基于多元信息融合技術(shù)的供暖節(jié)能算法研究

趙國清 徐海亮 汪海霞

陜西省建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司， 西安 710003

基于多元信息融合技術(shù)的供暖節(jié)能算法研究

趙國清 徐海亮 汪海霞

陜西省建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司， 西安 710003

文中針對目前集中供暖系統(tǒng)測量精度不高的問題，提出了一種基于Zigbee的多傳感器信息融合算法的集中供暖分戶計量網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。在采用了此算法后，住宅溫度測量的精確度得到了提高，更重要的是它實現(xiàn)了節(jié)能管理。

Zigbee；集中供暖系統(tǒng)；多傳感器信息融合

引言

本文針對住宅供暖能耗的現(xiàn)狀，以及要達到的節(jié)能目標(biāo)及其節(jié)能途徑，提出一種基于Zigbee的多傳感器信息融合技術(shù)的集中供暖分戶計量網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多傳感器信息融合技術(shù)進行住宅供暖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組網(wǎng)，在組網(wǎng)過程主要用到了先進的Zigbee技術(shù)，由于實際的住宅溫度環(huán)境的復(fù)雜多變，選擇了基于模糊控制理論的模糊控制器的設(shè)計，并結(jié)合算術(shù)平均值與分批估計相結(jié)合的信息融合算法，從而提高了對住宅溫度測量的精確度。

1 多傳感器信息融合算法的實現(xiàn)

對室內(nèi)溫度進行控制時，由于室內(nèi)的一些突發(fā)性的干擾，測量設(shè)備本身的問題，及其熱管道傳送的影響，不可避免地會差生誤差，影響測量數(shù)據(jù)的一致性。所以在進行數(shù)據(jù)融合前，可以采用數(shù)據(jù)探測技術(shù)的分布圖法對誤差也就是干擾信號進行剔除。在分布圖法中反映數(shù)據(jù)分布的參數(shù)主要有：中位數(shù)TM、下四分位數(shù)FL、上四分位數(shù)FU、四分位數(shù)離散度dF。

可以設(shè)定某一房間的6個傳感器，分別獨立地進行溫度測量，得到一列從小到大的測量列：T1、T2、T3、T4、T5、T6，其中T1為測量列的下極限，T6為測量列的上極限，中位數(shù)，上四分位數(shù)FU為區(qū)間[TM,T6]的中位數(shù)，下四分位數(shù)FL為區(qū)間[T1,TM]的中位數(shù)，四分位數(shù)離散度為：dF=FUFL，與中位數(shù)的距離大于αdF的數(shù)據(jù)位離異數(shù)據(jù)，所以無效數(shù)據(jù)的判斷區(qū)間是|Tt-TM|＞αdF，在式中α為常數(shù)，根據(jù)測量誤差要求來定，一般取0.5，1，2等。

剔除誤差后就可以進行數(shù)據(jù)融合了，對于數(shù)據(jù)融合算法可以采用算數(shù)平均值算法與分批估計相結(jié)合的融合算法。其具體方法是：對于放置在房間內(nèi)部的六個傳感器得到的測量列，先得出一致性測量數(shù)據(jù)，然后按照室內(nèi)空間位置相鄰的兩個傳感器不在一組的原則分為兩組，對兩組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值采用分批估計算法，估計出接近溫度真實值的融合值T，得到室內(nèi)溫度測量結(jié)果，消除不確定性。

設(shè)被測溫度的真值為T0，溫度測量方程為T=HT0+V（1-1）

在式（1-1）中，T為溫度測量值；V為測量噪聲；系數(shù)矩陣為，由此可得第一組一致性測量數(shù)據(jù)為，第二組一致性測量數(shù)據(jù)為。

由于式（1-2）、（1-3）分成了兩組數(shù)據(jù)，所以測試方程可以變?yōu)?/p>

式（1-4）中V1、V2為的測量噪聲，即誤差。由于為同一批的測量數(shù)據(jù)，在此之前沒有相關(guān)的溫度測量統(tǒng)計資料，所以此前測量結(jié)果方差為無窮。

在式（1-5）當(dāng)中HT為H的轉(zhuǎn)置矩陣；R 為測量噪聲協(xié)方差，且

由分批估計可以得到溫度數(shù)據(jù)融合值Th的矩陣為

將式（1 -6 ）帶入就能得到

式（1-8）中，Th為基于多傳感器參數(shù)估計數(shù)據(jù)融合的溫度值。

對于傳統(tǒng)的估計算法是建立在可靠的測量初值的基礎(chǔ)上的，沒有初值，估計算法就失去意義，此融合算法的優(yōu)勢在于獲得了剔除了誤差信號得到了兩組可靠性較高的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)兩者的方差進行加權(quán)融合處理，方差大的賦予了比較小的權(quán)值，方差小的賦予了比較大的權(quán)值，因此這種融合算法可以獲得比算術(shù)平均值更加可靠的結(jié)果。

針對小區(qū)內(nèi)部的某住宅進行數(shù)據(jù)融合實驗，采用十個溫度傳感器在相同時間、相同房間對室內(nèi)進行單獨測量，會得到如表1的測量結(jié)果。

表1 多傳感器室溫測量結(jié)果 單位：（℃）

這十個溫度測量結(jié)果的平均值為

對于這九個一致性傳感器可以分成三組，第一組為T1、T2、T3，第二組為T4、T5、T6，第三組為T7、T8、T9。這三組傳感器的溫度測量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為

2 結(jié)語

針對目前采暖管理網(wǎng)絡(luò)不健全所帶來的煤消耗，提出住宅供暖節(jié)能無線控制網(wǎng)絡(luò)算法研究，使得煤能源能更加合理利用。

1.董興麗,周超英. ZigBee 技術(shù)在家庭網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用與實現(xiàn)[J] . 現(xiàn)代電子技術(shù).2007 ,30 (10) :41 43

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.020