一种动物实验室的环境调控系统的制作方法

本发明涉及实验室环境的监测与控制，具体涉及一种动物实验室的环境调控系统。

背景技术：

1、动物实验室是适宜于饲养、繁育实验动物的建筑房，具有特定的环境要求和实验手段，以保证动物的品质和实验研究的准确可靠性。通常动物实验室在选址上会考虑远离噪声、远离污染源、通风良好且绿化隔离，因此建筑在环境清洁安静，地势高燥，排水、通风良好，水、电供应有保障的地方。而动物实验室的环境调控系统通常包括环境信息采集模块、环境监测模块、环境调节模块和警报模块，但是目前只监测实验室内温度、湿度、气体浓度、光照强度和噪音水平的环境信息，实验室电气设备运行的磁场信号会出现异常波动信号影响环境数据，可能导致环境监测数据的不准确性，影响对实验室环境的评估和调控策略。

2、例如，申请号为cn201910007296.2公开了一种智能化的实验环境条件监控系统中，通过信息采集模块采集实验室所处环境的环境参数，环境监测模块根据采集到的环境参数与预设的实验环境参数区间判断实验室所处环境是否达标，环境调节模块在实验室所处环境不达标时，将实验室所处环境的环境参数调节到预设的实验环境参数区间内，用于对现有的环境参数监控进行有效整合，提升了实验过程的安全性和结果的准确性，但是实验动物的行为和生命体征紊乱也会对实验室环境造成影响，存在实验室调控策略有误或偏差的缺陷。

3、现有技术存在以下不足：在动物实验室的环境调控系统中，由于实验室内离心机、振荡器等试验电气设备或者仪器，在工作运行中会产生磁场，造成电磁辐射，可能会造成实验动物的神经系统损伤、免疫系统不良、行为改变和生殖器官变化等问题，而实验动物的体征性情变化，会产生实验室环境的监测数据稳定性和准确性，因此针对环境监测数据采取阈值调控措施，将会对实验动物的生命安全造成极大的威胁，以及造成实验环境污染的问题；以及高强度的电磁辐射和磁场变化会干扰实验室中的传感器和处理控制器设备之间的通信和数据传输，从而导致传感器无法准确感知环境参数，数据传输错误或丢失，从而影响系统的控制与监测功能。

4、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种动物实验室的环境调控系统，本发明通过对动物实验室采集的动态数据进行修正优化，并建立线性拟合模型，根据电磁辐射对温度、湿度、气体颗粒物浓度、光照强度和频率、噪音水平的影响程度，获取关联影响系数，再进行数据综合分析，精确调控环境参数策略以调节实验室环境系统的稳定性，以解决上述背景技术中的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动物实验室的环境调控系统，包括环境信号采集模块：通过传感器组和电磁辐射仪，分别采集动物实验室的环境参数信息，并统计随着时间变化的测量结果，生成与时间相关的动态数据；

3、数据处理模块：接收环境信号采集模块传输的动态数据，采用数据修正算法将动态数据进行修正优化计算，获得动态修正数据，再根据修正数据建立线性拟合模型，将动态修正数据拟合出线性关系，得出预测结果数据与实际影响数据进行对比分析，以求解线性拟合模型得出环境参数的关联影响系数；

4、数据综合分析模块：通过获得数据处理模块中计算的环境参数的关联影响系数，对后续动物实验室运行时实际采集的环境参数数据，集合变动状态后建立综合分析模型，生成预警调控信号，并将预警调控信号传输至评估调控模块进行评估计算；

5、评估调控模块：接收数据综合分析模块的预警调控信号，根据预设的环境参数信号的阈值范围进行评估，超出阈值范围的环境参数信号，采取调控策略调节环境参数数据至预设阈值内，并将评估结果和调控措施传输至界面警示交互模块进行人机交互；

6、界面警示交互模块：接收来自系统各模块对动物实验室内环境参数的数据和指令，并向工作人员提供警示、报告和操作界面，通过交互方式和触发报警机制，以实时控制和监测系统的状态和操作。

7、优选地，所述传感器组包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、光照度传感器和声音传感器，用于实时监测并采集动物实验室内的温度、湿度、气体颗粒物浓度、光照强度和频率、噪音水平的参数数据信号，分别标定为tp、hd、gpm、li、nl；

8、电磁辐射仪是测量动物实验室内电磁场的辐射强度数据，即采集动物实验室室内环境参数信号的电磁辐射数据，标定为er；

9、环境参数信号包括温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li、噪音水平nl和电磁辐射er的数据信号；

10、时间变化的测量结果是以一天二十四小时为一个周期，每小时为六十分钟，分别在每分钟的时间区间t内记录实验室环境参数信号的平均值av、最大值max和最小值min的离散点数据信号；

11、动态数据是实时记录随着时间t变化的动物实验室内各个环境参数信号的变化数据，标定为dd，则动态数据且max(t)＝[tpt′,hdt′,gpmt′,lit′,nlt′,ert′]，min(t)＝[tpt″,hdt″,gpmt″,lit″,nlt″,ert″]式中，f(t)表示为随时间t变化的环境参数信号的函数，即离散的时间序列，av(t)表示为随时间t变化的环境参数信号的平均值，max(t)表示为随时间t变化的环境参数信号的最大值，min(t)表示为随时间t变化的环境参数信号的最小值，分别表示为温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li、噪音水平nl和电磁辐射er随时间t变化时所取的平均值，t表示为t时间区间内的平均值；tpt′,hdt′,gpmt′,lit′,nlt′,ert′分别表示为温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li、噪音水平nl和电磁辐射er随时间t变化时所取的最大值，t′表示为t时间区间内的最大值，tpt″,hdt″,gpmt″,lit″,nlt″,ert″分别表示为温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li、噪音水平nl和电磁辐射er随时间t变化时所取的最小值，t″表示为t时间区间内的最小值。

12、优选地，所述数据修正算法的逻辑如下：

13、根据动物实验室实时监测获得的环境参数信号随着时间t变化的平均值av、最大值max和最小值min的动态数据dd，建立时间序列分析预测模型，并使用当前时间t1作为输入，预测出当前时间t1点的环境参数值并于将当前时间t1点实时采集的实际环境参数值进行差异计算，得到修正因子，标定为cf，根据修正因子cf对时间序列分析预测模型进行修正优化，修正后的预测值作为新的动态数据进行下一步计算；

14、时间序列分析预测模型是对传感器组和电磁辐射仪实时采集的数据进行修正，用于提高传感器组和电磁辐射仪的监测采集精度，降低数据传输误差，时间序列分析预测模型采用类arma算法，计算公式为，式中，c表示为常数，ε(t)表示为t时间时刻的随机误差项，类arma(av,max,min)t表示为t时间时刻的时间序列数据，θ1、γ1分别表示为时间序列分析预测模型中实验室环境参数信号的平均值av的参数，θ2、γ2分别表示为时间序列分析预测模型中实验室环境参数信号的最大值max的参数，θ3、γ3分别表示为时间序列分析预测模型中实验室环境参数信号的最小值min的参数；

15、将时间序列分析预测模型计算的预测值与实际观测值进行比较，计算预测误差，得到修正因子cf，即cf＝ε(t)′，式中ε(t)′为修正因子，则带入动态数据dd中再次计算，获得修正优化后的环境参数值的动态数据dd′，且dd′＝cf×f(t)。

16、优选地，所述线性拟合模型的步骤如下：

17、使用修正后的动态数据dd′＝cf×f(t)，根据大数据分析，得知环境参数信号中各个参数在时间t内的最大值影响程度最高，且电磁辐射er对温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li和噪音水平nl的环境参数信号有影响，因此采用修正后的动态数据的最大值式中，温度湿度气体颗粒物浓度光照强度和频率噪音水平和电磁辐射建立线性拟合模型，判断电磁辐射er与温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li和噪音水平nl之间关系；

18、采用线性回归算法，计算公式为式中，β0表示为线性拟合模型中的截距，而β1、β2、β3、β4、β5分别表示为线性拟合模型中温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li和噪音水平nl参数的系数，ω表示为电磁辐射er与温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li和噪音水平nl之间的随机误差项。

19、优选地，所述关联影响系数的获取逻辑如下：

20、根据线性回归算法中拟合的电磁辐射er与温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li和噪音水平nl之间线性关系，则采用最小二乘法，获取关联影响系数，标定为cc，则计算公式为式中，表示为温度tp、湿度hd、气体颗粒物浓度gpm、光照强度和频率li和噪音水平nl的5个参数分别与电磁辐射er的残差平方和，且式中，分别为自变量矩阵，为因变量向量，∧t表示为自变量矩阵的转置，∧(-1)表示为自变量矩阵的逆。

21、优选地，所述数据综合分析模型是通过数据处理模块处理后获得的动物实验室中相关环境参数的动态数据dd′，结合线性拟合模型中得到的关联影响系数cc，以确定动物实验室的电气设备在运行状态中产生的电磁场对实验室环境参数的影响程度，即生出预警调控信号，标定为wcs，则计算公式为式中，∑dd′表示为修正优化后的环境参数值的动态数据之和，即∑dd′＝ε(t)′×f(t)＝ε(t)′×av(t)+ε(t)′×max(t)+ε(t)′×min(t)。

22、优选地，所述预警调控信号的评估逻辑如下：

23、根据预警调控信号wcs的数值与预设的环境参数信号的阈值进行偏差程度的对比，进而确定不同偏差程度对应的预警等级；

24、根据预警调控信号所对应的预警等级，以声音、光信号、文本提示的形式，通知实验室管理者和相关人员出现异常情况，并采取调控实验室内各个环境参数的数值，即做出相应的调控措施。

25、优选地，所述预设的环境参数信号的阈值范围的内容如下：

26、动物实验室内环境参数信号中的温度tp的阈值范围为tp∈(tpmin,tpmax)，式中，tpmin,tpmax分别表示为动物实验室内不影响实验动物生命体征和神经状态的可调控温度常数的最小值和最大值，()表示为开区间，即温度tp的取值范围在tpmin-tpmax之间，但是不包括tpmin和tpmax的本身。

27、优选地，所述调控措施是动物实验室的环境调控系统包括新风空调、智能加湿器、智控灯、消音器和消磁器的设备，通过评估调控模块中动态数据和关联影响系数的预测产生的预警调控信号，对预设的环境参数信号的阈值进行对比评估，评估调控模块能够对温度、湿度、气体颗粒浓度、光照强度和频率、噪音与电磁辐射进行精确调节控制。

28、优选地，动物实验室的环境调控方法的步骤如下；

29、采用传感器组和电磁辐射仪，实时监测动物实验室环境参数信号，并随着时间变化统计离散型数据变量，生成与时间相关的动态数据；

30、对动态数据进行修正优化处理，得到预测的动态数据，再将环境参数信号量进行线性拟合，与实际数据对比计算后，获取关联影响系数；

31、根据关联影响系数，建立综合分析模型，并生成预警调控信号；

32、根据预警调控信号对比评估预设的环境参数信号的阈值，进行实验室环境参数的精确调控，并交互到人机界面进行实时监控实验室环境状态。

33、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

34、本发明通过对动物实验室采集的动态数据进行修正优化，避免因电磁辐射和磁场变化而干扰实验室中的传感器和处理控制器设备之间的通信和数据传输，提高了环境监测数据的准确性；

35、并且建立线性拟合模型，获得了电磁辐对温度、湿度、气体颗粒物浓度、光照强度和频率、噪音水平的影响程度，即生成关联影响系数，发现了动物实验室在电气设备运行过程产生磁场信号与环境参数的拨动变化，实现了对实验室环境的精确评估和调控策略的功能，进一步提高了控制动物实验室的环境的精确性和稳定性；

36、以及通过数据综合分析模块进行的全面数据分析，生成预警调控信号，并与预设的环境参数信号的阈值范围进行评估，以采取对应地调控策略，再通过警示交互方式提醒工作人员，加强了动物实验室的环境调控的控制与监测功能。