[發明專利]一種人體熱舒適預測方法

在審

• 申請號: 201911318703.8
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111067493A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 丁立;時會娟;陳堯
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61B5/01
• 分類號: A61B5/01;A61B5/0205
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 曹鵬飛

本發明公開了一種人體熱舒適預測方法，具體步驟包括如下：獲取正常人在不同代謝水平、不同環境溫度控制下人體各生理參數以及不同工況感知數據的變化情況；建立神經網絡熱舒適預測模型；對神經網絡熱舒適預測模型進行驗證。一種人體熱舒適預測方法，基于心率、血壓、皮溫、呼吸頻次、耗氧率、CO₂分壓等一系列相關生理參數的信息融合，對人體不同代謝水平、不同環境溫度的熱舒適性進行評估分析。

技術領域

本發明涉及人體熱舒適技術領域，更具體的說是涉及一種人體熱舒適預測方法。

背景技術

人體具有自我調節功能，可以適應不同的熱環境。例如，當人們從溫暖的環境進入寒冷環境時，人體會通過一系列復雜的生理過程適應新的環境，包括血管收縮，寒戰等。同時，人體與熱環境之間的傳熱也是一個復雜的過程，同時涉及輻射，對流，傳導，蒸發和呼吸。從20世紀60年代開始，針對特殊作業環境的熱舒適模型研究就已經展開，人體的熱舒適模型的研究已經有50多年的歷史。人體與環境的熱相互作用包括生理反應和心理反應，因此熱舒適模型進一步被分類為生理或心理模型。

一個完整的熱平衡型熱舒適模型通常包括三個部分：一個詳細的多分段、多層物理熱交換模型和服裝模型，該模型涉及人體與環境之間的熱相互作用；熱生理調節模型，模擬人體的被動和主動的熱系統，以及心理熱感覺模型，預測局部和全身熱感覺。大多數以前的研究關注熱量和質量轉移機制或溫度調節模型，而較少涉及熱感覺和人體對熱環境的主觀反應。人們對非對稱環境的反應比均勻環境更為復雜，因為這不僅取決于整體的舒適程度，而且還取決于局部身體部位的舒適度。現階段主要應用的是多元素熱舒適模型，包括多層以及多節點的結構。當前信息技術、計算技術高速發展，對熱舒適模型的研究及建立已經不只是停留在線性求解的階段，大量復雜的非線性計算方法，例如模糊神經網絡，比較適用于建立人體熱調節這樣復雜的模型和實現特種服裝的自動溫度控制。在人體熱舒適的研究中，熱舒適模型發揮著至關重要的作用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種人體熱舒適預測方法，包括神經網絡代謝率預測模型和熱舒適預測模型，基于心率、血壓、皮溫、呼吸頻次、耗氧率、CO₂分壓等一系列相關生理參數的信息融合，對人體不同代謝水平、不同溫度的熱舒適性進行評估分析。同時，該方法還具有較好的擴展性，針對其他人體主觀系統的動態評估也具有重要的參考作用。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種人體熱舒適預測方法，具體步驟包括如下：

獲取若干正常人在不同代謝水平、不同溫度下人體各生理參數以及不同工況感知數據的變化情況；

依據測得的生理參數計算實際代謝率；

將代謝率和生理參數作為模型輸入，熱舒適值作為模型輸出，代入模型中進行訓練，建立神經網絡熱舒適預測模型；

對神經網絡熱舒適預測模型進行仿真驗證；

分析人體代謝參數、代謝率與環境控制系統的穩態關系，建立熱舒適性預測模型；

熱舒適性預測模型驗證。

優選的，在上述的一種人體熱舒適預測方法中，所述生理參數包括但不限于：心率、血壓、皮溫、呼吸頻次、耗氧率、CO₂分壓、CO₂生成率。

優選的，在上述的一種人體熱舒適預測方法中，所述感知數據變化情況的獲取方法是對不同工況下的熱舒適感知進行打分記錄。

優選的，在上述的一種人體熱舒適預測方法中，依據測得的耗氧率和CO₂生成率計算實際代謝率，作為模型的代謝預測驗證標準，所述實際代謝率計算公式為：