歷史建筑舒適度測量儀的制作方法

本發明公開了一種通用的歷史建筑舒適度測量技術。發明通過無線傳感器網絡技術，在高精度定位基礎上形成歷史建筑內式功能區物理參數獲取，形成歷史建筑舒適度計算顯示。發明涉及無線傳感器網絡技術、舒適度算法軟件技術、傳感器技術與arm芯片技術、顯示技術，涉及到歷史建筑環境學、網絡技術、傳感技術以及軟件技術領域。傳感器網絡通過將歷史建筑內、外環境中溫度、濕度、風速與亮度、顆粒密度參數融合，形成歷史建筑的生活舒適度、工作舒適度與綜合舒適度。本發明可以快速、客觀的為歷史建筑的宜居性與質量評介提供測量級設備。

歷史建筑的舒適度測量是當前對歷史建筑評介標準化的需求滿足。歷史建筑的大量出現與歷史建筑的可居住性的評介了，適合人類居住的指標與對不同歷史建筑環境中，人體普遍舒適度的測量需求十分迫切，如在新建歷史建筑的居住質量，歷史建筑的發展研究以及對歷史建筑的設計規劃上，均具有巨大的應用需求。本發明可以通過對歷史建筑的環境物理參數的測量，快速形成對歷史建筑的舒適程度計算與測量。

背景技術：

舒適度的測量有傳統物理儀器探測方法[t1]、人體體驗方法adam[２]、個體的舒適度測量[３,4]。所進行的舒適度是以個體體驗為核心計算形成的，所形成的舒適度是點式測量完成的，測量中出現的精度差、代表性不均勻、測量周期長的缺點。熱量測試人體舒適度模型是adam（高級熱量人體模型），一般用來檢測飛機和車輛的各種短暫的環境變化,adam是由國家可再生資源實驗室研制的，用來檢測車輛和飛行器內的各種短暫的環境變化。adam有126個獨立的發汗區，可以高度精確的模擬人在不同的條件下的感覺和舒適度。模型模擬不同的環境氣候條件下，人的各種反映(出汗，呼吸)。成本極高且單純表現的是微小尺度（環境）人體舒適度。本發明屬于中小尺度區域舒適度的測量技術，能夠低成本測量區域舒適度，達到對區域中人類為對象的環境舒適度測量。

[文獻與產品資料]：

[１]雷衛延,敖振浪,楊志健等.舒適度測量儀探測系統開發.氣象科技.2013年10月:960-963；

[２]肖晶。基于人體舒適度指數負荷特性分析方法的研究.《東南大學》2005年碩士論文；

[３]b+人體舒適度的綜合評價問題.第六屆大學生數學建模競賽(東南大學組)；

[4]劉顏,于佐軍.基于嵌入式技術的人體舒適度指數測量系統開發.2011年中國石油大學碩士論文。

技術實現要素：

本發明公開了一種標準化探測歷史建筑舒適性的電子計算機產品技術。發明涉及無線傳感器網絡技術、舒適度算法軟件技術、傳感器技術與arm芯片技術、顯示技術，涉及到歷史建筑環境學、網絡技術、傳感技術以及軟件技術領域。傳感器網絡采集歷史建筑內、外環境的溫度、濕度、風速與亮度、顆粒密度參數，網絡同時具有10cm高精度定位，將歷史建筑的建筑結構與傳感參數融合，形成功能區舒適度計算值，不同功能區的舒適度結構形成歷史建筑的生活舒適度、工作舒適度與綜合舒適度，并顯示三類舒適度的值，同時顯示出歷史建筑的修繕建議，以提高歷史建筑舒適度。

本發明由測量部署、探測網絡與舒適度算法三個部分組成。

部署方法

其中測量部署是由二個過程組成：

先是確定歷史建筑的主要五個功能房間（臥室、廳堂、廚房、衛生間或貯藏室、院落或陽臺）與相應數量，并確定功能房間的必要器具或家俱完整；

再是對歷史建筑的功能房間按要求部署節點，部署方法按節點功能對應編號部署。編號方法如下：

依房間功能號編號為a、b、c……，表示房間的功能數量；

依傳感器的類型與數據采集時間周期t編號1(t)、2(2t)、3(3t)、4(4t)、……

定義最大周期（傳感器數量）為所有傳感器的平均周期２倍取整t；

則傳感器節點編號為房間功能號_傳感器編號。并以此為節點標識（ｉｄ）。

測量技術

歷史建筑舒適度測量儀由探測參數網絡a與舒適度計算器b組成。探測網絡a由具有高精度定位的無線傳感器網絡組成，網絡完成溫度、濕度、風速、亮度、顆粒密度傳感參數獲取，并通過定位參數與時間參數、歷史建筑功能區id形成數據報文。數據報文傳送到計算器b進行生活舒適度、工作舒適度與綜合舒適度計算，并顯示出影響舒適度的歷史建筑修繕建議。本發明電路由無線傳感器節點與arm芯片計算器組成。原理框架如圖1所示。

圖1中部件①為點舒適度、②為舒適度修正值無線傳感器測量單元，用于采集確定位置的物理傳感器數據。數據采集（定位與時間、傳感參數、節點（功能）id）后傳送到本歷史建筑測試網絡的管理節點，管理節點負責本歷史建筑測試節點的數據收集與遠程傳送。數據由管理節點傳送到歷史建筑舒適度計算③。③負責接收來自①的數據，形成功能間的舒適度數值。舒適度修正④值由主觀舒適度計算④形成，由部件②提供數據，進行計算。計算系統⑤完成整個歷史建筑的多功能間與歷史建筑內主要器件數量的計算，形成歷史建筑舒適度輸出顯示⑦。功能器件完整系數⑥是指歷史建筑內非建筑結構的家俱與設施，數量由歷史建筑使用對象確定，一般系數人為設定為１（滿足使用）與0.5（不滿足使用）。舒適度計算顯示器⑧由如圖五個部分組成。

測量技術中的①②由通用傳感器節點組成。傳感器節點之間使用測距確定之間的距離。通過傳感器擴展板增加了超聲、紅外、激光測距傳感器，測距數據由編碼測距形成，如圖２節點的多測距傳感器板載電路框架。

歷史建筑的一個功能性的網絡由３到２０個節點組成，其中至少包括一個管理節點，負責測距原點校準、距離確認、節點功能id定義、數據校驗與數據遠程通信功能，管理節點是錨節點。單元數據采集網絡如圖３所示。

節點形成的數據發送到管理節點，由于管理節點的位置是已經知道并確定的，稱之為錨點。其它節點與自己管理節點進行精確定位，形成數據集發送到管理節點，管理節點將收集到的數據形成本功能區數據，傳送到計算顯示器⑧進行計算。計算顯示器由arm９組成計算核心電路，集成傳感器網絡節點與sink功能（中央數據收集），進行計算。如圖４為計算顯示器的電路框架。

點舒適度算法由公式[３，４]進行計算獲取點值?i，i為歷史建筑內功能房間數量，即測量網絡在時刻tk產生i個舒適度值。且取歷史建筑內器件完整度為1，功能間對于計算對象的重要性權值為ξi，那么歷史建筑的無修正值的舒適度?計算公式為公式一，詳見附圖6。

值為△?并由氣體參數與照度、顆粒密度形成，并由固化在ｒｏｍ中數據庫經過計算形成，算法偽代碼如下：

[舒適度修正值形成算法]

；ｒｏｍ中具有多種氣體與照度、顆粒密度閾值對應修正值表

；輸入傳感網絡獲取的數據（參數集）

；對應每功能間或歷史建筑網絡的數據，查詢獲得對應閾值△?氣體、△?照度、△?顆粒密度

；對每功能間修正值△?i=△?氣體+△?照度+△?顆粒密度

；結束

則歷史建筑的舒適度計算值為修正值由照度值、顆粒密度與氣體參數（二個）的閾值集合形成，以每功能間的修正值形式對功能間舒適度進行修正計算。具有修正的歷史建筑舒適度計算為最終輸出值，計算公式為公式二，詳見附圖7。其中△?i取值范圍為[-0.5,0.5]。

計算結果由lcd顯示屏顯示，并形成當前實時舒適度、一年周期舒適度曲線與當前環境日平均舒適度值顯示。顯示界面如圖５所示。

產品相比較傳統的測試儀與方法，具有明顯的不同，與進步。表1例出了其它產品與本發明的測試比較結果，并例出了在測量周期（時間）、精度與人體驗、成本的比較結果，結果顯示本發明具有明顯的不同，技術測試所給出的結果說明了產品的本質差異。具有測量周期極短、精度與體感一致性達到81%（傳統是47%）、成本極低。

附圖說明：

圖1歷史建筑測試儀結構框架原理圖；

圖2帶測距多傳感器板載電路框架；

圖３歷史建筑數據采集網絡單元；

圖４計算顯示器電路框架；

圖5歷史建筑舒適度綜合顯示界面；

圖6公式一；

圖7公式二。