本發(fā)明涉及通風(fēng)換氣檢測，更具體地，涉及一種基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法。

背景技術(shù)：

1、室內(nèi)通風(fēng)換氣效率是室內(nèi)環(huán)境健康的重要影響因素，室內(nèi)通風(fēng)換氣效率評價(jià)主要利用建筑或衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的指標(biāo)如通風(fēng)換氣次數(shù)或新風(fēng)量來評價(jià)，通風(fēng)換氣次數(shù)和新風(fēng)量兩個(gè)指標(biāo)是通過換算關(guān)系獲得，傳統(tǒng)的方法主要是依靠示蹤氣體法檢測實(shí)驗(yàn)計(jì)算通風(fēng)換氣次數(shù)，再通過通風(fēng)換氣次數(shù)結(jié)合室內(nèi)空間容積和核定人數(shù)計(jì)算新風(fēng)量。

2、國標(biāo)gb/t18204.18-2000公共衛(wèi)生室內(nèi)新風(fēng)量測定方法規(guī)定的示蹤氣體法有很高的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，能夠很好地反映室內(nèi)空間的真實(shí)通風(fēng)換氣效果。但該方法在實(shí)際使用和操作過程中有諸多難點(diǎn)，故在公共衛(wèi)生日常檢查工作中難以得到推廣，舉例如下：

3、1.示蹤氣體檢測實(shí)驗(yàn)的注入和混勻階段要求特別的環(huán)境設(shè)置如門窗關(guān)閉或新風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)氣/排氣口全部關(guān)閉，在實(shí)際的公共場所檢測過程中實(shí)際很難操作，并且?guī)砗艽蟮娜藶楦蓴_。

4、2.實(shí)際測試過程中，大空間的公共場所目前常用的方法不僅需要大量的示蹤氣體，成本較高，且很難在短時(shí)間內(nèi)（比如5分鐘內(nèi)）釋放足夠的示蹤氣體并在全空間內(nèi)混勻。而且如果注入及/混勻的時(shí)間過長，注入和泄漏就同時(shí)發(fā)生，不僅造成示蹤氣體的浪費(fèi)，而且直接影響檢測準(zhǔn)確率甚至測試無效。

5、3.通風(fēng)換氣測量實(shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備通常造價(jià)較高，體積較大，不便于攜帶。

6、4.通風(fēng)換氣測量實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)僅是理想且固定變量下的通風(fēng)換氣次數(shù)，并不具備實(shí)時(shí)性，且會因?yàn)槿藶橐蛩氐扔绊懪c實(shí)際情況有一定出入。

7、綜上所述，示蹤氣體檢測實(shí)驗(yàn)方法具備較好的科學(xué)性和精度，但檢測實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長，人力和物力成本高，無法作為常態(tài)化檢測手段大面積覆蓋各類室內(nèi)場所檢測。且由于檢測實(shí)驗(yàn)法局限于某些特定的工況組合（如門窗/新風(fēng)設(shè)備等狀態(tài)），檢測結(jié)果只是反映場所特定工況的靜態(tài)評價(jià)，該靜態(tài)評價(jià)和實(shí)際工況可能有很大的出入，無法準(zhǔn)確反映現(xiàn)實(shí)使用過程中空間實(shí)際的通風(fēng)換氣效率。

8、因此，傳統(tǒng)的通風(fēng)換氣次數(shù)和新風(fēng)量評價(jià)只是利用非常有限的實(shí)驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)，無法反映空間在長期使用過程中連續(xù)的通風(fēng)換氣效率變化過程、趨勢以及對突發(fā)異常情況的監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，解決傳統(tǒng)示蹤氣體實(shí)驗(yàn)法存在的技術(shù)問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，包括以下步驟：

4、收集不同空間結(jié)構(gòu)、不同工況和不同實(shí)驗(yàn)條件下的隨時(shí)間變化的示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)；

5、根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)的所述示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)，計(jì)算通風(fēng)換氣次數(shù)；

6、將所述通風(fēng)換氣次數(shù)與所述示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建具備時(shí)間序列和空間序列的數(shù)據(jù)集；

7、根據(jù)所述數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練預(yù)設(shè)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到預(yù)測模型；

8、獲取室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)包括示蹤氣體濃度；

9、對所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)在預(yù)設(shè)周期內(nèi)計(jì)算該周期內(nèi)的濃度變化可用窗口；

10、將所述濃度變化可用窗口內(nèi)的所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)測模型，得到通風(fēng)換氣次數(shù)。

11、在上述技術(shù)手段中，改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)法計(jì)算通風(fēng)換氣次數(shù)，直接采用室內(nèi)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型計(jì)算通風(fēng)換氣次數(shù)，基于空間實(shí)際發(fā)生的氣體濃度變化的片段數(shù)據(jù)就能夠獲得高準(zhǔn)確性的通風(fēng)換氣效率評價(jià)。

12、進(jìn)一步的，所述收集不同空間結(jié)構(gòu)、不同工況和不同實(shí)驗(yàn)條件下的隨時(shí)間變化的示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)，包括：

13、采用示蹤氣體通風(fēng)換氣實(shí)驗(yàn)檢測法，不同空間結(jié)構(gòu)、不同工況和不同實(shí)驗(yàn)條件下設(shè)置多個(gè)檢測設(shè)備用于獲取示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)，所述示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)包括每個(gè)時(shí)刻的時(shí)間戳和該時(shí)刻各個(gè)檢測設(shè)備獲取的示蹤氣體濃度。

14、進(jìn)一步的，根據(jù)所述示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)，計(jì)算通風(fēng)換氣次數(shù)，包括：

15、

16、式中，表示通風(fēng)換氣次數(shù)，表示示蹤氣體的本底值，表示測量開始時(shí)的示蹤氣體濃度，表示測量時(shí)間為t時(shí)的示蹤氣體濃度，表示測量時(shí)間。

17、進(jìn)一步的，將所述通風(fēng)換氣次數(shù)與所述示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建具備時(shí)間序列和空間序列的數(shù)據(jù)集，包括：

18、將每個(gè)時(shí)刻計(jì)算得到的通風(fēng)換氣次數(shù)與所述示蹤氣體濃度關(guān)聯(lián)融合后，形成包括時(shí)間戳、不同場所、不同工況、不同實(shí)驗(yàn)條件示蹤氣體濃度和通風(fēng)換氣次數(shù)記錄的數(shù)據(jù)集。

19、進(jìn)一步的，對所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)在預(yù)設(shè)周期內(nèi)計(jì)算該周期內(nèi)的濃度變化可用窗口，當(dāng)某一時(shí)段連續(xù)室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足以下條件時(shí)，則該時(shí)段視為初步濃度變化可用窗口：

20、

21、式中，表示某一時(shí)段連續(xù)室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中第個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，表示采樣數(shù)量，表示濃度下降閾值，表示某一時(shí)段連續(xù)室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)最大的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，表示某一時(shí)段連續(xù)室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)最小的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)；

22、取所有所述初步濃度變化可用窗口中最大的作為濃度變化可用窗口。

23、進(jìn)一步的，將所述濃度變化可用窗口內(nèi)的所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)測模型，得到通風(fēng)換氣次數(shù)后，還包括以下步驟：

24、根據(jù)預(yù)測模型得到的通風(fēng)換氣次數(shù)，計(jì)算當(dāng)前場所的示蹤氣體濃度下降全過程變化：

25、

26、式中，為預(yù)測的t時(shí)刻的示蹤氣體濃度，為所述濃度變化可用窗口內(nèi)最后一個(gè)示蹤氣體濃度，當(dāng)與的差值低于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，視為換氣完成。

27、進(jìn)一步的，將預(yù)測的t時(shí)刻的示蹤氣體濃度與實(shí)際的下降過程中t時(shí)刻的示蹤氣體濃度比較，得到誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)誤差數(shù)據(jù)迭代所述預(yù)測模型。

28、進(jìn)一步的，將所述濃度變化可用窗口內(nèi)的所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)測模型，得到通風(fēng)換氣次數(shù)后，還包括以下步驟：

29、將所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和對應(yīng)的通風(fēng)換氣次數(shù)進(jìn)行可視化展示。

30、進(jìn)一步的，利用所述預(yù)測模型對室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)進(jìn)行長期預(yù)測，利用arima模型對長期預(yù)測的通風(fēng)換氣次數(shù)進(jìn)行建模，獲得通風(fēng)換氣次數(shù)周期性變化和對未來通風(fēng)換氣次數(shù)的估測。

31、進(jìn)一步的，所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型包括回歸模型。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

33、本發(fā)明利用實(shí)驗(yàn)室模擬條件就能夠構(gòu)建訓(xùn)練通風(fēng)換氣計(jì)算模型的數(shù)據(jù)集，在完成模型訓(xùn)練后，就能夠結(jié)合在線監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)計(jì)算不同場所的通風(fēng)換氣次數(shù)，無需再通過示蹤氣體法實(shí)驗(yàn)，極大提高了對場所通風(fēng)換氣次數(shù)檢測的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本大范圍的通風(fēng)換氣效率評價(jià)，同時(shí)，該模型結(jié)合在線監(jiān)測的氣體濃度數(shù)據(jù)，還能夠預(yù)測濃度變化的趨勢，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)測預(yù)警的目的。

技術(shù)特征：

1.一種基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，所述收集不同空間結(jié)構(gòu)、不同工況和不同實(shí)驗(yàn)條件下的隨時(shí)間變化的示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，根據(jù)所述每次實(shí)驗(yàn)的示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)，計(jì)算通風(fēng)換氣次數(shù)，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，將所述通風(fēng)換氣次數(shù)與所述示蹤氣體濃度數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建具備時(shí)間序列和空間序列的數(shù)據(jù)集，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，對所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)在預(yù)設(shè)周期內(nèi)計(jì)算該周期內(nèi)的濃度變化可用窗口，當(dāng)某一時(shí)段連續(xù)室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足以下條件時(shí)，則該時(shí)段視為初步濃度變化可用窗口：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，將所述濃度變化可用窗口內(nèi)的所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)測模型，得到通風(fēng)換氣次數(shù)后，還包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，將預(yù)測的t時(shí)刻的示蹤氣體濃度與實(shí)際的下降過程中t時(shí)刻的示蹤氣體濃度比較，得到誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)誤差數(shù)據(jù)迭代所述預(yù)測模型。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，將所述濃度變化可用窗口內(nèi)的所述室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)測模型，得到通風(fēng)換氣次數(shù)后，還包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，利用所述預(yù)測模型對室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)進(jìn)行長期預(yù)測，利用arima模型對長期預(yù)測的通風(fēng)換氣次數(shù)進(jìn)行建模，獲得通風(fēng)換氣次數(shù)周期性變化和對未來通風(fēng)換氣次數(shù)的估測。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，其特征在于，所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型包括回歸模型。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和室內(nèi)空氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間通風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算的方法，結(jié)合日益普及的室內(nèi)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測的既有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，通過預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換氣效率的在線評價(jià)，該模型不僅能夠利用在線監(jiān)測的空氣某個(gè)指標(biāo)的濃度變化來計(jì)算通風(fēng)換氣次數(shù)，同時(shí)還能夠利用同一個(gè)模型預(yù)測濃度的變化趨勢，為室內(nèi)環(huán)境健康提供全新高效的人工智能評價(jià)方法。

技術(shù)研發(fā)人員：馮文如,黃德演,呂嘉韻,崔笛,余捷全,朱昊,余泓霖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州市疾病預(yù)防控制中心（廣州市衛(wèi)生檢驗(yàn)中心、廣州市食品安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與評估中心、廣州醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生研究院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21