本發(fā)明涉及客車空調(diào)調(diào)節(jié)，更具體地說，本發(fā)明涉及基于車內(nèi)多源信號(hào)感知的客車分區(qū)空調(diào)自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、客車空調(diào)調(diào)節(jié)是保障乘客在封閉空間內(nèi)獲得舒適乘車體驗(yàn)的重要手段，其核心功能包括溫度控制、濕度調(diào)節(jié)、新風(fēng)引入與空氣凈化，與普通建筑空調(diào)系統(tǒng)不同，客車在行駛過程中面臨外界氣候變化、車廂密閉性波動(dòng)及乘客數(shù)量動(dòng)態(tài)變化，需實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和高適應(yīng)性的環(huán)境調(diào)節(jié)。當(dāng)前主流客車空調(diào)系統(tǒng)通常采用集中式或分體式結(jié)構(gòu)，通過頂部或側(cè)部送風(fēng)方式實(shí)現(xiàn)整體溫度調(diào)控，同時(shí)輔以新風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)空氣流通。

2、現(xiàn)有技術(shù)存在的不足：客車空調(diào)控制系統(tǒng)普遍采用固定參數(shù)或單點(diǎn)感知策略，在實(shí)際運(yùn)行中，缺乏對(duì)車廂內(nèi)多源環(huán)境變化的整體感知與區(qū)域差異性調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致在乘客分布不均、行為頻繁變化或局部環(huán)境擾動(dòng)顯著時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)難以及時(shí)響應(yīng)并維持熱舒適性，易出現(xiàn)冷熱不均、通風(fēng)不足問題，而且空調(diào)控制多依賴單一溫度傳感器或粗略劃分區(qū)域，忽視溫濕度、空氣質(zhì)量與乘客行為之間的耦合關(guān)系，無法實(shí)現(xiàn)針對(duì)性送風(fēng)、精準(zhǔn)換氣與動(dòng)態(tài)凈化，易產(chǎn)生空氣調(diào)節(jié)滯后、能耗浪費(fèi)或局部舒適性不足的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，有如下方案，以解決上述背景技術(shù)中客車分區(qū)空調(diào)調(diào)節(jié)效率差的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、基于車內(nèi)多源信號(hào)感知的客車分區(qū)空調(diào)自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：

4、采集客車車廂內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性壓縮，并經(jīng)非線性壓縮統(tǒng)一尺度后映射至三維空間映射，構(gòu)建隨時(shí)間更新的微環(huán)境拓?fù)鋸埩?，確定車廂內(nèi)不同區(qū)域在不同時(shí)刻的環(huán)境狀態(tài)；

5、對(duì)微環(huán)境拓?fù)鋸埩窟M(jìn)行結(jié)構(gòu)展開，提取環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)集并計(jì)算擾動(dòng)敏感性權(quán)重，基于狀態(tài)相似性與擾動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建空間圖，執(zhí)行聚類劃分并校正邊界，輸出熱力環(huán)境空間下的分區(qū)結(jié)構(gòu)；

6、為每個(gè)分區(qū)區(qū)域構(gòu)建模糊調(diào)參與多通道控制結(jié)構(gòu)，根據(jù)模糊規(guī)則生成控制因子進(jìn)行誤差驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后生成區(qū)域控制輸出結(jié)果并進(jìn)行客車空調(diào)的控制。

7、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，采集客車車廂內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性壓縮，并經(jīng)非線性壓縮統(tǒng)一尺度后映射至三維空間映射，具體步驟包括：

8、采集客車車廂內(nèi)數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、人員分布、空氣顆粒與氣體濃度信號(hào)；

9、使用紅外熱成像探測(cè)器采集人員分布信號(hào)、使用座椅壓力傳感器采集乘客在座狀態(tài)信號(hào)，使用溫濕度傳感器采集溫度、濕度信號(hào)，使用空氣探測(cè)器采集pm2.5與二氧化碳濃度信號(hào)；

10、建立傳感器采集數(shù)據(jù)信號(hào)與車廂三維空間結(jié)構(gòu)之間的映射關(guān)系，將原始采樣信號(hào)附帶上物理坐標(biāo)與時(shí)間戳；

11、為每類信號(hào)定義響應(yīng)范圍內(nèi)區(qū)間，并根據(jù)控制靈敏度擬合壓縮函數(shù)，并使用不同的壓縮策略進(jìn)行時(shí)間解析度匹配；

12、將不同類型信號(hào)歸一壓縮到統(tǒng)一輸出區(qū)間；

13、對(duì)每類傳感器通道構(gòu)建獨(dú)立壓縮函數(shù)，獨(dú)立壓縮函數(shù)滿足單調(diào)性、局部放大性以及飽和邊界限制；

14、聚合不同類型的傳感信號(hào)為單一區(qū)塊環(huán)境狀態(tài)表達(dá)單元。

15、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，構(gòu)建隨時(shí)間更新的微環(huán)境拓?fù)鋸埩浚_定車廂內(nèi)不同區(qū)域在不同時(shí)刻的環(huán)境狀態(tài)，具體步驟包括：

16、將整個(gè)車廂按照固定空間分辨率劃分為規(guī)則三維網(wǎng)格單元，劃分規(guī)則是以長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向等距劃分；

17、將已知的狀態(tài)數(shù)據(jù)投影到整張網(wǎng)格上，并將未被直接測(cè)量的單元通過插值方法完成狀態(tài)數(shù)據(jù)的投影；

18、每個(gè)網(wǎng)格單元中匯聚溫度、濕度、紅外活動(dòng)強(qiáng)度、座椅壓力、pm2.5濃度、二氧化碳濃度的歸一化的變量，并進(jìn)行組合，形成網(wǎng)格在當(dāng)前時(shí)刻的環(huán)境表達(dá)；

19、在所有網(wǎng)格空間單元的狀態(tài)數(shù)據(jù)集成后，匯總構(gòu)成一個(gè)三維空間上多變量狀態(tài)集合作為微環(huán)境拓?fù)鋸埩浚⒃诿總€(gè)時(shí)間點(diǎn)生成一份新的微環(huán)境拓?fù)鋸埩繑?shù)據(jù)。

20、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，對(duì)微環(huán)境拓?fù)鋸埩窟M(jìn)行結(jié)構(gòu)展開，提取環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)集并計(jì)算擾動(dòng)敏感性權(quán)重，具體步驟包括：

21、對(duì)微環(huán)境拓?fù)鋸埩窟M(jìn)行結(jié)構(gòu)展開，并映射為具有空間索引的環(huán)境狀態(tài)向量集合；

22、分析各體素點(diǎn)的溫度的空間變化梯度，空氣質(zhì)量指標(biāo)、人體活動(dòng)強(qiáng)度；

23、對(duì)每個(gè)物理通道給出敏感性權(quán)重，統(tǒng)一匯總后形成體素點(diǎn)的擾動(dòng)敏感性權(quán)重值，并作為體素點(diǎn)在聚類過程中的優(yōu)先劃分因子。

24、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，對(duì)微環(huán)境拓?fù)鋸埩窟M(jìn)行結(jié)構(gòu)展開，并映射為具有空間索引的環(huán)境狀態(tài)向量集合，包括以下步驟：

25、在當(dāng)前時(shí)刻，選取狀態(tài)張量在當(dāng)前時(shí)刻的三維切片，三維切片保留所有空間體素在這一時(shí)刻的環(huán)境狀態(tài)值；

26、遍歷所有體素點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)體素點(diǎn)，將體素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的多物理量通道取出并排列形成環(huán)境狀態(tài)向量，環(huán)境狀態(tài)向量包括當(dāng)前體素的溫度、濕度、二氧化碳濃度、pm2.5濃度、座椅壓力與紅外活動(dòng)強(qiáng)度；

27、將所有體素點(diǎn)上的環(huán)境狀態(tài)向量收集，包括體素點(diǎn)所在的空間位置索引，組成一個(gè)三元組集合，三元組包含空間坐標(biāo)、環(huán)境狀態(tài)向量以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間標(biāo)簽。

28、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于狀態(tài)相似性與擾動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建空間圖，執(zhí)行聚類劃分并校正邊界，輸出熱力環(huán)境空間下的分區(qū)結(jié)構(gòu)，包括以下步驟：

29、基于擾動(dòng)敏感性權(quán)重的空間結(jié)構(gòu)聚類劃分，構(gòu)建物理一致性與調(diào)控敏感性兼具的熱力環(huán)境分區(qū)結(jié)構(gòu)；

30、將所有體素點(diǎn)在空間中建立鄰接關(guān)系，形成一個(gè)三維空間圖結(jié)構(gòu)，每一個(gè)體素點(diǎn)表示圖中的節(jié)點(diǎn)，若兩個(gè)體素點(diǎn)在三維坐標(biāo)上相鄰或處于設(shè)定的空間鄰域范圍內(nèi)，則在圖中建立邊連接；

31、為每一個(gè)圖節(jié)點(diǎn)附加兩個(gè)屬性，屬性包括環(huán)境狀態(tài)向量與擾動(dòng)敏感性權(quán)重；

32、對(duì)環(huán)境狀態(tài)向量與擾動(dòng)敏感性使用密度驅(qū)動(dòng)型或邊權(quán)演化型空間聚類算法進(jìn)行圖節(jié)點(diǎn)的區(qū)域劃分；

33、輸出熱力環(huán)境空間劃分結(jié)果，一個(gè)熱力環(huán)境空間分區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯控制單元。

34、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，為每個(gè)分區(qū)區(qū)域構(gòu)建模糊調(diào)參與多通道控制結(jié)構(gòu)，根據(jù)模糊規(guī)則生成控制因子進(jìn)行誤差驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)，包括以下步驟：

35、使用雙層控制器結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，包括模糊規(guī)則推理機(jī)制初級(jí)層與耦合pid控制器次級(jí)層；

36、獲取當(dāng)前時(shí)刻下分區(qū)區(qū)域的環(huán)境狀態(tài)向量；

37、將目標(biāo)環(huán)境狀態(tài)向量與當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)向量進(jìn)行對(duì)應(yīng)的差值運(yùn)算，得到控制通道的誤差信號(hào)，控制通道的誤差信號(hào)表示該通道當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)值與目標(biāo)環(huán)境狀態(tài)值之間的偏差；

38、將誤差信號(hào)作為控制器的輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

39、使用模糊推理為每個(gè)控制通道動(dòng)態(tài)生成調(diào)節(jié)參數(shù)，調(diào)節(jié)參數(shù)是指調(diào)節(jié)pid模塊的比例因子、積分因子與微分因子；

40、為每一個(gè)控制通道定義模糊輸入變量，模糊輸入變量包括控制誤差信號(hào)的當(dāng)前絕對(duì)值、誤差的時(shí)間變化趨勢(shì)以及環(huán)境狀態(tài)向量中紅外熱活動(dòng)分量的活動(dòng)強(qiáng)度，并分別表示當(dāng)前偏差強(qiáng)度、偏差增長(zhǎng)方向和區(qū)域擾動(dòng)頻率；

41、將模糊輸入變量離散劃分為不同語義標(biāo)簽區(qū)間，并構(gòu)建模糊推理規(guī)則庫；

42、接收當(dāng)前時(shí)刻的模糊輸入變量，根據(jù)模糊隸屬度函數(shù)計(jì)算各語義區(qū)間的匹配程度，并執(zhí)行模糊規(guī)則推理過程，生成每個(gè)通道的三個(gè)控制因子輸出結(jié)果，三個(gè)控制因子輸出結(jié)果分別為比例調(diào)節(jié)因子、積分調(diào)節(jié)因子和微分調(diào)節(jié)因子；

43、根據(jù)控制因子進(jìn)行誤差驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)。

44、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，根據(jù)控制因子進(jìn)行誤差驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)，包括以下步驟：

45、將當(dāng)前時(shí)刻區(qū)域內(nèi)的誤差信號(hào)輸入通道，并與比例調(diào)節(jié)因子相乘，計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)偏差對(duì)輸出結(jié)果的直接響應(yīng)部分并作為比例項(xiàng)；

46、對(duì)誤差信號(hào)的變化軌跡進(jìn)行累計(jì)，構(gòu)建通道的輸入內(nèi)容并作為積分項(xiàng)；

47、計(jì)算當(dāng)前誤差信號(hào)與前一時(shí)刻誤差信號(hào)之間的差值，提取誤差的變化趨勢(shì)并作為微分項(xiàng)；

48、將比例項(xiàng)、積分項(xiàng)、微分項(xiàng)三項(xiàng)疊加得到該通道的調(diào)節(jié)輸出值；

49、將溫度、濕度、氣體濃度等通道的調(diào)節(jié)輸出依次組裝，構(gòu)成分區(qū)區(qū)域的控制輸出向量并作為區(qū)域控制輸出向量。

50、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)后生成區(qū)域控制輸出結(jié)果并進(jìn)行客車空調(diào)的控制，包括以下步驟：

51、將調(diào)節(jié)后生成的區(qū)域控制輸出向量，將區(qū)域控制輸出向量映射至空調(diào)設(shè)備控制參數(shù)，根據(jù)空調(diào)設(shè)備控制參數(shù)驅(qū)動(dòng)分布式空調(diào)機(jī)組完成送風(fēng)、換氣、凈化的物理行為調(diào)節(jié)。

52、本發(fā)明基于車內(nèi)多源信號(hào)感知的客車分區(qū)空調(diào)自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

53、本發(fā)明通過采集車廂內(nèi)多類環(huán)境數(shù)據(jù)，并結(jié)合非線性壓縮函數(shù)進(jìn)行尺度歸一處理，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)在三維空間下的統(tǒng)一映射與時(shí)序組織，構(gòu)建可隨時(shí)間動(dòng)態(tài)更新的微環(huán)境拓?fù)鋸埩?，精?zhǔn)表征不同空間單元的環(huán)境狀態(tài)變化；通過對(duì)該張量進(jìn)行結(jié)構(gòu)展開，提取環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)集并引入擾動(dòng)敏感性權(quán)重構(gòu)建空間相似性圖，采用聚類算法實(shí)現(xiàn)熱力環(huán)境的自適應(yīng)區(qū)域劃分；在完成區(qū)域劃定后，為各分區(qū)配置模糊調(diào)參與多通道控制結(jié)構(gòu)，根據(jù)誤差與擾動(dòng)特征動(dòng)態(tài)生成比例、積分、微分調(diào)節(jié)因子，驅(qū)動(dòng)區(qū)域控制器生成輸出結(jié)果，并映射為空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際控制指令，實(shí)現(xiàn)區(qū)域級(jí)送風(fēng)、換氣與凈化等行為的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，提升了車廂空調(diào)控制對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境的響應(yīng)能力和局部舒適性的精細(xì)調(diào)節(jié)水平。