CN116704716B - 实验室恒温恒湿异常报警方法、装置及计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验室恒温恒湿异常报警方法、装置及计算机设备，涉及环境监控技术领域。所述方法是先根据由温湿度传感器实时采集的温湿度进行位置与温湿度的关联，得到在多个实测点的温湿度实测值，然后据此反演得到实验室内的温湿度三维分布情况，最后针对在所述实验室内的任一测点，若根据温湿度三维分布情况发现在对应测点的当前温湿度未处于预设恒温恒湿区间，则判定实验室恒温恒湿环境出现异常，并触发报警动作，如此无需突发的高温、低温、高湿气和/或低湿气传递到传感器安装位置，也可以及时发现恒温恒湿异常情况，进而可确保不会延误对异常情况的处理时机，利于实验室恒温恒湿环境的维持，便于实际应用和推广。
Description
技术领域
本发明属于环境监控技术领域，具体涉及一种实验室恒温恒湿异常报警方法、装置及计算机设备。
背景技术
实验室(Laboratory/Lab)是专门进行实验的场所。实验室是科学的摇篮，是科学研究的基地，科技发展的源泉，对科技发展起着非常重要的作用。目前的实验室基本都是要求保持恒温恒湿，即考虑如下原因：(1)为了防止精密仪器设备受到非恒温恒湿环境的影响，而导致使用年限缩短；(2)温度湿度的变化，会影响试验数据的准确性，增大误差，因此实验室内保持恒温恒湿是非常重要的。
现有实验室恒温恒湿环境监测***是通过在实验室内特定位置安装的温湿度传感器来采集温湿度数据，并以此数据来直接表征整个实验室全域空间的温湿度变化情况，但是考虑空气传热及传湿过程具有一定延迟性，使得在某个位置突发出现恒温恒湿异常情况时，若该某个位置距离传感器安装位置较远，那么将会滞后一段时间才会被***监测到，如此会延误对异常情况的处理时机，不利于实验室恒温恒湿环境的维持。
发明内容
本发明的目的是提供一种实验室恒温恒湿异常报警方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，用以解决现有实验室恒温恒湿环境监测***在突发出现恒温恒湿异常情况时所存在感知滞后以及会延误处理时机的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种实验室恒温恒湿异常报警方法，包括：
接收由多个温湿度传感器实时采集的温度检测信号和湿度检测信号，其中，所述多个温湿度传感器中的各个温湿度传感器分别布置在实验室内的不同位置；
根据所述温度检测信号，实时获取在多个实测点的温度实测值，以及根据所述湿度检测信号，实时获取在所述多个实测点的湿度实测值，其中，所述多个实测点是指所述多个温湿度传感器的所处位置；
根据在所述多个实测点的温度实测值，实时反演得到在所述实验室内的温度三维分布情况，以及根据在所述多个实测点的湿度实测值，实时反演得到在所述实验室内的湿度三维分布情况；
针对在所述实验室内的任一测点，若根据所述温度三维分布情况实时发现在对应测点的当前温度未处于预设恒温区间和/或根据所述湿度三维分布情况实时发现在对应测点的当前湿度未处于预设恒湿区间，则判定实验室恒温恒湿环境出现异常，并触发报警动作。
基于上述发明内容，提供了一种基于有限温湿度传感器进行温湿度空间反演及实验室内任意测点温湿度异常情况判断的报警方案，即先根据由温湿度传感器实时采集的温湿度进行位置与温湿度的关联，得到在多个实测点的温湿度实测值，然后据此反演得到实验室内的温湿度三维分布情况，最后针对在所述实验室内的任一测点，若根据温湿度三维分布情况发现在对应测点的当前温湿度未处于预设恒温恒湿区间，则判定实验室恒温恒湿环境出现异常，并触发报警动作，如此无需突发的高温、低温、高湿气和/或低湿气传递到传感器安装位置，也可以及时发现恒温恒湿异常情况，进而可确保不会延误对异常情况的处理时机，利于实验室恒温恒湿环境的维持，便于实际应用和推广。
在一个可能的设计中，所述多个温湿度传感器包含有分别布置在所述实验室内的顶面中心、地面中心和各个侧壁中心的温湿度传感器。
在一个可能的设计中，根据在所述多个实测点的温度实测值，实时反演得到在所述实验室内的温度三维分布情况，以及根据在所述多个实测点的湿度实测值，实时反演得到在所述实验室内的湿度三维分布情况，包括：
根据在所述多个实测点的温湿度实测值，基于克里金插值法实时反演得到在所述实验室内的温湿度三维分布情况，其中，前述的温湿度是指温度或湿度。
在一个可能的设计中，根据在所述多个实测点的温湿度实测值，基于克里金插值法实时反演得到在所述实验室内的温湿度三维分布情况，包括：
根据在所述多个实测点的温湿度实测值，分别计算所述多个实测点中各对实测点的温湿度半方差，得到多对实测点的温湿度半方差值，以及还根据所述多个实测点的已知坐标，计算得到所述多对实测点的距离值，其中，前述的温湿度是指温度或湿度；
确定滞后距h1以及在所述多对实测点的距离值中的最长距离值Hmax，其中，h1表示正数，Hmax表示大于h1的正数；
根据所述滞后距h1，将第一区间(0,Hmax]划分成如下的多个第一子区间：(0,h1],(h1,2*h1],…,((k-1)*h1,k*h1],…,((K-1)*h1,Hmax]，其中，K＝Ceiling(Hmax/h1)，Ceiling()表示向上取整函数，k表示小于K的正整数；
根据所述多对实测点的距离值与所述多个第一子区间的归属关系，将所述多对实测点划分成与所述多个第一子区间一一对应的多个第一分组；
根据所述多对实测点的温湿度半方差值和距离值，计算得到所述多个第一分组中各个第一分组的温湿度半方差平均值和距离平均值；
根据所述各个第一分组的温湿度半方差平均值和距离平均值，拟合得到多个实验变差函数模型的模型系数，其中，所述温湿度半方差平均值在拟合过程中用于作为实验变差函数值，所述距离平均值用于在拟合过程中作为区域化变量到待估测点的距离；
根据所述多个实测点的温湿度实测值，应用所述多个实验变差函数模型的模型系数进行误差分析，得到所述多个实验变差函数模型中各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值；
根据所述各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值，从所述多个实验变差函数模型中确定出最能满足模型优选预设条件的最优实验变差函数模型；
根据所述多个实测点的已知坐标和在所述实验室内目标测点的已知坐标，从所述多个实测点中确定位于所述目标测点周围的m个实测点，其中，m表示大于2的正整数；
根据所述目标测点的已知坐标和所述m个实测点的已知坐标，计算得到所述目标测点至所述m个实测点中各个实测点的距离值，并将该距离值作为区域化变量到待估测点的距离代入所述最优实验变差函数模型，然后应用所述最优实验变差函数模型的模型系数，计算得到所述目标测点与所述m个实测点中各个实测点的实验变差函数值；
根据所述m个实测点中各对实测点的温湿度半方差值和所述目标测点与所述m个实测点中各个实测点的实验变差函数值，建立如下的普通克里金方程组：
式中，i和j分别表示正整数，λi表示与所述m个实测点中第i个实测点对应的且待求解的权重系数，γ(xi,xj)表示与所述第i个实测点和所述m个实测点中第j个实测点对应的温湿度半方差值，u表示待求解的拉格朗日乘数因子，γ(xi,x0)表示所述目标测点与所述第i个实测点的实验变差函数值；
对所述普通克里金方程组进行求解，得到与所述m个实测点一一对应的m个权重系数；
根据所述m个实测点的温湿度实测值，按照如下公式计算得到所述目标测点的温湿度估计值Z(x0)：
式中，Z(xi)表示所述第i个实测点的温湿度实测值；
将在所述实验室内全域所有所述目标测点的温湿度估计值，作为所述实验室内的温湿度三维分布情况。
在一个可能的设计中，确定滞后距h1，包括有如下步骤S3031～S3034：
S3031.在区间(0,Hmax]内选取一个值作为滞后距h1的当前值，然后执行步骤S3032，其中，Hmax表示在所述多对实测点的距离值中的最长距离值；
S3032.针对在多个实验变差函数模型中的各个实验变差函数模型，根据所述滞后距h1的当前值和在所述多个实测点的温湿度实测值，采用交叉验证方式获取对应的且在所述多个实测点的温湿度估计值，然后执行步骤S3033；
S3033.针对所述各个实验变差函数模型，根据在所述多个实测点的温湿度实测值和对应的且在所述多个实测点的温湿度估计值，计算得到对应的模型质量评估指标值，然后执行步骤S3034；
S3034.判断所述各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值是否均满足预设的迭代停止条件，若是，则将所述滞后距h1的当前值确定为最终值，否则在所述区间(0,Hmax]内重新选取一个值作为所述滞后距h1的当前值，然后执行步骤S3032。
在一个可能的设计中，当根据所述温度三维分布情况发现在所述实验室内的某个测点的当前温度未处于所述预设恒温区间时，所述方法还包括：
若所述某个测点的当前温度低于所述预设恒温区间，则启动距离所述某个测点最近的加热设备进行升温，直到在发现所述某个测点的温度回归所述预设恒温区间后停止，其中，所述加热设备布置在所述实验室内；
若所述某个测点的当前温度高于所述预设恒温区间，则启动距离所述某个测点最近的制冷设备进行降温，直到在发现所述某个测点的温度回归所述预设恒温区间后停止，其中，所述制冷设备布置在所述实验室内。
在一个可能的设计中，当根据所述湿度三维分布情况发现在所述实验室内的某个测点的当前湿度未处于所述预设恒湿区间时，所述方法还包括：
若所述某个测点的当前湿度低于所述预设恒湿区间，则启动距离所述某个测点最近的空气加湿器进行加湿，直到在发现所述某个测点的湿度回归所述预设恒湿区间后停止，其中，所述空气加湿器布置在所述实验室内；
若所述某个测点的当前湿度高于所述预设恒湿区间，则启动距离所述某个测点最近的加热设备进行干燥，直到在发现所述某个测点的湿度回归所述预设恒湿区间后停止，其中，所述加热设备布置在所述实验室内。
第二方面，提供了一种实验室恒温恒湿异常报警装置，包括有依次通信连接的检测信号接收模块、温湿度关联模块、温湿度分布反演模块和异常报警触发模块；
所述检测信号接收模块，用于接收由多个温湿度传感器实时采集的温度检测信号和湿度检测信号，其中，所述多个温湿度传感器中的各个温湿度传感器分别布置在实验室内的不同位置；
所述温湿度关联模块，用于根据所述温度检测信号，实时获取在多个实测点的温度实测值，以及根据所述湿度检测信号，实时获取在所述多个实测点的湿度实测值，其中，所述多个实测点是指所述多个温湿度传感器的所处位置；
所述温湿度分布反演模块，用于根据在所述多个实测点的温度实测值，实时反演得到在所述实验室内的温度三维分布情况，以及根据在所述多个实测点的湿度实测值，实时反演得到在所述实验室内的湿度三维分布情况；
所述异常报警触发模块，用于针对在所述实验室内的任一测点，若根据所述温度三维分布情况实时发现在对应测点的当前温度未处于预设恒温区间和/或根据所述湿度三维分布情况实时发现在对应测点的当前湿度未处于预设恒湿区间，则判定实验室恒温恒湿环境出现异常，并触发报警动作。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法。
第五方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法。
上述方案的有益效果：
(1)本发明创造性提供了一种基于有限温湿度传感器进行温湿度空间反演及实验室内任意测点温湿度异常情况判断的报警方案，即先根据由温湿度传感器实时采集的温湿度进行位置与温湿度的关联，得到在多个实测点的温湿度实测值，然后据此反演得到实验室内的温湿度三维分布情况，最后针对在所述实验室内的任一测点，若根据温湿度三维分布情况发现在对应测点的当前温湿度未处于预设恒温恒湿区间，则判定实验室恒温恒湿环境出现异常，并触发报警动作，如此无需突发的高温、低温、高湿气和/或低湿气传递到传感器安装位置，也可以及时发现恒温恒湿异常情况，进而可确保不会延误对异常情况的处理时机，利于实验室恒温恒湿环境的维持，便于实际应用和推广；
(2)还可仅靠少量实测点的实测数据就能快捷高效地获得满足使用需求和精度要求的温湿度三维分布结果，大大缩短所需时间，进而具有一定的理论意义和较高的工程实用价值；
(3)还可以通过交叉验证+迭代的方式，自动确定能够得到较为理想模型的合适滞后距h1，以便进一步利于快捷高效地获得最终的温湿度三维分布结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的实验室恒温恒湿异常报警方法的流程示意图。
图2为本申请实施例提供的实验室恒温恒湿异常报警装置的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A、单独存在B或者同时存在A和B等三种情况；又例如，A、B和/或C，可以表示存在A、B和C中的任意一种或他们的任意组合；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A或者同时存在A和B等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例：
如图1所示，本实施例第一方面提供的所述实验室恒温恒湿异常报警方法，可以但不限于由具有一定计算资源的且分别通信连接有温湿度传感器、报警提醒设备、加热设备、制冷设备和空气加湿器的计算机设备执行，例如由实验室服务器、个人计算机(PersonalComputer，PC，指一种大小、价格和性能适用于个人使用的多用途计算机；台式机、笔记本电脑到小型笔记本电脑和平板电脑以及超级本等都属于个人计算机)、智能手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)或可穿戴设备等电子设备执行。如图1所示，所述实验室恒温恒湿异常报警方法，可以但不限于包括有如下步骤S1～S4。
S1.接收由多个温湿度传感器实时采集的温度检测信号和湿度检测信号，其中，所述多个温湿度传感器中的各个温湿度传感器分别布置在实验室内的不同位置。
在所述步骤S1中，所述温湿度传感器用于采集所处位置的温度及湿度，可具体采用现有产品实现。为了在布置少量传感器的情况下能够采集尽可能全面的温湿度数据，优选的，所述多个温湿度传感器包含但不限于有分别布置在所述实验室内的顶面中心、地面中心和各个侧壁中心的温湿度传感器，例如当所述实验室为方形房间时，只需要布置六个所述温湿度传感器。此外，所述温度检测信号和湿度检测信号的传送方式可具体但不限于基于有线通信方式实现。
S2.根据所述温度检测信号，实时获取在多个实测点的温度实测值，以及根据所述湿度检测信号，实时获取在所述多个实测点的湿度实测值，其中，所述多个实测点是指所述多个温湿度传感器的所处位置。
在所述步骤S2中，所述温度实测值和所述湿度实测值的具体获取方式包括但不限于有常规的模数转换处理方式。
S3.根据在所述多个实测点的温度实测值，实时反演得到在所述实验室内的温度三维分布情况，以及根据在所述多个实测点的湿度实测值，实时反演得到在所述实验室内的湿度三维分布情况。
在所述步骤S3中，由于空气传热过程是一个分子热运动过程，以及传湿过程是水蒸气分子的自由扩散过程，因此它们分别具有对应的空间特点，可以基于此空间特点，利用局部空间的温湿度实测值(即在所述多个实测点的温度实测值/湿度实测值)，反演得到全局空间的温湿度实测值，进而得到所述实验室内的温度三维分布情况和湿度三维分布情况。由于某点的温湿度与该点周围点的温湿度有关，并且可以由其周围点的温湿度推导得出，因此具体的，可根据在所述多个实测点的温湿度实测值，基于克里金插值法(也称克里金法，是由南非工程师Krige DG提出的一种空间插值方法；其基本假设是一点的属性值与该点周围点的属性值有关，并且可以由其周围点的属性值推导出，它是以变异函数/变差函数为计算工具，并结合结构分析的一种空间相关性很强的最优、无偏估算方法)实时反演得到在所述实验室内的温湿度三维分布情况，其中，前述的温湿度是指温度或湿度。此外，所述温度三维分布情况和所述湿度三维分布情况可通过等值面的形式进行输出展示，以及可随着温湿度实测值的更新结果而进行反演更新。
S4.针对在所述实验室内的任一测点，若根据所述温度三维分布情况实时发现在对应测点的当前温度未处于预设恒温区间和/或根据所述湿度三维分布情况实时发现在对应测点的当前湿度未处于预设恒湿区间，则判定实验室恒温恒湿环境出现异常，并触发报警动作。
在所述步骤S4中，所述预设恒温区间和所述预设恒湿区间可基于实验室的实际需求而提前具体确定，例如所述预设恒温区间具体为21.4℃-21.6℃,所述预设恒湿区间具体为50.0％～54.0％。此外，所述触发报警动作可以但不限于具体包括：通过诸如报警器和/或***等的报警提醒设备向实验室管理平台或实验室管理员发送报警提示消息，以便他们及时响应处理此恒温恒湿异常情况。
在所述步骤S4中，也可以在发现恒温异常情况时自动进行温控调节处理，即当根据所述温度三维分布情况发现在所述实验室内的某个测点的当前温度未处于所述预设恒温区间时，所述方法还包括但不限于有：若所述某个测点的当前温度低于所述预设恒温区间，则启动距离所述某个测点最近的加热设备进行升温，直到在发现所述某个测点的温度回归所述预设恒温区间后停止，其中，所述加热设备布置在所述实验室内；若所述某个测点的当前温度高于所述预设恒温区间，则启动距离所述某个测点最近的制冷设备进行降温，直到在发现所述某个测点的温度回归所述预设恒温区间后停止，其中，所述制冷设备布置在所述实验室内。前述的加热设备和制冷设备可以是分离布置的不同现有设备，例如热泵***中的冷凝器(即作为所述加热设备)和蒸发器(即作为所述制冷设备)，也可以是一体化现有设备，例如空调。由此通过前述温控调节方式，可以自动维持实验室的恒温环境。此外，所述加热设备也可以是现有暖通***中的热风供应口(增大其暖风供应流量即相当于启动所述加热设备)，而所述制冷设备也可以是现有暖通***中的冷风供应口(增大其冷风供应流量即相当于启动所述制冷设备)。
在所述步骤S4中，也可以在发现恒湿异常情况时自动进行湿控调节处理，即当根据所述湿度三维分布情况发现在所述实验室内的某个测点的当前湿度未处于所述预设恒湿区间时，所述方法还包括但不限于有：若所述某个测点的当前湿度低于所述预设恒湿区间，则启动距离所述某个测点最近的空气加湿器进行加湿，直到在发现所述某个测点的湿度回归所述预设恒湿区间后停止，其中，所述空气加湿器布置在所述实验室内；若所述某个测点的当前湿度高于所述预设恒湿区间，则启动距离所述某个测点最近的加热设备进行干燥，直到在发现所述某个测点的湿度回归所述预设恒湿区间后停止，其中，所述加热设备布置在所述实验室内。前述的空气加湿器和加热设备也可以采用现有相应产品实现。由此通过前述湿控调节方式，可以自动维持实验室的恒湿环境。
由此基于前述步骤S1～S4所描述的实验室恒温恒湿异常报警方法，提供了一种基于有限温湿度传感器进行温湿度空间反演及实验室内任意测点温湿度异常情况判断的报警方案，即先根据由温湿度传感器实时采集的温湿度进行位置与温湿度的关联，得到在多个实测点的温湿度实测值，然后据此反演得到实验室内的温湿度三维分布情况，最后针对在所述实验室内的任一测点，若根据温湿度三维分布情况发现在对应测点的当前温湿度未处于预设恒温恒湿区间，则判定实验室恒温恒湿环境出现异常，并触发报警动作，如此无需突发的高温、低温、高湿气和/或低湿气传递到传感器安装位置，也可以及时发现恒温恒湿异常情况，进而可确保不会延误对异常情况的处理时机，利于实验室恒温恒湿环境的维持，便于实际应用和推广。
本实施例在前述第一方面的技术方案基础上，还提供了一种如何基于克里金插值法反演得到温湿度三维分布情况的可能设计一，即根据在所述多个实测点的温湿度实测值，基于克里金插值法实时反演得到在所述实验室内的温湿度三维分布情况，包括但不限于有如下步骤S301～S314。
S301.根据在所述多个实测点的温湿度实测值，分别计算所述多个实测点中各对实测点的温湿度半方差，得到多对实测点的温湿度半方差值，以及还根据所述多个实测点的已知坐标，计算得到所述多对实测点的距离值，其中，前述的温湿度是指温度或湿度。
在所述步骤S301中，所述温湿度半方差表示两测点的温湿度实测值的差的平方的一半，即测点A和测点B的温湿度半方差值其中，ZA表示所述测点A的温湿度实测值，ZB表示所述测点B的温湿度实测值。由于任意两点的温湿度半方差与该任意两点的距离有关，因此还需要计算得到所述多对实测点的距离值。
在所述步骤S301之前，考虑本实施例是基于普通克里金法进行估值，而该普通克里金法要求数据服从正态分布，优选的，在根据在多个实测点的温湿度实测值，分别计算所述多个实测点中各对实测点的温湿度半方差之前，所述方法还包括但不限于有：判断所述多个实测点的温湿度实测值是否服从正态分布；若否，则对所述多个实测点的温湿度实测值进行幂变换处理或对数变换处理，得到所述多个实测点的且服从正态分布的温湿度实测新值。前述判断的具体方式为现有常规方式，例如基于服从正态分布的条件(即若随机变量X服从一个数学期望为μ、方差为σ2的正态分布，记为N(μ,σ2))来进行判断。前述幂变换处理的具体公式为：前述对数变换处理的具体公式为：其中，Z(x)表示处理前的温湿度实测值，/>表示经处理所得的温湿度实测新值，η表示预设的正系数。
S302.确定滞后距h1以及在所述多对实测点的距离值中的最长距离值Hmax，其中，h1表示正数，Hmax表示大于h1的正数。
在所述步骤S302中，所述滞后距是克里金法中的一个学术用词，其确定方式可以是人工方式，也可以是随机方式，还可以某种自动方式。
S303.根据所述滞后距h1，将第一区间(0,Hmax]划分成如下的多个第一子区间：(0,h1],(h1,2*h1],…,((k-1)*h1,k*h1],…,((K-1)*h1,Hmax]，其中，K＝Ceiling(Hmax/h1)，Ceiling()表示向上取整函数，k表示小于K的正整数。
在所述步骤S303中，举例的，若所述滞后距h1为1m，所述最长距离值Hmax为10米，则可以将第一区间划分成10个(即K＝10)第一子区间。
S304.根据所述多对实测点的距离值与所述多个第一子区间的归属关系，将所述多对实测点划分成与所述多个第一子区间一一对应的多个第一分组。
在所述步骤S304中，举例的，若某对实测点的距离值为6.8，则可以将所述某对实测点划分到与某个第一子区间(6,7]对应的某个第一分组中，依次类推。此外，针对所述多个第一分组中的非最末分组，可能存在无实测点对归属的情况。
S305.根据所述多对实测点的温湿度半方差值和距离值，计算得到所述多个第一分组中各个第一分组的温湿度半方差平均值和距离平均值。
S306.根据所述各个第一分组的温湿度半方差平均值和距离平均值，拟合得到多个实验变差函数模型的模型系数，其中，所述温湿度半方差平均值在拟合过程中用于作为实验变差函数值，所述距离平均值用于在拟合过程中作为区域化变量到待估测点的距离。
在所述步骤S306中，实验变差函数模型是克里金法的重要研究工具，具体的，所述多个实验变差函数模型包括但不限于有如下模型(A)～(C)中的任意组合：
(A)球状模型，表达式为：
(B)指数模型，表达式为：
(C)高斯模型，表达式为：
上述表达式中，γ(h)表示实验变差函数值，h表示区域化变量到待估测点的距离，C0表示作为第一模型系数的基台值，C表示作为第二模型系数的拱高(即表示区域化变量在空间上变化的极大值)，a表示作为第三模型系数的变程(即表示区域化变量具有关联性的范围)。因此需要拟合得到的模型系数包括有基台值C0、拱高C和变程a。前述拟合的具体方式可以但不限于采用最小二乘法。此外，针对所述多个第一分组中的且无实测点对归属的非最末分组，考虑其对应的温湿度半方差平均值和距离平均值均为零，无拟合价值，需要在拟合过程中予以跳过。
S307.根据所述多个实测点的温湿度实测值，应用所述多个实验变差函数模型的模型系数进行误差分析，得到所述多个实验变差函数模型中各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值。
在所述步骤S307中，所述模型质量评估指标值包含但不限于有平均误差值、均方根误差值、标准化均方根误差值和/或平均标准误差值等，前述几种指标值的计算公式如下：
平均误差值
均方根误差值
标准化均方根误差值
平均标准误差值
上述公式中，N表示实测点总数，n表示正整数，Z(xn)表示第n个实测点的温湿度实测值，表示所述第n个实测点的温湿度估计值，δ2表示方差的平方根。由于所述模型质量评估指标值的获取过程需要温湿度估计值，因此具体的，根据所述多个实测点的温湿度实测值，应用所述多个实验变差函数模型的模型系数进行误差分析，得到所述多个实验变差函数模型中各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值，包括但不限于有如下步骤S3071～S3072。
S3071.针对所述多个实验变差函数模型中的各个实验变差函数模型，根据所述多个实测点的温湿度实测值和对应的模型系数，采用交叉验证方式获取对应的且所述多个实测点的温湿度估计值。
在所述步骤S3071中，所述交叉验证方式的具体思路是：先移除所述多个实测点中的一个实测点，然后利用剩下实测点的温湿度实测值计算出移除点的温湿度估计值，重复该操作直至获得所有实测点的温湿度估计值，即具体的，针对所述多个实验变差函数模型中的各个实验变差函数模型，根据所述多个实测点的温湿度实测值和对应的模型系数，采用交叉验证方式获取对应的且所述多个实测点的温湿度估计值，包括但不限于有如下步骤S30711～S30712。
S30711.针对在所述多个实测点中的各个目标实测点(即移除的一个实测点)，将在所述多个实测点中的其它所有实测点(即剩下的实测点)确定为对应的多个参考实测点。
S30712.针对在多个实验变差函数模型中的某个实验变差函数模型和在所述多个实测点中的某个目标实测点，根据所述某个实验变差函数模型的模型参数和所述某个目标实测点的多个参考实测点的温湿度实测值，按照如下步骤S307121～S307123计算得到对应的温湿度估计值。
S307121.根据所述某个目标实测点的多个参考实测点的已知坐标和所述某个目标实测点的已知坐标，计算得到所述某个目标实测点至所述某个目标实测点的多个参考实测点中各个参考实测点的距离值，并将该距离值作为区域化变量到待估测点的距离代入所述某个实验变差函数模型，然后应用所述某个实验变差函数模型的模型参数,计算得到所述某个目标实测点与所述某个目标实测点的多个参考实测点中各个参考实测点的实验变差函数值。
S307122.根据所述某个目标实测点的多个参考实测点中各对参考实测点的温湿度半方差值和所述某个目标实测点与所述某个目标实测点的多个参考实测点中各个参考实测点的实验变差函数值，建立并求解普通克里金方程组，得到与所述某个目标实测点的多个参考实测点一一对应的多个参考权重系数。
在所述步骤S307122中，所述普通克里金方程组的具体建立及求解过程，可参照后续步骤S311～S312推导得到，于此不再赘述。
S307123.根据所述某个目标实测点的多个参考实测点的温湿度实测值和所述多个参考权重系数，计算得到所述某个目标实测点的温湿度估计值。
在所述步骤S307123中，具体计算公式可参照后续步骤S313推导得到，于此不再赘述。
S3072.针对所述各个实验变差函数模型，根据所述多个实测点的温湿度实测值和对应的且所述多个实测点的温湿度估计值，计算得到对应的模型质量评估指标值。
S308.根据所述各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值，从所述多个实验变差函数模型中确定出最能满足模型优选预设条件的最优实验变差函数模型。
在所述步骤S308中，具体的，所述模型优选预设条件包含但不限于有平均误差值接近于0、标准化均方根误差值接近于1和/或均方根误差值接近于平均标准误差值等。前述模型优选预设条件越满足，说明对应模型的质量越好。
S309.根据所述多个实测点的已知坐标和在所述实验室内目标测点的已知坐标，从所述多个实测点中确定位于所述目标测点周围的m个实测点，其中，m表示大于2的正整数。
在所述步骤S309中，所述目标测点可以是某个实测点，也可以是某个非实测点(即需要估值的测点)。所述目标测点的周围具体可以是指以所述目标测点为中心且半径为某个具体值的圆形区域，其中，所述某个具体值可根据实测点的搜索结果而进行适当调整，例如在m过小时扩大半径数值，而在m过大时缩小半径数值。
S310.根据所述目标测点的已知坐标和所述m个实测点的已知坐标，计算得到所述目标测点至所述m个实测点中各个实测点的距离值，并将该距离值作为区域化变量到待估测点的距离代入所述最优实验变差函数模型，然后应用所述最优实验变差函数模型的模型系数，计算得到所述目标测点与所述m个实测点中各个实测点的实验变差函数值。
S311.根据所述m个实测点中各对实测点的温湿度半方差值和所述目标测点与所述m个实测点中各个实测点的实验变差函数值，建立如下的普通克里金方程组：
式中，i和j分别表示正整数，λi表示与所述m个实测点中第i个实测点对应的且待求解的权重系数，γ(xi,xj)表示与所述第i个实测点和所述m个实测点中第j个实测点对应的温湿度半方差值，u表示待求解的拉格朗日乘数因子，γ(xi,x0)表示所述目标测点与所述第i个实测点的实验变差函数值。
在所述步骤S311中，所述普通克里金方程组是基于克里金插值法而建立的且包含有m+1个方程的方程组合，其中，为所述克里金插值法的无偏估计条件。
S312.对所述普通克里金方程组进行求解，得到与所述m个实测点一一对应的m个权重系数。
在所述步骤S312中，由于在所述普通克里金方程组中仅有m+1个未知量，因此可以基于常规解方程手段求解得到与所述m个实测点一一对应的m个权重系数。
S313.根据所述m个实测点的温湿度实测值，按照如下公式计算得到所述目标测点的温湿度估计值Z(x0)：
式中，Z(xi)表示所述第i个实测点的温湿度实测值。
在所述步骤S313中，由于可将实测温湿度值作为已知点的属性值，以及可将温湿度看作是随机场的多个实现，因此可以通过上述公式估计/插值得到在所述实验室内的温湿度估计结果。
S314.将在所述实验室内全域所有所述目标测点的温湿度估计值，作为所述实验室内的温湿度三维分布情况。
由此基于前述的可能设计一，还可仅靠少量实测点的实测数据就能快捷高效地获得满足使用需求和精度要求的温湿度三维分布结果，大大缩短所需时间，进而具有一定的理论意义和较高的工程实用价值。
本实施例在前述可能设计一的技术方案基础上，还提供了一种如何自动确定合适滞后距h1的可能设计二，即确定滞后距h1，包括但不限于有如下步骤S3031～S3034。
S3031.在区间(0,Hmax]内选取一个值作为滞后距h1的当前值，然后执行步骤S3032，其中，Hmax表示在所述多对实测点的距离值中的最长距离值。
在所述步骤S3031中，具体选取方式可以但不限于是随机取值方式。
S3032.针对在多个实验变差函数模型中的各个实验变差函数模型，根据所述滞后距h1的当前值和所述多个实测点的温湿度实测值，采用交叉验证方式获取对应的且所述多个实测点的温湿度估计值，然后执行步骤S3033。
在所述步骤S3032中，所述交叉验证方式的具体思路与所述步骤S3071中的交叉验证方式类似，具体的，针对在多个实验变差函数模型中的各个实验变差函数模型，根据所述滞后距h1的当前值和所述多个实测点的温湿度实测值，采用交叉验证方式获取对应的且所述多个实测点的温湿度估计值，包括但不限于有如下步骤S30321～S30322：
S30321.针对在所述多个实测点中的各个目标实测点，将在所述多个实测点中的其它所有实测点确定为对应的多个参考实测点。
S30322.针对在多个实验变差函数模型中的某个实验变差函数模型和在所述多个实测点中的某个目标实测点，根据所述滞后距h1的当前值、所述某个实验变差函数模型的模型参数和所述某个目标实测点的多个参考实测点的温湿度实测值，按照如下步骤S303221～S303228计算得到对应的温湿度估计值。
S303221.确定在多对参考实测点的距离值中的最长距离值其中，所述多对参考实测点是指在所述某个目标实测点的多个参考实测点中所有点对。
S303222.根据所述滞后距h1的当前值，将第二区间划分成如下的多个第二子区间：
其中，
Ceiling()表示向上取整函数，表示小于/>的正整数。
S303223.根据所述多对参考实测点的距离值与所述多个第二子区间的归属关系，将所述多对参考实测点划分成与所述多个第二子区间一一对应的多个第二分组。
S303224.根据所述多对参考实测点的温湿度半方差值和距离值，计算得到所述多个第二分组中各个第二分组的温湿度半方差平均值和距离平均值。
S303225.根据所述各个第二分组的温湿度半方差平均值和距离平均值，拟合得到所述某个实验变差函数模型的模型系数，其中，所述温湿度半方差平均值在拟合过程中用于作为实验变差函数值，所述距离平均值用于在拟合过程中作为区域化变量到待估测点的距离。
S303226.根据所述某个目标实测点的多个参考实测点的已知坐标和所述某个目标实测点的已知坐标，计算得到所述某个目标实测点至所述某个目标实测点的多个参考实测点中各个参考实测点的距离值，并将该距离值作为区域化变量到待估测点的距离代入所述某个实验变差函数模型，然后应用所述某个实验变差函数模型的模型参数,计算得到所述某个目标实测点与所述某个目标实测点的多个参考实测点中各个参考实测点的实验变差函数值。
S303227.根据所述某个目标实测点的多个参考实测点中各对参考实测点的温湿度半方差值和所述某个目标实测点与所述某个目标实测点的多个参考实测点中各个参考实测点的实验变差函数值，建立并求解普通克里金方程组，得到与所述某个目标实测点的多个参考实测点一一对应的多个参考权重系数。
S303228.根据所述某个目标实测点的多个参考实测点的温湿度实测值和所述多个参考权重系数，计算得到所述某个目标实测点的温湿度估计值。
上述步骤S303221～S303228的具体细节可以参照第一方面中的相似步骤推导得到，于此不再赘述。
S3033.针对所述各个实验变差函数模型，根据所述多个实测点的温湿度实测值和对应的且所述多个实测点的温湿度估计值，计算得到对应的模型质量评估指标值，然后执行步骤S3034。
S3034.判断所述各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值是否均满足预设的迭代停止条件，若是，则将所述滞后距h1的当前值确定为最终值，否则在所述区间(0,Hmax]内重新选取一个值作为所述滞后距h1的当前值，然后执行步骤S3032。
在所述步骤S3034中，所述迭代停止条件可以但不限于基于一些指标阈值来设定，例如包含有平均误差值小于预设的平均误差阈值和/或标准化均方根误差值大于预设的标准化均方根误差阈值，等等，以便衡量是否得到较为理想的实验变差函数模型。此外，重新选取的具体方式也可以但不限于是随机取值方式。
由此基于前述可能设计二，还可以通过交叉验证+迭代的方式，自动确定能够得到较为理想模型的合适滞后距h1，以便进一步利于快捷高效地获得最终的温湿度三维分布结果。
如图2所示，本实施例第二方面提供了一种实现第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法的虚拟装置，包括有依次通信连接的检测信号接收模块、温湿度关联模块、温湿度分布反演模块和异常报警触发模块；
所述检测信号接收模块，用于接收由多个温湿度传感器实时采集的温度检测信号和湿度检测信号，其中，所述多个温湿度传感器中的各个温湿度传感器分别布置在实验室内的不同位置；
所述温湿度关联模块，用于根据所述温度检测信号，实时获取在多个实测点的温度实测值，以及根据所述湿度检测信号，实时获取在所述多个实测点的湿度实测值，其中，所述多个实测点是指所述多个温湿度传感器的所处位置；
所述温湿度分布反演模块，用于根据在所述多个实测点的温度实测值，实时反演得到在所述实验室内的温度三维分布情况，以及根据在所述多个实测点的湿度实测值，实时反演得到在所述实验室内的湿度三维分布情况；
所述异常报警触发模块，用于针对在所述实验室内的任一测点，若根据所述温度三维分布情况实时发现在对应测点的当前温度未处于预设恒温区间和/或根据所述湿度三维分布情况实时发现在对应测点的当前湿度未处于预设恒湿区间，则判定实验室恒温恒湿环境出现异常，并触发报警动作。
本实施例第二方面提供的前述装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法，于此不再赘述。
如图3所示，本实施例第三方面提供了一种执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法的计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法。具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存(FlashMemory)、先进先出存储器(First Input First Output，FIFO)和/或先进后出存储器(First Input Last Output，FILO)等等；所述处理器可以但不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器。此外，所述计算机设备还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
本实施例第三方面提供的前述计算机设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法，于此不再赘述。
本实施例第四方面提供了一种存储包含如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法的指令的计算机可读存储介质，即所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法。其中，所述计算机可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等计算机可读存储介质，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。
本实施例第四方面提供的前述计算机可读存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法，于此不再赘述。
本实施例第五方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的实验室恒温恒湿异常报警方法。其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种实验室恒温恒湿异常报警方法，其特征在于，包括：
接收由多个温湿度传感器实时采集的温度检测信号和湿度检测信号，其中，所述多个温湿度传感器中的各个温湿度传感器分别布置在实验室内的不同位置；
根据所述温度检测信号，实时获取在多个实测点的温度实测值，以及根据所述湿度检测信号，实时获取在所述多个实测点的湿度实测值，其中，所述多个实测点是指所述多个温湿度传感器的所处位置；
根据在所述多个实测点的温度实测值，实时反演得到在所述实验室内的温度三维分布情况，以及根据在所述多个实测点的湿度实测值，实时反演得到在所述实验室内的湿度三维分布情况，具体包括：根据在所述多个实测点的温湿度实测值，分别计算所述多个实测点中各对实测点的温湿度半方差，得到多对实测点的温湿度半方差值，以及还根据所述多个实测点的已知坐标，计算得到所述多对实测点的距离值，其中，前述的温湿度是指温度或湿度；确定滞后距h1以及在所述多对实测点的距离值中的最长距离值Hmax，其中，h1表示正数，Hmax表示大于h1的正数；根据所述滞后距h1，将第一区间(0,Hmax]划分成如下的多个第一子区间：(0,h1],(h1,2*h1],…,((k-1)*h1,k*h1],…,((K-1)*h1,Hmax]，其中，K＝Ceiling(Hmax/h1)，Ceiling()表示向上取整函数，k表示小于K的正整数；根据所述多对实测点的距离值与所述多个第一子区间的归属关系，将所述多对实测点划分成与所述多个第一子区间一一对应的多个第一分组；根据所述多对实测点的温湿度半方差值和距离值，计算得到所述多个第一分组中各个第一分组的温湿度半方差平均值和距离平均值；根据所述各个第一分组的温湿度半方差平均值和距离平均值，拟合得到多个实验变差函数模型的模型系数，其中，所述温湿度半方差平均值在拟合过程中用于作为实验变差函数值，所述距离平均值用于在拟合过程中作为区域化变量到待估测点的距离；根据所述多个实测点的温湿度实测值，应用所述多个实验变差函数模型的模型系数进行误差分析，得到所述多个实验变差函数模型中各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值；根据所述各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值，从所述多个实验变差函数模型中确定出最能满足模型优选预设条件的最优实验变差函数模型；根据所述多个实测点的已知坐标和在所述实验室内目标测点的已知坐标，从所述多个实测点中确定位于所述目标测点周围的m个实测点，其中，m表示大于2的正整数；根据所述目标测点的已知坐标和所述m个实测点的已知坐标，计算得到所述目标测点至所述m个实测点中各个实测点的距离值，并将该距离值作为区域化变量到待估测点的距离代入所述最优实验变差函数模型，然后应用所述最优实验变差函数模型的模型系数，计算得到所述目标测点与所述m个实测点中各个实测点的实验变差函数值；根据所述m个实测点中各对实测点的温湿度半方差值和所述目标测点与所述m个实测点中各个实测点的实验变差函数值，建立如下的普通克里金方程组：
式中，i和j分别表示正整数，λi表示与所述m个实测点中第i个实测点对应的且待求解的权重系数，γ(xi,xj)表示与所述第i个实测点和所述m个实测点中第j个实测点对应的温湿度半方差值，u表示待求解的拉格朗日乘数因子，γ(xi,x0)表示所述目标测点与所述第i个实测点的实验变差函数值；对所述普通克里金方程组进行求解，得到与所述m个实测点一一对应的m个权重系数；根据所述m个实测点的温湿度实测值，按照如下公式计算得到所述目标测点的温湿度估计值Z(x0)：
式中，Z(xi)表示所述第i个实测点的温湿度实测值；将在所述实验室内全域所有所述目标测点的温湿度估计值，作为所述实验室内的温湿度三维分布情况；
针对在所述实验室内的任一测点，若根据所述温度三维分布情况实时发现在对应测点的当前温度未处于预设恒温区间和/或根据所述湿度三维分布情况实时发现在对应测点的当前湿度未处于预设恒湿区间，则判定实验室恒温恒湿环境出现异常，并触发报警动作。
2.根据权利要求1所述的实验室恒温恒湿异常报警方法，其特征在于，所述多个温湿度传感器包含有分别布置在所述实验室内的顶面中心、地面中心和各个侧壁中心的温湿度传感器。
3.根据权利要求1所述的实验室恒温恒湿异常报警方法，其特征在于，确定滞后距h1，包括有如下步骤S3031～S3034：
S3031.在区间(0,Hmax]内选取一个值作为滞后距h1的当前值，然后执行步骤S3032，其中，Hmax表示在所述多对实测点的距离值中的最长距离值；
S3032.针对在多个实验变差函数模型中的各个实验变差函数模型，根据所述滞后距h1的当前值和在所述多个实测点的温湿度实测值，采用交叉验证方式获取对应的且在所述多个实测点的温湿度估计值，然后执行步骤S3033；
S3033.针对所述各个实验变差函数模型，根据在所述多个实测点的温湿度实测值和对应的且在所述多个实测点的温湿度估计值，计算得到对应的模型质量评估指标值，然后执行步骤S3034；
S3034.判断所述各个实验变差函数模型的模型质量评估指标值是否均满足预设的迭代停止条件，若是，则将所述滞后距h1的当前值确定为最终值，否则在所述区间(0,Hmax]内重新选取一个值作为所述滞后距h1的当前值，然后执行步骤S3032。
4.根据权利要求1所述的实验室恒温恒湿异常报警方法，其特征在于，当根据所述温度三维分布情况发现在所述实验室内的某个测点的当前温度未处于所述预设恒温区间时，所述方法还包括：
若所述某个测点的当前温度低于所述预设恒温区间，则启动距离所述某个测点最近的加热设备进行升温，直到在发现所述某个测点的温度回归所述预设恒温区间后停止，其中，所述加热设备布置在所述实验室内；
若所述某个测点的当前温度高于所述预设恒温区间，则启动距离所述某个测点最近的制冷设备进行降温，直到在发现所述某个测点的温度回归所述预设恒温区间后停止，其中，所述制冷设备布置在所述实验室内。
5.根据权利要求1所述的实验室恒温恒湿异常报警方法，其特征在于，当根据所述湿度三维分布情况发现在所述实验室内的某个测点的当前湿度未处于所述预设恒湿区间时，所述方法还包括：
若所述某个测点的当前湿度低于所述预设恒湿区间，则启动距离所述某个测点最近的空气加湿器进行加湿，直到在发现所述某个测点的湿度回归所述预设恒湿区间后停止，其中，所述空气加湿器布置在所述实验室内；
若所述某个测点的当前湿度高于所述预设恒湿区间，则启动距离所述某个测点最近的加热设备进行干燥，直到在发现所述某个测点的湿度回归所述预设恒湿区间后停止，其中，所述加热设备布置在所述实验室内。
6.一种计算机设备，其特征在于，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如权利要求1～5中任意一项所述的实验室恒温恒湿异常报警方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如权利要求1～5中任意一项所述的实验室恒温恒湿异常报警方法。
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