专利名称：一种智能化节能的方法
技术领域：
本发明涉及自动控制领域，特别是涉及一种楼宇系统或指定场所的智能化节能方法。
背景技术：
我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。同时，温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排工作，也是应对全球气候变化的迫切需要。楼宇建筑、工业耗能和交通耗能，是我国当前三大耗能大户。楼宇建筑中，又以空 调、电梯、照明等耗能为主。有效的控制能源的消耗，合理充分利用资源，则需要依靠行之有效的节能技术来实现。而现有的节能技术，多数只停留在设备节能这一层次上。每个设备根据自身预先定制的一些规则和节能方案来独立运作，这些设备虽然能有效的控制自身的能源消耗，但是由于无法获取很多环境信息以及和其它设备通信，而导致其运行机制不适合很多实际应用环境，依然有节能余地，或者给用户带来一些不便。智能楼宇技术，在节能方面进一步发展，脱离了设备节能的局限，将楼宇中的很多设备通过物联网等方式连接起来，通过某种机制来统筹耗能设备的开关或工作方式，进一步将节能技术向前推进。但与此同时，也因某些技术的局限存在着一些问题。例如，虽然有的智能楼宇系统能够通过门禁等信息来联动包括照明、空调等设备，但是对于耗能设备具体的运转设定，依然存在一些节能不充分或者不够人性化的地方。节能不充分的方面来说，通过触发方式启动耗能设备的情况，例如某些应用中，可以在某门禁发生刷卡后，启动该门禁附近的照明设施。这些照明设施中，实际上很多是不必要开启的。考虑到这种情况，为了进一步节能，有的照明设施采用节能照明设备，通过感应声响来开启灯光。但存在人性化不够的方面，节能照明灯会在光线昏暗并且有响声时点亮照明灯。但是只有当人距离灯较近的时候，声响够大才能开启灯光导致之前看不清路，或者要人故意发出大的响声来点亮灯光。
发明内容
本发明提供了一种智能化节能的方法，目的在于克服现有技术的不足。现有的楼宇系统中，尤其是大型楼宇系统，都安装有视频监控设备，包括固定摄像机、云台摄像机等等，这些摄像机基本都是24小时进行实时监控的。传统的智能楼宇多数只采用某些特定的传感点，例如声音传感，或者采用某些安防设备报警信号，例如门禁开启信号，综合这些信号来控制耗能设备以达到节能。对于包括声音传感、门禁设备来说，都可以抽象的理解为一类采集信息的设备，智能楼宇系统可以利用这些采集的信息来节能。采集的信息可能是多种多样的，而摄像机相比其它多数采集信息设备，其采集的信息量更大。如果能够充分利用摄像机拍摄的视频信息应用于智能楼宇系统，无疑能够达到节能的效果是非常可观的，同时还能克服原有节能系统的很多缺点。为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案。一种智能化节能的方法，包括以下步骤步骤101，获取摄像机的视频数据；步骤102，对摄像机的视频数据进行运动目标提取，确定运动目标的行为特点，即对摄像机的视频数据进行智能分析；步骤103，根据运动目标的行为特点，向耗能设备发出控制信号。
为了根据使用者的意愿灵活控制耗能设备，所述的耗能设备还具有手动控制接口，例如可以是手动的开关、遥控器等等。本发明中，所述的运动目标可以是人、车等需要使用耗能设备的个体。所述的耗能设备为照明设备、空调、视听设备等，所有的耗能设备均接入并受控于中控系统，实现远程控制。所述的中控系统以及耗能设备所组成的网络可以是利用现有的智能楼宇系统、安防系统等，通过中控系统向特定的耗能设备发出运行指令。步骤101中，所述的摄像机至少为一个，即可以是一个或者是多个摄像机，本发明所述的摄像机泛指可以连续或间断的采集视频数据的设备。本发明智能化节能的方法一般是在特定的楼宇系统或指定的场所实施，作为优选，所述的摄像机的监控范围覆盖运动目标可能到达的所有区域以及所有可能经过的路径。步骤102中，对摄像机的视频数据进行分析时，可以是对一个摄像机的视频数据进行分析，也可以是对多个摄像机的视频数据进行分析，并根据多个摄像机实际拍摄场景综合得到所需要的运动目标轨迹，用以确定运动目标的行为特点。在实施本发明方法的场所，预先划分出各个耗能设备的负责范围，步骤102中，所述的运动目标的行为特点为运动目标的行进方向和速度；步骤103中，根据运动目标的行进方向和速度判断运动目标将要进入某一负责范围的时间，当该时间小于预设值时，则向与该负责范围对应的耗能设备发出控制信号。根据运动目标的行进方向，只启动在行进方向上的耗能设备，而其它方向的耗能设备不启动。另外当运动目标离开某一负责范围时，关闭与该负责范围对应的耗能设备，以进一步降低不必要的能耗。例如两盏相同规格的灯相距10米，虽然两者的照明范围有重叠，可以将这两盏灯的中间作为两者负责范围的界限，如果两盏灯规格或功率相差较大，可将两者负责范围的界限略向照明范围小的那盏灯偏移，对用其它耗能设备也采用类似的原则进行划分。如何利用视频数据，识别其中的运动目标，以及对运动目标的行进方向和速度的判断是基于机器视觉的运动目标检测跟踪，可以利用一些现有的算法(例如可参见王汉斌，基于视频的目标检测与跟踪技术研究，[硕士学位论文].南京南京航空航天大学，2009)。例如可以采用运动目标检测跟踪算法，首先需要做的，是对摄像机拍摄的静态场景，进行背景建模。背景建模的主要目的是为了能够获取到现场静态的场景信息，这些场景信息应该是固定不变的，例如地面、树木、建筑等等。同时也要对这些静态场景信息不断的学习适应，以达到能够适应昼夜光照变化而带来的场景在视频中的缓慢变化，以及由于例如打开照明设备而引起的突然的光照变化带来的场景在视频中的变化。有了这些静态的场景(背景)信息，就可以通过比对，很容易的发现实际现场中与背景中不同的部分，这些不同的部分就是运动的。通过对这些运动部分的运动特点进行分析，以及对连续的运动画面中，运动部分的变化情况，就能最终确定运动的目标，准确进行跟踪，描述出其轨迹，确定其运动方向和运动速度。作为进一步的优选，步骤102中，所述的运动目标的行为特点还包括运动目标的徘徊和停留；对应的，步骤103中，对运动目标的徘徊和停留进行判定，控制徘徊区域或停留区域内的耗能设备。所述的徘徊即同一运动目标在某一范围内做至少两次的往复运动，根据其往复运动的两个端点可以定义出一个徘徊区域。
当运动目标处于徘徊状态时，仅需控制徘徊区域内的耗能设备，而对非徘徊区域的耗能设备不再按照运动目标的方向和速度进行预判及控制，直至运动目标离开徘徊区域。所述的停留即同一运动目标在指定时间内一直处于某一较小的范围内。当所述的较小的范围为具体一点时，即运动目标(原本处于运动状态)处于静止状态，指定时间可以根据需要设定，例如设为30秒或更久。所述的较小的范围也可以根据需要设定，例如设为I平方米。运动目标处于停留状态时，所处的区域即为停留区域，此时仅需控制停留区域内的耗能设备，而对非停留区域的耗能设备不再按照运动目标的方向和速度进行预判及控制，直至运动目标不再处于停留状态。—般来说对于徘徊区域和停留区域的耗能设备，由于有人员或车辆处于其中，因此耗能设备处于开启状态。作为进一步的优选，步骤102中，所述的运动目标的行为特点还包括对特定区域内运动目标的稠密程度和流量；对应的，步骤103中，对运动目标的稠密程度和流量进行判定，控制特定区域内的耗能设备。在需要实施本发明方法的场所(包括若干区域)内，结合不同区域的特点，定义出特定区域。当特定区域内运动目标的稠密程度达到阈值时，或者进入特定区域内的运动目标流量达到阈值时，就会触发对特定区域内的耗能设备进行符合该特定区域特点的特定控制模式。当然在特定区域内运动目标的稠密程度没有达到阈值时，可以对特定区域内的耗能设备进行常规的控制模式。例如将会议室定义为特定区域，与会议室关联的为会议室内的空调以及照明设备。当会议室内的运动目标达到10人或进入会议室内的运动目标达到10人时，可能是有会议召开，此时除了允许用户自行开启空调机和照明设备外，还可以通过对现场情况的监控，发出控制命令，通过智能楼宇管理系统，打开电源启动空调和照明设备。同样当人员离场后，根据现场情况自动关闭耗能设备。本发明所述的对耗能设备的控制泛指可以通过电路或其它远程控制手段对耗能设备进行的操作，包括但不限于开启、关闭、功能调节等。在对运动目标的行为特点的智能分析过程中，例如在对特定区域的耗能设备进行控制的同时，如果还考虑运动目标的徘徊或停留，那么可能会得出不同或相反的结果，因此需要对运动目标的行为特点或不同的区域设定不同的优先级。因此作为优选，最优先根据运动目标的稠密程度、流量控制特定区域内的耗能设备，其次根据运动目标的徘徊或停留控制徘徊区域或停留区域内的耗能设备，再次根据运动目标的方向和速度控制普通区域内的耗能设备。所述的普通区域就是没有被定义为制徘徊区域、停留区域或特定区域的部分。所述的普通区域与特定区域或停留区域是有可能重叠的，一旦运动目标的行为特点触发了更高一级的控制模式，对运动目标所在区域内的耗能设备就按照对应的高一级的控制模式进行控制。例如作为特定区域的会议室，当人数较少时并不触发特定控制模式，而是按照根 据运动目标的行为特点首先判断有没有徘徊区域或停留区域，如果没有，则仅根据运动目标的方向和速度控制预定范围内的耗能设备，一旦会议室人数超过阈值，对会议室内的耗能设备而按照特定控制模式进行控制，其他类似情况同理可推。所述的特定控制模式主要是指控制模式的级别，而具体控制方法可以根据需要和耗能设备的特点而定。本发明的有益效果在于I、本发明能够综合楼宇中一个或多个摄像机的拍摄信息，根据现场情况，对楼宇中的耗能设备进行统筹管理，相比传统的仅采用独立运行的节能设备，能够获得的节能效果更加显著，并且可以根据实际应用，来指定更加灵活的节能策略。2、本发明通过智能分析，确定人或车辆的运动方向和速度，并预测后续运动的方向和速度，根据这些信息来控制耗能设备的开启关闭。这种方式能够为人或车辆的运动实际情况考虑，提前照亮前方的路或者启动所需的耗能设备，大大提高了人性化的程度，克服了传统节能设备这方面的缺陷。
图I是本发明方法实施时的示意图。
具体实施例方式智能楼宇系统的应用范围越来越广泛，而节能系统和安防系统是其中非常关键的两个组成部分。当前已经有将这两者结合的实际应用案例，但结合方法仅仅停留在节能系统获取安防系统的一些简单的触发信号，例如定时信号，报警信号等等。系统依据这些信号，来按照一定的策略对耗能设备进行统筹管理。本发明不仅仅再局限于使用这些安防前端输出的定时或者报警信号，而是进一步通过网络去获取信息量最大的视频监控信息，对这些信息进行分析，从而进一步达到节能的目的，同时也使得节能控制更加人性化，克服了很多传统的单一节能设备以及简单节能系统在人性化方面不足的地方。步骤101，在实施本发明方法的场所，预先划分出各个耗能设备的负责范围，利用安装在现场各个部位的视频采集设备实时获取监控视频，主机或控制中心可以通过网络获取监控这些视频数据，这些视频数据可能来自网络摄像机、DVR、或者视频转发服务器等等。实时的获取这些视频信息，用于后续分析。步骤102，在步骤101的基础上，将获取到的视频进行智能分析，即对运动目标进行检测、跟踪和行为分析。智能分析主要为了获取运动目标的行为特点，如运动方向、速度、流量统计、徘徊以及滞留等。步骤103，获得到了运动目标的行为特点后，最为关键的就是根据这些行为特点去控制各类耗能设备，达到即节能又人性化使用的目的。如发现有人朝某个方向以正速度走去，这时可以向控制系统或者直接向照明设备发出控制命令，使人走去的那个方向上的照明设备提前点亮。人走的方向与照明设备之间的关联，在施工阶段就可以唯一确定，形成一个电子地图的关系映射，将摄像机拍摄的方向和范围以及楼体内部结构形成一个地图关系。如果人在画面中从左到右运动，那么应该将其右侧走道的灯点亮，并且在人员行走的过程中，只要不超出摄像机的监控范围，即可以根据人行走的速度和位置来提前点亮人行走前方的灯，同时熄灭其后方已经不需要的照明灯。 下面举一个例子来说明上述过程。如图I所示，是一个楼内的平面简图，网络监控摄像机3安装在楼内通道的一个拐角处，拍摄方向正对另外一个通道的岔口。本方法中对运动目标的分析以及对耗能设备的控制可以通过智能楼宇管理系统软件(以下简称管理软件)来实现，管理软件在服务器上运行，在管理软件中事先部署楼内电子地图，并将所有的通道照明灯和监控摄像机的位置信息在电子地图中标明，并据此确定灯光控制策略。如图1，当有人员走过摄像机3的监控范围时，管理软件能够获取到该画面，通过视频智能分析，能够确定出该人员的行走方向和速度。耗能设备以灯为例，首先划分各个灯的负责范围，例如灯2和灯6，两盏灯相距10米，虽然灯的照明范围有重叠，可以以灯2和灯6中间作为两者照明负责范围的界限，即人在走过灯2和灯6之间的通道时，距离灯2近，则属于灯2的照明范围，否则属于灯6的照明范围。控制策略应设定为，根据人的行进方向和速度，在人即将进入某灯的照明范围时，将该灯提前点亮，这里“即将”可以设定时间阈值(例如2秒)。人在从灯6向灯2的行进过程中，根据其移动速度，如果判定人进入灯2照明范围的时间小于2秒时，则灯2自动开启。人在奔跑情况下比正常行走速度快，所以根据人的行走方向和速度，如果满足2秒内即将进入灯6的照明范围，显然此时奔跑的人实际与灯2的距离比行走的人要远。灯的关闭策略则可以比较简单，即人离开某灯的照明范围后该灯即可关闭。当该人沿虚线所示方向行进至岔口并向右转弯时，此时管理软件通过视频分析能够确定人员的行走方向，根据电子地图中的位置关系，当人进入灯4负责范围的时间小于两秒时，将灯4点亮，而不会点亮处于另一侧的灯I。如果人在灯4的负责范围内徘徊或停留，那么即使在2秒内将要进入灯5的负责范围，由于徘徊区域的控制具有更高的优先级，因此也不会点亮灯5。除了判定目标行走速度、方向来控制照明等耗能设备外，还可以利用人员的聚集特点控制如空调等设备。例如会议室中，如果发现人员密集度不断增加，说明会议室将开始使用，此时除了允许用户自行开启空调机外，还可以通过对现场情况的监控，自动发出控制命令，通过智能楼宇管理系统，打开电源启动空调。当人员离场后，根据现场情况自动关闭耗能设备。由于楼宇中的监控摄像机是遍布大部分区域的，除了利用单独的某个监控摄像机拍摄的视频进行分析外，还可以综合多个摄像机的视频分析结果。比如运动目标走出某个摄像机的范围后，进入了另外一个摄像机的视野范围，这时可以通过联动追踪，即综合考虑对多个监控摄像机拍摄视频的分析结果，确认该人员的运动方向并继续为该人员提供连续照明。甚至加入通过对多个摄像机的人员流向进行分析，确定人员的汇集方向，判定是否是大型会议，提前开始会议室照明以及各空调等耗能设备。需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出 的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种智能化节能的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤101，获取摄像机的视频数据； 步骤102，对摄像机的视频数据进行运动目标提取，确定运动目标的行为特点； 步骤103，根据运动目标的行为特点，向耗能设备发出控制信号。
2.如权利要求I所述的智能化节能的方法，其特征在于，步骤101中,所述的摄像机至少为一个。
3.如权利要求2所述的智能化节能的方法，其特征在于，预先划分出各个耗能设备的负责范围，步骤102中，所述的运动目标的行为特点为运动目标的行进方向和速度；步骤103中，根据运动目标的行进方向和速度判断运动目标将要进入某一负责范围的时间，当该时间小于预设值时，则向与该负责范围对应的耗能设备发出控制信号。
4.如权利要求3所述的智能化节能的方法，其特征在于，步骤103中，当运动目标离开某一负责范围时，关闭与该负责范围对应的耗能设备。
5.如权利要求4所述的智能化节能的方法，其特征在于，步骤102中，所述的运动目标的行为特点还包括运动目标的徘徊和停留；步骤103中，对运动目标的徘徊和停留进行判定，控制徘徊区域或停留区域内的耗能设备。
6.如权利要求5所述的智能化节能的方法，其特征在于，所述的徘徊即同一运动目标在某一范围内做至少两次的往复运动，根据其往复运动的两个端点定义出徘徊区域，当运动目标处于徘徊状态时，仅控制徘徊区域内的耗能设备。
7.如权利要求6所述的智能化节能的方法，其特征在于，所述的停留即同一运动目标在指定时间内一直处于某一范围内，运动目标处于停留状态时，仅控制停留区域内的耗能设备。
8.如权利要求7所述的智能化节能的方法，其特征在于，步骤102中，所述的运动目标的行为特点包括对特定区域内运动目标的稠密程度和流量；步骤103中，对运动目标的稠密程度和流量进行判定，控制特定区域内的耗能设备。
9.如权利要求8所述的智能化节能的方法,其特征在于，当特定区域内运动目标的稠密程度达到阈值时，或者进入特定区域内的运动目标流量达到阈值时，对特定区域内的耗能设备进行特定控制模式。
10.如权利要求9所述的智能化节能的方法，其特征在于，最优先根据运动目标的稠密程度、流量控制特定区域内的耗能设备，其次根据运动目标的徘徊或停留控制徘徊区域或停留区域内的耗能设备，再次根据运动目标的方向和速度控制普通区域内的耗能设备。
全文摘要
本发明公开了一种智能化节能的方法，包括获取摄像机的视频数据；对摄像机的视频数据进行运动目标提取，确定运动目标的行为特点；根据运动目标的行为特点，向耗能设备发出控制信号。本发明能够综合楼宇中一个或多个摄像机的拍摄信息，根据现场情况，对楼宇中的耗能设备进行统筹管理，相比传统的仅采用独立运行的节能设备，能够获得的节能效果更加显著，并且可以根据实际应用，来指定更加灵活的节能策略。本发明通过智能分析，能够为人或车辆的运动实际情况考虑，提前照亮前方的路或者启动所需的耗能设备，大大提高了人性化的程度，克服了传统节能设备缺陷。
文档编号G06T7/20GK102830713SQ20111016089
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者权立伟 申请人:天津市亚安科技股份有限公司