一种基于物联网的智能空调的控制方法及系统与流程

本发明涉及智能空调，特别是一种基于物联网的智能空调的控制方法及系统。

背景技术：

1、物联网与智能家居的融合正深刻地影响着现代生活，智能空调作为该领域关键技术，其智能化升级备受瞩目，从初期的简单远程操控至现今融入大数据、云计算及ai技术，追求个性化舒适度与能效优化成为核心趋势，然而，现有技术在多维度环境适应、个性化需求捕捉及高效数据处理方面存在明显局限：单一温度调控忽视环境全貌，忽视用户动态需求与健康状态，且在数据整合与智能决策上能力欠佳，影响控制精度与反应速度，尤其是面对环境与用户状态的动态变化，温差变化、活动模式切换时，缺乏灵活性与高效能源管理，凸显出在时间敏感性与设备智能化整合方面的不足。

2、智能空调控制技术需突破现有框架，通过更全面的环境感知、深化用户理解及强化数据智能处理，以实现按需调节、高效节能与高度个性化的智能体验，本发明正是针对这些现存问题，旨在利用物联网传感器网络，结合高级数据分析与自适应控制模型，构建出能够实时响应环境与用户需求变化的智能空调控制系统，推动智能家居领域迈向更高层次的智能化与舒适度管理。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种基于物联网的智能空调的控制方法及系统解决现有技术在多维度环境适应、个性化需求捕捉及高效数据处理方面存在明显局限：单一温度调控忽视环境全貌，忽视用户动态需求与健康状态，且在数据整合与智能决策上能力欠佳，影响控制精度与反应速度，尤其是面对环境与用户状态的动态变化，温差变化、活动模式切换时，缺乏灵活性与高效能源管理，凸显出在时间敏感性与设备智能化整合方面的不足问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种基于物联网的智能空调的控制方法及系统，其包括，利用物联网传感器收集综合情境感知数据，对综合情境感知数据进行预处理，获得基础数据集；

5、对基础数据集进行特征提取得到关键特征；

6、对关键特征进行编码，将编码后的关键特征排列组合形成状态空间矩阵；

7、构建控制模型，处理状态空间矩阵得到信息矩阵，基于信息矩阵生成空调控制决策；

8、对实时数据进行处理，得到实时状态空间矩阵，然后输入控制模型得到实时空调控制决策，执行实时空调控制决策控制空调运行。

9、作为本发明所述基于物联网的智能空调的控制方法的一种优选方案，其中：所述综合情境感知数据，包括环境信息、用户信息、设备信息和时间信息；

10、所述对综合情境感知数据进行预处理，包括使用缺失值填充和异常值检测对收集到的环境信息、用户信息、设备信息和时间信息进行预处理，然后组合形成基础数据集；

11、所述基础数据集表达式为：

12、

13、其中，ε表示环境信息集合，表示用户信息集合，表示设备信息集合，表示时间信息集合，x表示经过预处理的基础数据集。

14、作为本发明所述基于物联网的智能空调的控制方法的一种优选方案，其中：所述对基础数据集进行特征提取得到关键特征，具体步骤为：

15、采用皮尔逊相关系数对基础数据集相关系数进行计算，表达式为：

16、

17、其中，表示特征xj与目标变量y质检的相关系数，cov(xj,y)为特征xj与目标变量y的协方差，与σy分别是与特征xj与目标变量y的的标准差，xj表示经过标准化处理后的第j个基础数据特征，y表示最适宜的室内温度和湿度水平。

18、作为本发明所述基于物联网的智能空调的控制方法的一种优选方案，其中：

19、作为本发明所述基于物联网的智能空调的控制方法的一种优选方案，其中：所述对关键特征进行编码，将编码后的关键特征排列组合形成状态空间矩阵，具体步骤为：

20、采用独热编码的方法对关键特征进行编码，将每个关键特征转换为一个只有一位为1，其他位都为0的向量；

21、所述关键特征xk取值范围为{x1，x2，...，xm}，对于每一个样本的xk取值，将其转换为一个长度为m的向量，其中对应于该取值的位为1，其余位为0；

22、编码后的特征向量，表达式为：

23、one-hotik＝[0，...，1，...，0]t∈rmm

24、其中，one-hotik为编码后的特征向量，t表示特征向量的转置；

25、将所有样本的所有关键特征编码后的向量组合起来，形成状态空间矩阵，表达式为：

26、s＝[one-hot1，1，one-hot1，2，...，one-hotn，m]t∈rn×d

27、其中，s表示状态空间矩阵，one-hotn，m表示第n个样本的第m个关键特征的独热编码向量，∈rn×d表示矩阵s属于n×d的实数空间；

28、所述构建控制模型，处理状态空间得到信息矩阵，步骤如下：

29、将状态空间输入信息函数得到信息矩阵，信息函数表达式为：

30、

31、其中，表示在时间点t′对状态空间进行大型运算，输出一个rn×d′

32、矩阵，n为样本数，d为特征维度，e-λ(t-t′)为指数衰减函数，用于赋予较近时间点更高的权重，t表示当前是时间点，t′为时间积分变量，从-∞积分至当前时间t，i(s)表示信息矩阵。

33、作为本发明所述基于物联网的智能空调的控制方法的一种优选方案，其中：所述基于信息矩阵生成空调控制决策，步骤如下：

34、通过分式型控制函数生成空调控制决策函数，将信息矩阵i(s)输入控制决策函数得到控制策略，控制决策函数表达式为：

35、

36、其中，u(t)在时间t生成的空调策略值，其阈值为r；

37、k为子项数，αk为权重系数，ik(s)为信息矩阵的第k个维度，γk为幂次指数，sgn是符号函数用于捕捉信息矩阵的极性信息，β为全局权重系数。

38、作为本发明所述基于物联网的智能空调的控制方法的一种优选方案，其中：所述空调控制策略包括，空调温度设定、风速等级调整和运行模式切换，控制步骤如下：

39、定义u(t)取值范围为[-10,10]；

40、所述空调温度设定包括，定义每个单位u(t)调节0.5℃，一个单位为1：

41、所述风速等级调整包括，定义风速等级为低、中、高三级：

42、所述运行模式切换包括，节能和舒适，利用sgn函数对u(t)再次进行处理得到e，其值域为{1，10}，5为设定的中间阈值。

43、作为本发明所述基于物联网的智能空调的控制方法的一种优选方案，其中：所述将实时状态空间输入控制模型得到实时空调控制决策，执行实时空调控制决策控制空调运行，步骤如下：

44、实时状态空间包括，实时环境数据、实时用户数据、实时设备数据和实时时间数据；

45、对实时数据预处理，对预处理后的实时数据进行特征提取得到实时关键特征，对实时关键特征进行编码，形成实时状态空间；

46、将实时状态空间输入控制模型，得出实时空调控制决策；

47、将模型输出的实时空调控制决策发送给空调控制系统，控制系统依据该决策调整空调设备的实际运行参数，包括空调温度设定值、风速等级调整和运行模式切换；

48、实时监控空调设备状态及环境变化，持续收集数据并重复上述步骤，以保证空调系统始终根据最新实时信息运行。

49、第二方面，本发明提供了一种基于物联网的智能空调的控制系统，包括，数据采集模块、数据预处理、特征工程模块、控制模型模块、决策生成模块、控制执行模块和监控反馈模块：

50、所述数据采集模块用于实时收集环境信息、用户信息、设备信息和时间信息；

51、所述数据预处理模块用于接收原始数据并进行预处理；

52、所述特征工程模块用于对于预处理后的基础数据进行特征提取得到关键特征，对关键特征进行编码，形成状态空间；

53、所述控制模型模块用于运行控制模型；

54、所述决策生成模块用于根据空调策略值生成空调控制决策，决策包括温度设定、风速调整和运行模式选择；

55、所述控制执行模块用于执行空调控制决策，及时调整温度设定值、风速等级和运行模式，确保空调系统动态响应最新的环境变化和用户需求；

56、所述监控反馈模块用于实时监控空调设备的工作状态和周围环境的变化，持续收集新的数据，形成闭环反馈系统。

57、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于物联网的智能空调的控制方法的任一步骤。

58、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于物联网的智能空调的控制方法的任一步骤。

59、本发明有益效果为：本发明通过物联网传感器全面搜集环境、用户、设备及时间信息，经预处理和特征提取形成状态空间，提升了数据质量和利用率，构建的智能控制模型处理状态空间，生成精确的空调控制指令，结合实时数据输入，实现动态调节，提高了空调的环境适应性、能效比和用户舒适度，实现了个性化与节能的智慧管理，实时反馈机制确保了控制策略与实际需求的紧密同步，优化了资源分配，促进了智能家居的高效运行。