摘要:針對目前國內(nèi)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)普及度較低和舒適度測試需求，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于云計算平臺的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過多傳感器對室內(nèi)環(huán)境信息進行采集，采集數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)存儲到云端數(shù)據(jù)庫。云計算平臺采用二級融合算法對采集數(shù)據(jù)進行分析處理并提供Web服務(wù)，用戶可以通過網(wǎng)頁或者終端實時查看室內(nèi)環(huán)境并得到反饋結(jié)果。實驗結(jié)果表明:設(shè)計的系統(tǒng)成本低、功耗小，易擴展，能夠全面地對室內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)測、統(tǒng)計和舒適度評價，具有較好的實用價值。

　　關(guān)鍵詞:云計算,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),D-S證據(jù)理論,環(huán)境監(jiān)測

　　室內(nèi)環(huán)境的健康舒適和安全等方面因素得到了很多國家和地區(qū)的關(guān)注，具有很大的研究價值。文獻[1]通過對室內(nèi)熱環(huán)境舒適度評價及有害氣體濃度預(yù)警，設(shè)計并實現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。文獻[2]運用無線傳感網(wǎng)絡(luò)和通用分組無線業(yè)務(wù)(generalpacketradioservice，GPRS)無線通信技術(shù)對室內(nèi)的溫度、甲醛和CO進行監(jiān)測。

　　文獻[3]通過ZigBee技術(shù)和WiFi技術(shù)相結(jié)合，完成了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。但目前對室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測及評價研究大都只是針對于室內(nèi)單一環(huán)境因素，不足之處在于對室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測及舒適性評估存在一定的局限性。本文綜合考慮聲、光、熱環(huán)境和室內(nèi)空氣質(zhì)量對人的影響，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算平臺，將室內(nèi)各環(huán)境相結(jié)合，得到室內(nèi)環(huán)境綜合評價結(jié)果，極大地提高了室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的準確性和有效性。

　　1室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

　　該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和云計算處理平臺兩部分組成。采集子系統(tǒng)使用CC2530作為控制單元，針對室內(nèi)聲、光、熱環(huán)境及空氣品質(zhì)監(jiān)測分別采用對應(yīng)的傳感器組:溫濕度傳感器采用DHT11，光照度傳感器選用GY—485—44009，噪聲模塊選用AS11—X，甲醛濃度檢測模塊選用DS—HCHO，總揮發(fā)性有機化合物(totalvolatileorganiccompound，TVOC)濃度檢測模塊選用KQM2801A，CO2濃度檢測傳感器選用S8—0053。傳感器組在采集同時對應(yīng)編號處理，以便對不同采集點進行識別，采集數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)存儲到云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，以便云計算平臺進行數(shù)據(jù)處理，云計算平臺通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和D-S(Dempster-Shafer)證據(jù)理論兩級數(shù)據(jù)融合對室內(nèi)環(huán)境進行綜合評價并提供Web服務(wù)。

　　2室內(nèi)環(huán)境舒適度評價描述

　　2.1室內(nèi)熱環(huán)境舒適度評價

　　本文對室內(nèi)熱環(huán)境描述采用PMV-PDD指標[4]。PMV指標主要用于熱環(huán)境舒適度評價，而PDD指標表示人們對熱環(huán)境的不滿意系數(shù)，根據(jù)PMV-PDD模型計算以及ISO標準。

　　2.2室內(nèi)光環(huán)境舒適度評價

　　對于室內(nèi)光環(huán)境舒適度通過LPDD來評價，表示人們對照明光環(huán)境的滿意情況[5]。根據(jù)韋伯—費昔勒定律，在沒有強光閃爍的環(huán)境中，光環(huán)境舒適度可以用該環(huán)境中人眼光刺激LPMV指標來表示。

　　2.3室內(nèi)聲環(huán)境舒適度評價

　　目前對噪聲的普遍評價是根據(jù)噪音的客觀因素，僅僅根據(jù)噪聲分貝的大小來評價噪聲的影響。本文從噪聲對人的影響四個維度來考慮，分別是噪聲影響正常交流、影響思考、影響休息以及噪聲導(dǎo)致人們情緒的變化。

　　2.4室內(nèi)空氣品質(zhì)評價

　　大多對室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測研究中，基本都包含了室內(nèi)空氣品質(zhì)的實時監(jiān)測。本文通過傳感器檢測室內(nèi)CO2濃度、甲醛濃度和TVOC濃度來評價室內(nèi)空氣質(zhì)量[6]，根據(jù)國家室內(nèi)空氣質(zhì)量標準GB/T18883—2002。

　　3云計算平臺融合算法

　　云計算平臺的處理首先通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對室內(nèi)各環(huán)境采集的數(shù)據(jù)進行特征級融合，然而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在預(yù)測過程中容易陷入局部極小點，存在識別度不足和準確性低等問題，D-S證據(jù)理論可以將證據(jù)之間微弱的差別進行累加，當這些差別累積到一定程度時就很方便進行區(qū)分，從而提高評價的準確率。本文通過D-S證據(jù)理論對特征級融合結(jié)果進行分析決策判斷，得到室內(nèi)環(huán)境的綜合舒適度評價。

　　3.1基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征級融合算法

　　根據(jù)熱舒適度指標PMV計算公式可知，其計算結(jié)果和輸入?yún)��?shù)間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，計算PMV值的關(guān)鍵是求解tcl，而tcl的計算又依賴于hc，而hc的求解又依賴于tcl，其運算過程存在迭代嵌套。反向傳播(backpropagation，BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，但由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用基于梯度下降作為其學(xué)習(xí)算法，容易陷入局部極小值問題。而遺傳算法作為一種全局優(yōu)化搜索方法，容易得到全局最優(yōu)解，通過遺傳算法對BP網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值和閾值進行優(yōu)化。

　　因此將遺傳算法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，可以避免各自存在的問題，從而能夠達到快速收斂[7]，通過遺傳算法進行優(yōu)化得到BP網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值和閾值，再通過BP算法進行學(xué)習(xí)。對于室內(nèi)熱環(huán)境評價的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其輸入層節(jié)點數(shù)為6個，即影響PMV指標的6個因素，其輸出為對應(yīng)的PMV和PDD值。

　　實驗時，將訓(xùn)練精度設(shè)置為10-3，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過89次滿足預(yù)期要求，而遺傳算法優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在滿足同等條件下僅需12次就達到了設(shè)定精度要求，對比可知，通過遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)極大提高了BP網(wǎng)絡(luò)的收斂速度。

　　4結(jié)論

　　本文通過室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測和舒適度融合評估問題，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算平臺開發(fā)了一種使用方便、成本低、穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。在云計算處理平臺實現(xiàn)了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與D-S證據(jù)理論相結(jié)合的兩級融合評價模型，將各環(huán)境相結(jié)合進行綜合評價，很好地克服了在傳統(tǒng)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測評估中，由于監(jiān)測評估環(huán)境單一而產(chǎn)生的局限性和不確定性，提高了室內(nèi)環(huán)境評價的可靠性和容錯能力，具有很好的實用性和市場價值。

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　　電子刊物推薦：《電子設(shè)計工程》是1993年創(chuàng)刊，原名《國外電子元器件》，主要介紹具有較高學(xué)術(shù)水平的、電子領(lǐng)域相關(guān)的理論、技術(shù)、方法的專業(yè)性技術(shù)期刊。國內(nèi)刊號CN：61-1477/TN，國際刊號ISSN：1674-6236。主要介紹當前比較先進的國內(nèi)外電子技術(shù)、元器件技術(shù)及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)類期刊，主要囊括電源技術(shù)應(yīng)用、工業(yè)自動化、網(wǎng)絡(luò)與通信工程、測控與儀器儀表、圖像與多媒體技術(shù)、汽車電子、消費類電子、嵌入式系統(tǒng)、信息安全以及計算機應(yīng)用等領(lǐng)域。