建筑内人员在室情况测量方法综述

赵 斌 王贵强

沈阳建筑大学市政与环境工程学院（110168）

0 引言

目前我国经济高速发展，在全世界处于领先的地位。而在这一过程中我国的能源消耗量也在逐年增加。 石化燃料的频繁使用产生了大量的温室气体，在我国即将在2060 年实现碳中和的大背景下，降低能耗刻不容缓。在同一建筑物内不同房间中的人员在室规律并不完全相同，建筑内的空调系统若能与人员的在室规律相对应，将会大幅节约系统的能耗。 在室人数和时长是指在一段时间内，房间内人员总人数及停留的时长，在室状态指房间内是否有人存在。 暖通空调系统在进行运行控制时，在室人数及时长影响了室内所需的冷热负荷量，在室状态则决定了系统的运行时长。 Yang[1]等人将在室人数信息和建筑内空调系统控制进行结合，改良后的方案可以节约近两成的能耗。 因此，建立精确的在室人数信息可降低建筑能耗，对解决能源问题有重要的意义。

目前国内外研究者对人员在室情况进行了深入地研究，已有多种测量方法应用于实际的生产生活中。 这些方法的测量方式和应用场合各有不同，根据测量参数是否与室内人员相关，可将这些测量方式分为直接测量法和间接测量法。文章将基于这两种分类，对现有的测量方法进行归纳分析，比较各种方式的优缺点，从而在后续研究遇到相应具体情况时可以进行合理的选择。

1 直接参数测量法

直接参数测量法是利用与人员在室行为直接相关的参数进行测量。 主要包括图像测量法，接触测量法，红外线测量法，Wi-Fi 信号测量法和超声波测量法。

1.1 图像测量法

图像测量法的基本原理是利用建筑用户的图像信息来检测室内的人员状况，通常情况下使用摄像机或3D 深度探测器测得图像信息后，对获得的图像进行处理得到在室人数、 人员位置及人员的活动轨迹等数据。 Petersen[2]等人利用房间入口处天花板上摄像机所记录的红外深度帧图像， 对图像进行多种技术处理， 检测并记录房间内在室人员的进出次数，从而计算出房间人数，试验结果表明，这种方法检测室内在室人数的误测率低于1%。 Benezeth[3]等人在试验房间的入口附近放置一台摄像机来获得室内的图像信息，并在常见光环境中更新背景以实现变化检测，对移动的物体进行跟踪，最终根据得到的用户图像特征对图像中物体进行识别。 图像测量法最大的优点在于其检测精确度高， 使用摄像机对室内人数及人员在室状态等进行检测可以获得相对准确的数据，但是这种方法也存在一些问题，比方说对在室人员隐私的侵犯，因需储存大量的图像而对设备的要求较高，以及处理相关的图像信息耗费时间较长等。

1.2 接触测量法

接触测量法是利用压力传感器检测人员作用于室内物体的压力变化情况，从而得出室内人数及人员活动状态。 Labodan[4]等人通过在会议室的每个座位放置压力传感器，检测座位的压力变化来得出室内人数。 接触测量法的优点是可以精确获得接触传感器在室人员所在位置及活动轨迹，缺点是无法测得未与传感器接触的人员，故而无法得出确切的室内人数。

1.3 红外线测量法

红外线测量法是利用被动式红外线传感器（PIR），对附近的红外热辐射能量进行感知，从而判断人员的活动情况。 Wahl[5]等人通过对PIR 传感器的定位对整个办公楼进行监测， 识别出室内人员的进出情况， 进而得出室内人数。 这种方法最大的优点是可以精准得知室内有人与否的情况， 而且PIR传感器的成本较低， 测量方便。 其缺点在于计算误差较大。 由于PIR 传感器主要是通过辐射热能进行感知，当人员距离传感器较远或传感器被其他物体遮挡时便无法准确得出结果，容易做出错误的判断。

1.4 Wi-Fi 信号测量法

Wi-Fi 信号测量法是利用室内人员连接Wi-Fi的情况得出人员数量，Wang[6]等人通过WiFi 信号强度建立事件触发器与Wi-Fi 探针检测信号，对某大型会议室的人员在室数量进行检测，与传统方式相比检测精准度明显提高。 这种方法的优点在于可以利用现有的设备进行测算，不需要添加其他试验器材。 缺点在于存在一人拥有多台移动设备以及设备低电量关机的情况，故而存在遗漏的情况，无法精确反映室内的人数。

1.5 超声波测量法

超声波测量法是通过超声波传感器感知区域内超声波密度变化，从而获得室内人员的位置和在室状态。 该方法基于多普勒效应，人员靠近传感器时频率增加，远离时则频率减小。 Tarzia[7]等人利用超声波传感器，通过传感器主动发射超声波并接收反射回的超声波判断超声信号密度变化，得到人员在室状态及在室位置。 这种方法的优点是超声波不受障碍物阻挡，可以相对准确获得室内人员的信息情况， 缺点在于超声波容易受到其他声波的干扰，将室内其他设备产生的声波错误的识别为人员，进而导致测量结果存在较大误差。

2 间接参数测量法

间接参数测量法是利用与室内人员间接相关的参数进行测量。 主要包括室内环境参数测量法和建筑能耗测量法。

2.1 室内环境参数测量法

这种方法是通过测量室内环境参数变化来关联室内人员情况，通常使用温湿度传感器及二氧化碳传感器，测得室内温度、湿度、二氧化碳浓度进行计算，从而得出室内人员数量。Chen[8]等人通过试验房间的温度、湿度、二氧化碳浓度等数据的实时变化，计算出办公室在室人数范围和在室状态。 Candanedo[9]等人在房间各点放置温湿度传感器及二氧化碳传感器，根据各个点位测得的温度、湿度、二氧化碳浓度数据，使用线性判别分析、决策树、随机森林三种算法分别测算室内人员的在室状态。 这种方法最大的优点是不与人员直接接触，从而保障了用户的隐私不受侵犯。 其缺点在于环境参数的采集具有一定的延迟，无法及时准确地反映室内实时的人员情况，而且二氧化碳的浓度易受门窗开启等因素影响，难以得出准确的结果。

2.2 建筑能耗测量法

这种方法是通过用户的电表测量室内电器的使用功率从而得出室内的人员情况。Kleiminger[10]等人对整幢居民楼的电表使用情况进行调查，利用所获数据计算出楼内人员的在室情况。 这种方法的优点在于可以直接利用已有的设备进行测量，无须增加其他的测量设备，可以有效地节约成本。 且测量过程不接触人员，不涉及用户的隐私。 缺点在于无法对不使用电的用户进行统计，测量所得结果的准确度较低。

3 结语

文章通过对不同的人员在室测量方法进行分析，将各种测量方法的优缺点进行了比较。 目前来看，建筑人员在室情况的测量方法、测量设备等方面的发展已经相对比较成熟，但怎样根据各种测量方式的优点与实际应用相结合却很少提及。 人员在室检测方法和空调系统控制结合的方向上依然具有很大的发展空间，比如红外线测量法可以确定室内人员是否存在，当室内没有人时空调系统就可以停止运行，从而达到节能的目的。 而多种测量方式结合应用可以有效地降低测量误差，比如红外线测量和室内环境参数测量法结合使用，利用两者各自的优点，既保证了即时性又实现了稳定性，这也是一个非常值得研究的方向。