基于计算机视觉的按需供气空调节能研究

【摘要】： 近年来,随着我国经济和城市建设的高速发展,建筑能耗在社会总能耗中的比重逐年上升,许多城市不同程度地出现了电力紧张等能源问题,而空调系统作为建筑的能耗大户,其能耗问题日益突出。所以,针对能源供应日趋紧张和人们对室内空气的品质要求提高等问题,如何在保持空调区域舒适度的前提下,最大限度地降低空调能耗是当前迫切需要解决的问题。 而本文研究的基于计算机视觉的按需供气空调节能控制,是一种基于“供求”关系的空调节能控制方案,对空调的节能控制具有十分重要的理论意义和应用价值。通过引入全方位视觉传感器作为检测手段,获得实际的“需”,其中“需”代表室内实际人数,并根据实际的“需”进行实时的节能控制,从而尝试解决现有空调节能控制方式存在的不舒适,不迅速,不节能等问题。 本文首先分析了目前空调的节能潜力,探讨如何在舒适和节能方面进行按需供气,提出了在满足最大的舒适度和健康的情况下如何挖掘空调的节能潜力的检测和控制方法;然后,根据两种不同的空调节能对象,提出了不同的节能控制方案;其中中央空调的节能控制根据实际检测的“需”的结果直接调整气源容量以及调节新鲜空气阀的大小;普通大功率空调的按“需”控制方案通过引入占空比控制技术来实现空调的按“需”控制,而占空比控制技术是一种能在不影响人的舒适性情况下能最大限度发挥现有空调节能潜力的技术。而针对不同的空调的节能对象虽存在不同的节能控制方案,但按“需”供气的空调节能的核心问题都是如何实现室内人数的统计,因此本研究将从图像获取和图像处理手段着重介绍如何实现“需”的检测。 而针对实现“需”的检测方案中,本文首先建立固定背景的背景模型和自适应高斯混合背景模型,对视频序列进行前景目标的提取,以实现静态与动态的运动目标检测。然后,设计了基于全方位视觉传感器特征的人体矩形模型建立的方案,对人体目标进行面积属性与形状属性的判断,以及结合投影分析与人脸肤色检测算法统计出室内人数;同时根据室内的人数给出实时的占空比控制曲线。最后,本文开发了基于Java语言的空调节能控制实验系统,并详细介绍各个模块的实现步骤,并在不同的环境进行测试。实验证明该系统计算量小,实时性强,具有较好的鲁棒性。 【关键词】：按需供气 空调节能 全方位视觉传感器 人数统计 矩形模型 占空比控制
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-26
• 1.1 课题背景13-15
• 1.2 国内外研究现状15-22
• 1.2.1 基于计算机视觉的按需供气空调节能控制技术15-16
• 1.2.2 基于占空比控制的空调节能控制技术16-17
• 1.2.3 基于计算机视觉的人数统计17-22
• 1.3 研究目的和意义22-23
• 1.4 研究内容23-24
• 1.5 论文章节安排24-26
• 第2章 基于全方位视觉传感器的空调节能系统总体设计26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 系统设计思想26-28
• 2.3 系统构架28
• 2.4 硬件设计28-32
• 2.4.1 全方位视觉传感器28-30
• 2.4.2 嵌入式系统30-32
• 2.5 软件设计32-35
• 2.5.1 总体架构32
• 2.5.2 主要功能模块介绍32-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 人数统计算法研究36-57
• 3.1 引言36
• 3.2 图像预处理36-39
• 3.3 前景目标提取39-47
• 3.3.1 背景消除40-43
• 3.3.2 阴影消除43-45
• 3.3.3 数字形态处理45
• 3.3.4 连通区域标识45-46
• 3.3.5 二值图匹配46-47
• 3.4 人体对象识别47-56
• 3.4.1 人体矩形模型建立48-50
• 3.4.2 面积与形状判断50-52
• 3.4.3 人体投影分析52-55
• 3.4.4 人体肤色判断55-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第4章 按需供气节能控制策略研究57-63
• 4.1 引言57
• 4.2 中央空调节能控制策略57-58
• 4.3 大功率空调控制策略58-62
• 4.3.1 占空比控制原理58-59
• 4.3.2 按需供气控制策略59-61
• 4.3.3 平均错开削峰控制策略61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 系统实现63-70
• 5.1 引言63
• 5.2 系统软硬件设置以及相关技术63-64
• 5.3 具体模块实现64-66
• 5.3.1 视频采集模块64
• 5.3.2 前景目标提取模块64-65
• 5.3.3 人体对象识别模块65-66
• 5.3.4 占空比控制曲线输出模块66
• 5.4 程序界面与说明66-69
• 5.4.1 主界面66-67
• 5.4.2 菜单栏67-68
• 5.4.3 功能实现68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第6章 实验结果与分析70-76
• 6.1 引言70
• 6.2 人数统计实验70-73
• 6.3 基于室内人数的节能控制实验73-75
• 6.4 本章小结75-76
• 第7章 总结与展望76-79
• 7.1 总结76-77
• 7.2 展望77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果84

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