一种建筑室内环境自适应调节系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提出一种建筑室内环境自适应调节系统及控制方法。本发明专利技术能够通过信息采集模块，监测使用者睡眠状态下的人体呼吸频率、呼吸幅度、心率、血压、血氧饱和度、在位离位状态；通过卷积神经网络建模，解析监测数据，识别建筑使用者体态，同时结合室内物理环境传感器采集的室内环境数据；应用BP人工神经网络建模技术，构建多维参数梯度学习模型预测建筑使用者当前光热舒适状态，生成平衡建筑能效与光热舒适的室内环境调节策略，并通过物联网联动暖通空调和照明系统进行调节。本发明专利技术能够保证使用者睡眠安全的同时，非接触式地判断使用者在睡眠中的热舒适度情况，通过智慧、精准地建筑室内环境调节，营造低能耗、高舒适的室内建成环境。境。境。

【技术实现步骤摘要】
一种建筑室内环境自适应调节系统及控制方法


[0001]本专利技术属于室内环境自适应调节
，特别是涉及一种建筑室内环境自适应调节系统及控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，睡眠问题获得越来越多的关注，睡眠不足和丧失可能会增加各类心血管疾病、肥胖、糖尿病的风险，损害情绪调节和认知能力、提高多种疾病发病率，甚至增加死亡风险。当前的睡眠质量监测技术大多使用接触式监测设备监测呼吸、心率等生理指标，设备穿戴可能对睡眠造成干扰，且较少的生理数据判断睡眠质量误差较大，应结合睡眠行为提高判断准确性；广泛采用的视频行为监测有隐私泄露的风险。此外，市面上有智能手环、居家安全监测产品等生理指标监测技术，但其中大部分技术测量范围较小、精度较低、对测量场景的要求高，不具备精准性与全面性。
[0003]近年来，毫米波雷达、光纤BCG感知技术的发展为睡眠行为感知提供了新的技术支点。工作频率为76
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81GHz的毫米波雷达可以连续发射调频信号，以实时测量距离、角度和速度的变化；能够检测小至零点几毫米的移动，可以精确的监测10米范围内脉搏与呼吸等生理行为引起的微小位移，同时还能实现多目标的生理指标与动作监测。具有体积小、质量轻、空间分辨率高、高精确度、抗干扰能力强等特点。光纤BCG传感技术具有非接触、无感监测、医疗级的高准确度、抗干扰等优势，光纤BCG传感器可安装在座椅、床垫、枕头等载体内，监测人体生命活动所产生的微弱压力，进而计算出呼吸频率、呼吸幅度、心率、血压、在位离位、睡眠质量、疲劳程度等生命体征。
[0004]但是，上述技术主要是围绕对使用者的生理指标监控，虽然能够在建筑使用者出现不舒适症状时进行感知，但是仍无法提前预知可能出现的建筑使用者睡眠行为不舒适风险。既有研究表明，热环境是影响睡眠质量的重要因素之一，舒适的热环境能有效改善睡眠质量。然而，睡眠环境下人体实际的热舒适度很难直接取得，目前的热舒适度计算方式针对个体而言可能存在较大误差，完全依靠自动调节易造成室内热舒适度与个体需求的较大差异、能源浪费等现象，缺少针对个体使用者的热舒适度进行判断并反馈调节的方法。炎热和寒冷天气下室内空气温、湿度，空气品质等物理环境需要暖通空调设备等人工措施进行改善，以满足热舒适需求，但频繁的室内物理环境调节会大幅增大建筑运维能耗，不符合我国碳达峰与碳中和战略目标导向。
[0005]如何通过对建筑使用者睡眠行为和热舒适度的非侵入感知来精准调节建筑室内温度、湿度、空气品质，以低能耗实现高舒适度环境营造已成为我国人居环境营造的关键问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种建筑室内环境自适应调节系统及控制方法。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种非侵入式感知使用者睡眠行为和光热舒适的建筑室内环境自适应调节系统，所述系统具体包括：
[0008]信息采集模块：所述信息采集模块包括毫米波雷达传感器、BCG传感器、近红外光谱吸光探测仪和室内物理环境传感器；毫米波雷达传感器用于监测建筑使用者呼吸、心率和睡姿，并生成多普勒热图；近红外光谱吸光探测仪监测血氧饱和度；BCG传感器用于监测使用者心率、呼吸频率、呼吸幅度、血压和在位离位情况；各所述室内物理环境传感器用于监测室内外物理环境信息；
[0009]通信模块：所述通信模块包括蓝牙模块、WIFI模块和蜂窝通信模块；通信模块连接信息采集模块、数据处理模块和执行模块；
[0010]数据处理模块：用于综合使用者体态姿势信息和同时段环境采集信息，判断使用者的即时光热舒适度感受，生成相应的调节指令，并发送至对应的执行模块；根据测得的呼吸频率、呼吸幅度、心率、血压和血氧饱和度判断使用者疾病发作状态，进行预警；
[0011]执行模块：所述执行模块包括室内物理环境调节器和报警器，室内物理环境调节器根据数据处理模块输出的调节指令，启动室内光热环境相关设备，调节室内环境；报警器用于识别疾病发作状态后进行警报。
[0012]进一步地，所述判断使用者的即时光热舒适度感受，具体为：通过卷积神经网络建模，解析监测数据，识别建筑使用者体态，同时结合室内物理环境传感器采集的室内环境数据，应用BP人工神经网络建模技术，构建多维参数梯度学习模型预测建筑使用者当前光热舒适状态。
[0013]进一步地，所述信息采集模块毫米波雷达悬挂于建筑空间天花板上，保证在使用者正常进入睡眠的条件下，所述毫米波雷达位于其正上方，以提高采集数据的准确性；BCG传感器位于睡眠平面内或下方；近红外光谱吸光探测仪须位于指尖，根据使用者需求选择性佩戴。
[0014]本专利技术提出一种非侵入式感知睡眠行为和光热舒适度的室内环境控制方法，该方法采用所述的建筑室内环境自适应调节系统，具体包括如下步骤：
[0015]步骤S1、安装应用于使用者睡眠条件下的建筑室内环境自适应调节系统并输入原始环境参数及用户参数；
[0016]步骤S2、运行所述应用于使用者睡眠条件下的建筑室内环境自适应调节系统，设定某一固定时间间隔，利用信息采集模块记录的睡眠中的使用者的体态变化和呼吸、心率、血压、血氧饱和度数据作为基础用户生理指标计算数组，记录该时段内室内外物理环境指标作为基础光热指标计算数组；
[0017]步骤S3、结合基础计算数组，输出基于使用者呼吸频率、呼吸幅度、心率、血压、血氧饱和度和体态变化的初始数据集，计算当前的光舒适程度和热舒适程度，生成相应的室内环境调节指令；以及根据呼吸频率、呼吸幅度、心率、血压和血氧饱和度判断当前人体是否处于疾病发作状态，进入相应预警状态；
[0018]步骤S4、响应于室内环境调节指令，根据需调节的室内物理参数，相应调节器分别运行至所述系统判断使用者已处于舒适状态，实现基于使用者舒适度的室内环境自适应控制。
[0019]进一步地，所述步骤S2中，优先运行BCG传感器，利用BCG传感器判断使用者在位离
位情况；若在位，则启动全部生理监测设备，执行后续步骤；若离位，则关闭其他生理监测设备，仅保留BCG传感器，室内环境保持在节能状态。
[0020]进一步地，所述步骤S3中，若需要调节室内热环境，则调节方式的判断基于瞬时调节幅度和节能考虑；在使用者身体条件和室外物理条件允许的情况下，优先采用开窗通风低能耗措施，在条件不允许或只依靠该类措施无法完成调节的情况下，进行依托于室内电气设备的调节；
[0021]若需要调节室内光环境，通过遮阳系统和照明系统完成；
[0022]若不需要调节室内环境，用户已经达到舒适状态，记录对应的室内物理参数，多次修正得到基于用户个人偏好的舒适多边形范围。
[0023]进一步地，所述步骤S3中，若当前用户的异常动作或生命体征异常数据支持所述系统做出用户已处于疾病发作状态的判断，则向用户发出警告信息；并将当前用户实时数据储存在用户个性化健康数据档案中，长期记录并对比使用者睡眠过程中的生命体征，用于提前发现身体异常，通过机器自学习不断修正，构建用户个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非侵入式感知使用者睡眠行为和光热舒适的建筑室内环境自适应调节系统，其特征在于，所述系统具体包括：信息采集模块：所述信息采集模块包括毫米波雷达传感器、BCG传感器、近红外光谱吸光探测仪和室内物理环境传感器；毫米波雷达传感器用于监测建筑使用者呼吸、心率和睡姿，并生成多普勒热图；近红外光谱吸光探测仪监测血氧饱和度；BCG传感器用于监测使用者心率、呼吸频率、呼吸幅度、血压和在位离位情况；各所述室内物理环境传感器用于监测室内外物理环境信息；通信模块：所述通信模块包括蓝牙模块、WIFI模块和蜂窝通信模块；通信模块连接信息采集模块、数据处理模块和执行模块；数据处理模块：用于综合使用者体态姿势信息和同时段环境采集信息，判断使用者的即时光热舒适度感受，生成相应的调节指令，并发送至对应的执行模块；根据测得的呼吸频率、呼吸幅度、心率、血压和血氧饱和度判断使用者疾病发作状态，进行预警；执行模块：所述执行模块包括室内物理环境调节器和报警器，室内物理环境调节器根据数据处理模块输出的调节指令，启动室内光热环境相关设备，调节室内环境；报警器用于识别疾病发作状态后进行警报。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述判断使用者的即时光热舒适度感受，具体为：通过卷积神经网络建模，解析监测数据，识别建筑使用者体态，同时结合室内物理环境传感器采集的室内环境数据，应用BP人工神经网络建模技术，构建多维参数梯度学习模型预测建筑使用者当前光热舒适状态。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信息采集模块毫米波雷达悬挂于建筑空间天花板上，保证在使用者正常进入睡眠的条件下，所述毫米波雷达位于其正上方，以提高采集数据的准确性；BCG传感器位于睡眠平面内或下方；近红外光谱吸光探测仪须位于指尖，根据使用者需求选择性佩戴。4.一种非侵入式感知睡眠行为和光热舒适度的室内环境控制方法，其特征在于，该方法采用权利要求1
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3任一项所述的建筑室内环境自适应调节系统，具体包括如下步骤：步骤S1、安装应用于使用者睡眠条件下的建筑室内环境自适应调节系统并输入原始环境参数及用户参数；步骤S2、运行所述应用于使用者睡眠条件下的建筑室内环境自适应调节系统，设定某一固定时间间隔，利用信息采集模块记录的睡眠中的使用者的体态变化和呼吸、心率、血压、血氧饱和度数据作为基础用户生理...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩昀松，孙澄，白肇涵，崔稀然，齐思铭，段殊凡，郭天仪，董琪，张洪瑞，孙锐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：