一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统及方法

技术特征：
1.一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统，其特征在于，包括数据采集系统、信息处理系统、移动控制系统、智能语音交互系统和末端控制系统，其中：数据采集系统用于采集控制区域内的人员姿态、面部皮肤温度和定位，喷雾降温风扇的初始定位、室外空气温度和湿度与地面温度，并将室外空气温度与室外空气温度阈值进行比较，当室外空气温度大于室外空气温度阈值则将上述数据信息传输至信息处理系统；信息处理系统用于获取数据采集系统采集的数据信息，并对数据信息进行优化得到群体热感觉值、喷雾降温风扇最佳位置和喷雾降温风扇移动的实时避障信息，对群体热感觉值与群体热感觉阈值进行比较，当群体热感觉值大于群体热感觉阈值时，信息处理系统通过喷雾降温风扇初始定位、喷雾降温风扇最佳位置和喷雾降温风扇移动的实时避障信息获取喷雾降温风扇移动最优路线，并将喷雾降温风扇移动最优路线信息传输至移动控制系统，将群体热感觉值传输至末端控制系统；移动控制系统用于根据喷雾降温风扇移动最优路线和喷雾降温风扇移动的实时避障信息控制喷雾降温风扇移动到最佳位置，并将移动控制系统的位置信息传输至智能语音交互系统；智能语音交互系统用于获取喷雾降温风扇的位置信息并对喷雾降温风扇周围的人员进行开启喷雾和/或风扇的询问，获取的人员语音指令传输至末端控制系统；末端控制系统用于获取人员语音指令，并根据群体热感觉值对喷雾降温风扇的开度进行控制。2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统，其特征在于，所述数据采集系统包括人员数据采集模块、环境数据采集模块和定位模块，其中：人员数据采集模块包括设置在喷雾降温风扇顶部的摄像头和红外温度传感器，摄像头用于获取人员姿态的数字图像矩阵、人员分布与人员密度信息和人员面部皮肤温度，红外温度传感器用于与摄像头一起获取人员面部皮肤温度；环境数据采集模块包括在喷雾降温风扇顶部太阳能光伏发电板下的空气温度传感器、空气湿度传感器、红外温度传感器，空气温度传感器用于采集控制区域内喷雾降温风扇附近的空气温度信息，空气湿度传感器用于采集控制区域内喷雾降温风扇附近的空气湿度信息，红外温度传感器用于采集控制区域内喷雾降温风扇附近的地面温度信息；定位模块包括喷雾降温风扇定位器和超声波测距仪，喷雾降温风扇定位器用于运用gps采集喷雾降温风扇定位信息，超声波测距仪用于获取人员与喷雾降温风扇之间相对距离，并将相对距离和人员分布与人员密度信息结合得到人员在地图中的定位。3.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统，其特征在于，所述信息处理系统包括优化检测模块、最优路线选择模块和超声波避障模块，具体的：优化检测模块用于对采集到的人员面部皮肤温度、控制区域内室外空气温度和湿度、地面温度与人体热感觉之间的数学模型进行修正，得到每个人的热感觉值，并通过模糊综合评价方法将控制区域内每个人的热感觉值整合得到群体热感觉值，当群体热感觉值大于群体热感觉阈值时，将群体热感觉值传输至超声波避障模块、最优路线选择模块和末端控制系统；超声波避障模块用于发射和接收超声波信息，得到喷雾降温风扇、人员和障碍物之间
的距离信息从而得到喷雾降温风扇移动的实时避障信息以及人员在控制区域中的定位坐标，并将定位坐标中人员数量最多的区域设定为目标区域，目标区域周围0.5米并距离喷雾降温风扇初始定位最近的位置为喷雾降温风扇最佳位置，将喷雾降温风扇移动的实时避障信息与喷雾降温风扇最佳位置信息发送至最优路线选择模块；最优路线选择模块用于获取喷雾降温风扇移动的实时避障信息与喷雾降温风扇最佳位置信息并通过蚁群算法计算得到从喷雾降温风扇初始定位到喷雾降温风扇最佳位置的最优路线，并将最优路线信息传输至移动控制系统。4.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统，其特征在于，末端控制系统接收智能语音交互系统获取的开启风扇和/或喷雾装置的人员语音指令时，末端控制系统按照优化检测模块得到的群体热感觉值对应的风扇档位和喷雾水流量阀开度调节风扇和/或喷雾的开度；末端控制系统接收智能语音交互系统获取的关闭喷雾降温风扇或喷雾装置的人员语音指令，或获取的群体热感觉值小于群体热感觉阈值时，末端控制系统控制风扇和/或喷雾装置关闭。5.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统，其特征在于，还包括生物实时机器学习系统，生物实时机器学习系统用于存储人员面部皮肤温度、室外空气温度、室外空气湿度、室外地面温度、群体热感觉值、人员分布信息、喷雾降温风扇移动最优路线以及调控后的风扇档位和/或喷雾水量信息，并根据上述数据得到人员活动区域偏好与群体热偏好。6.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统，其特征在于，还包括报警系统，所述报警系统用于对喷雾降温风扇水箱的水位信息和蓄电池的剩余电量信息进行报警与警示，当水箱存水量不足30％和/或蓄电池的剩余电量不足20％时报警系统进行报警，信息处理系统获取报警信息并根据喷雾降温风扇的定位信息，利用蚁群算法得到喷雾降温风扇从此位置到储水室的最优路线并传输至移动控制系统，移动控制系统驱动喷雾降温风扇移动至储水室。7.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统，其特征在于，喷雾降温风扇还包括地面降温系统，所述地面降温系统用于对控制区域内的室外地面进行降温，1)当智能语音交互系统直接获取的人员指令为开启风扇和/或喷雾的人员语音指令时，所述地面降温系统不开启；2)当数据采集系统采集到的室外空气温度不大于室外空气温度阈值，或未捕捉到人员热姿态，或信息处理系统得到的群体热感觉值不大于群体热感觉阈值或末端控制系统获取的是不需要开启风扇和/或喷雾的人员语音指令，则数据采集系统获取室外地面温度并与室外地面温度阈值进行对比，当室外地面温度大于室外地面温度阈值时，数据采集系统将控制区域地图划分为1*1m2个小方格，获取每个小方格中心温度，得到所有室外地面温度超过室外地面温度阈值的小方格；信息处理系统获取喷雾降温风扇此时定位信息，使用蚁群算法得到从喷雾降温风扇此时定位并经过需要降温的小方格中心点的最优路线；移动控制系统根据喷雾降温风扇移动最优路线控制喷雾降温风扇移动，同时地面降温系统控制喷雾降温风扇的地面喷雾开启为地面降温；
当喷雾降温风扇达到最终位置时移动控制系统控制喷雾降温风扇停止移动，地面降温系统控制地面喷雾关闭；当数据采集系统获取的室外地面温度小于室外地面温度阈值时，地面降温系统不开启。8.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统，其特征在于，所述群体热感觉值tsv
q
的计算公式为：tsv
q
＝a1tsv1 a2tsv2
…
a
n
tsv
m
其中，tsv
q
为控制区域内的群体热感觉值，为控制区域内每个人实时热感觉的线性函数；a
n
—第m个人热感觉值权重因子，代表第m个人的热感觉值对群体热感觉值的影响程度，对于夏季室外热环境区域调控，区域内所有人员的权重可设置为均等，即若控制区域内某人员热感觉值超过上限阈值，则将此人员权重因子适当提高，以优先满足此人员的热舒适性；tsv
n
—第m个人的实时热感觉值；群体热感觉值与风扇和/或喷雾开度的对应关系具体如下：群体热感觉值与风扇和/或喷雾开度的对应关系具体如下：9.一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1获取喷雾降温风扇控制区域的地图信息，室外空气温度、湿度，地面温度，将室外空气温度与室外空气温度阈值进行对比，若室外空气温度大于室外空气温度阈值，则进行步骤s2；s2获取喷雾降温风扇控制区域的视频信息，判断控制区域内是否有人员活动并判断活动人员的热姿态，若控制区域内有人员出现热姿态，则获取人员面部皮肤温度；s3根据人员面部皮肤温度、室外空气温度、室外空气湿度与地面温度得到人体热感觉值，获取控制区域中所有人员的人体热感觉值得到控制区域内的群体热感觉值，将群体热感觉值与群体热感觉阈值进行对比，若群体热感觉值大于群体热感觉阈值，则进行步骤s4；s4、获取人员在控制区域内二维定位坐标以及喷雾降温风扇的初始定位，以控制区域内人员数量最多的区域为目标区域，用矩形框将目标区域内人员框在矩形边框上及边框内，选取矩形框外0.5米并距喷雾降温风扇初始定位最近的位置为喷雾降温风扇最佳位置，通过蚁群算法得到移动式喷雾降温风扇从初始定位到喷雾降温风扇最佳位置的最优路线；s5根据最优路线控制喷雾降温风扇移动至喷雾降温风扇最佳位置；s6询问目标区域内人员是否开启风扇、是否开启喷雾；s7若需要开启风扇和/或喷雾，则控制风扇和/或喷雾开启到群体热感觉值对应的档位
和/或流量。10.根据权利要求9所述的一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s8若步骤s1室外空气温度不大于室外空气温度阈值、或步骤s2未捕捉到人员热姿态、或步骤s3群体热感觉值不大于群体热感觉阈值，但需要开启风扇和/或喷雾时，不比较地面温度与地面温度阈值；s9若步骤s1室外空气温度不大于室外空气温度阈值、或步骤s2未捕捉到人员热姿态、或步骤s3群体热感觉值不大于群体热感觉阈值、或步骤s6不需要开启风扇和喷雾时，则比较地面温度与地面温度阈值，若地面温度大于地面温度阈值，则进行步骤s10：s10将控制区域地图划分为1*1m2个小方格，获取每个小方格中心温度，得到所有室外地面温度超过室外地面温度阈值的小方格，获取喷雾降温风扇此时的定位信息，使用蚁群算法得到从喷雾降温风扇此时定位并经过需要降温的小方格中心点的最优路线；s11控制喷雾降温风扇按照最优路移动并对地面进行降温。

技术总结
本发明公开了一种基于计算机视觉技术的喷雾降温风扇控制系统及方法，数据采集系统通过多种非接触式测量方式对热环境中人员热舒适进行实时监测，提高了采集信息的准确性和实时性，达到人体热舒适和节能；通过信息处理系统实时根据人体皮肤温度和热感觉信息对喷雾降温风扇的风量与喷雾量进行调节，对喷雾降温风扇进行移动路线规划，通过移动控制系统使喷雾降温风扇移动到最优降温及喷雾地点，使喷雾降温风扇移动性增强、灵活性提高，通过智能语音交互系统和末端控制系统对喷雾降温风扇的开启进行智能化与人性化控制，使环境中的人员真正成为控制环境温度优化设备喷雾降温风扇的主体，从而对人员进行精准降温，快速满足热环境调控与人员热需求。环境调控与人员热需求。环境调控与人员热需求。


技术研发人员：杨斌 郭钰耀 王菲 高锦夏 张珂 盖雅雯 郭瑞琪
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：2022.03.31
技术公布日：2022/7/1