墙)上的热量图案统一角度朝向，满足高清摄像头的拍照角度一次校正多次拍摄。

如图2所示，在本发明一实施例中，滤光保护罩30水平方向平直竖直方向具有曲率。

本发明实施例的温度采集装置利用凸透镜对光线的汇聚特征，将红外焦平面阵列确定朝向上的红外背景面积更大范围地向红外焦平面阵列汇聚，可以有利于减小红外焦平面阵列感应面积降低成本。本领域技术人员可以理解，滤光保护罩30的曲率与红外焦平面阵列的感应面积间存在转换公式，可以作为红外焦平面阵列的附加感应参数，可以预先设定并在热量分布封装数据中体现。

如图2所示，在本发明一实施例中，当利用玻璃窗安装温度采集装置时，在室内底座10内安装无线充电模组和红外或蓝牙通信模组，在室外底座40内安装无线充电模组和红外或蓝牙通信模组。。

无线充电模组采用符合qi标准、pma标准、a4wp标准中一种标准的充电模组。

本发明实施例的温度采集装置通过形成无线供电通道以及蓝牙或红外无线数据通道避免在玻璃窗上开孔密封，可以有效提高施工效率。

如图2所示，在本发明一实施例中，滤光保护罩30内侧涂覆复合滤光膜31，过滤大于200um波长的非可见光，以及过滤小于1um波长的可见光和非可见光。

如图2所示，在本发明一实施例中，室内转动支撑结构为固定在室内底座10上的一对相对的转轴座11，室内基座20底部位于转轴座之间，室内基座20靠近底部的相对侧壁上对称设置突出轴，突出轴轴线重合，突出轴轴线与红外焦平面阵列01轴线垂直，突出轴与同侧的转轴座适配转动连接，转轴座上设有限位卡件，保证室内基座20转动调整至确定朝向后保持固定。

室内基座20顶部固定红外焦平面阵列01，红外焦平面阵列01上悬空覆盖滤光保护罩30。

如图2所示，在本发明一实施例中，室外转动支撑结构为固定在室外底座40上的一对相对的转轴座41，室外基座50包括转动端和遮挡端，固定端位于转轴座41之间，室外基座50靠近转动端的的相对侧壁上对称设置突出轴，突出轴轴线重合，突出轴轴线与显示屏60贯穿屏幕的轴线垂直，突出轴与同侧的转轴座适配转动连接，转轴座上设有限位卡件，保证室外基座50转动调整至确定朝向后保持固定。室外基座50的遮挡端设置有可折叠的遮光挡板51，遮光挡板51一端遮蔽室外基座50的遮挡端，另一端固定在室外底座40上。

本发明实施例的温度采集装置室内部分和室外部分可以有不同的转动调整方向和角度，可以适应冷山位置和冷山房屋空间的复杂设置需要。室内部分可以有效感知对面墙壁、天花板、底面或相邻侧壁的红外背景，满足红外背景的选择。室外部分可以调整成水平或下倾的朝向，满足光学采集设备05的拍照需求。

本发明一实施例的温度采集装置中红外焦平面阵列的红外传感器排列如图3所示。在图3a中，红外焦平面阵列包括短中长三类波长的红外传感器，红外传感器成矩阵分布，其中基本矩阵单元包括5x5面积单元，在(3,3)面积单元设置长波长红外传感器12，在(2,2)、(2,4)、(4,2)、(4,4)面积单元设置短波长红外传感器13，在(1,3)、(3,1)、(3,5)、(5,3)面积单元设置中波长红外传感器14。

在图3b中，红外焦平面阵列由基本矩阵单元沿x轴方向和y轴方向延伸排列，沿x轴方向相邻基本矩阵单元的一列面积单元重合，重合的面积单元中传感器唯一，沿y轴方向相邻基本矩阵单元的一行面积单元重合，重合的面积单元中传感器唯一。

本发明实施例的温度采集装置利用三类波长的红外传感器形成复合红外波长感知的红外焦平面阵列，长波长红外传感器12的分辨率较小间距较大可以对感知的红外背景的整体轮廓有较好的整体信号采集，中波长红外传感器14的分辨率与长波长红外传感器12的分辨率相同且均匀分布在长波长红外传感器12周围，在保证感知红外背景的整体轮廓和热辐射均匀性上具有较好的识别分别率，短波长红外传感器13的分辨率较高间距较小，可以有效感知对应红外背景局部细节的热辐射，有利于形成精确的局部感知信号。复合红外波长感知的红外焦平面阵列可以较好地对红外背景进行整体感知和局部感知，有利于排除局部热源干扰形成较稳定的红外背景状态数据。

本发明一实施例室内温度网络化分析方法如图4所示。在图4中，本方法利用室内温度网络化采集系统，包括：

步骤100：通过光学采集设备获取各冷山房屋内的热量图案形成温度网络化分析数据，建立网络化分析的数据元。

数据元以温度网络化分析数据为基础，通过温度网络化分析数据的转换、融合和解析形成新的温度网络化维度，数据元包括温度网络化维度的数据类型和数据结构。

步骤200：根据数据元进行分析判断室内温度变化趋势形成建筑网络化热量损耗的动态模型。

利用数据元形成的维度量化信息逐一判断室内温度变化，形成热量消耗在局部空间内的变化趋势。根据室内温度变化趋势形成建筑冷山轮廓以及冷山轮廓内一定空间深度的热量损耗动态模型，形成反映建筑热能耗变化的量化指标作为供暖体系供暖策略优化的判断基础。

步骤300：根据动态模型向供热体系提供供热策略所需的建筑能耗数据。

建筑能耗数据包括以冷山为轮廓在冷山内侧相邻空间内热量消耗的各方向趋势和实际能耗数据。

本发明实施例的室内温度网络化分析方法利用室内温度网络化采集系统获得的大尺度空间的热量分布数据和热量变化数据，形成衡量热量损耗的新的空间相关维度特征，为准确测量建筑与热损耗的相关性提供了量化数据基础。利用新的维度数据形成冷山临近空间的热损耗趋势并建立建筑冷山空间范围内的热损耗动态模型可以有效获得供暖体系中热能消耗的准确途径和定量能耗，有效支撑供暖策略优化。

如图4所示，在本发明一实施例中，步骤100包括：

步骤110：利用温度网络化分析数据形成冷山房屋空间描述数据元。

利用热辐射分布数据和布设时的预设参数集合简单转换形成温度网络化分析数据，可以对冷山房屋空间描述有效量化，空间描述数据元包括但不限于一下数据种类：

冷山相对于红外背景的位置描述、红外背景感应范围、房屋空间容积等。

步骤120：利用温度网络化分析数据形成冷山房屋内部红外背景数据元。

利用热辐射分布数据和布设时的预设参数集合简单转换形成温度网络化分析数据，可以对红外背景描述有效量化，红外背景数据元包括但不限于一下数据种类：

符合时序性的红外背景的各局部各波长的热辐射量化值、红外背景的整体热辐射量化值等。

本发明实施例的室内温度网络化分析方法形成了冷山房屋与内部确定方向的红外背景热辐射的维度特征描述数据结构，建立了基于红外背景对象和冷山房屋空间对象的量化描述维度，区别于现有技术中孤立传感器布设形成的点位感知对空间感知的现实缺陷，量化描述维度可以在温度网络化分析中量化空间和热量损耗的内在关联信息，为有限空间的热损耗变化规律提供分析基础。

如图4所示，在本发明一实施例中，步骤200包括：

步骤210：根据数据元的时序性形成冷山房屋内局部热量变化趋势数据。

数据元可以量化任意时段内房屋局部空间对应的红外背景局部特征反映的局部空间内热量的变化趋势，以及局部空间间热量损耗变化趋势。

步骤220：根据数据元的时序性形成冷山房屋内总体热量变化趋势数据。

数据元可以量化任意时段内房屋内总体热量的变化趋势，以及空间内热量损耗方向的变化趋势。

步骤230：根据时序性形成冷山轮廓的总体热量变化趋势和总体热量损耗。

数据元可以量化任意时段内冷山轮廓内冷山房屋形成的相邻空间之间间的热量的变化趋势，以及整体空间内热量损耗方向的变化趋势。也可以形成冷山轮廓内的总体热量损耗。

步骤240：根据总体热量变化趋势和总体热量损耗形成可视化的动态数据展示模型。

通过整体空间和局部空的热量变化趋势和热量损耗，利用计算机图形化技术形成展现建筑热量消耗和消耗趋势的多样化展示模型，包括表格、曲线图形、建筑数字模型或vr模型。

本发明实施例的室内温度网络化分析方法利用数据元进行维度的量化处理，实现了针对冷山空间属性的热量变化趋势定量分析。将建筑热量损耗从离散式采集数据分析改进为建筑轮廓网络化数据分析，有效提高了数据分析质量和效率，与现实中建筑能耗状态匹配度较高，可以有效支撑供暖策略的准确调整。

本发明一实施例的室内温度网络化分析系统包括：

存储器，用于存储上述室内温度网络化分析方法处理过程的程序代码；

处理器，用于执行上述室内温度网络化分析方法处理过程的程序代码。

处理器可以采用dsp(digitalsignalprocessing)数字信号处理器、fpga(field-programmablegatearray)现场可编程门阵列、mcu(microcontrollerunit)系统板、soc(systemonachip)系统板或包括i/o的plc(programmablelogiccontroller)最小系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。