熱画像を利用した人体皮膚表面温度の予測統計モデルの開発及び精度検証実験

利用热图像建立人体皮肤表面温度预测统计模型并进行精度验证实验

基本信息

批准号：
21656141
负责人：
大場正昭
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tokyo Polytechnic University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、建築物表面を観測した赤外線放射カメラの熱赤外動画像に注目し、その処理によって建築物表面熱流の分布を可視化するアルゴリズムを構築しようとするものである。数値実験と実験室実験のフェーズの2つの観点から、以下の知見を得た。まず、カルマンフィルターを応用した建築物外表面の総合熱伝達率の推定に関する数値実験を実施した。物体表面の熱伝達量を、過去の表面温度と近傍気温との差に関連付けた一次式において、過去の風速および表面温度の影響が統計的に大きくなることがある。目的変数として建築物表面の熱伝達量、説明変数として表面温度と近傍温度の温度差をそれぞれ代入したカルマンフィルターを導入すれば、測定時間の過去どの時間の数値が熱伝達量に影響を与える度合いが評価される。熱伝達率の変化の特徴が得られれば、その特徴を表面熱流が未知の点にも適用することにより、熱伝達率の分布が求められる可能性にもつながる。以上の考え方に基づき、一次元熱収支を前進差分法により、建築物外壁面の表面温度の時刻変化を求め、表面熱流の時刻変化と、表面温度の時刻変化と近傍温度の温度差との統計的な関係を解析した。複数の建築材料について、相関が高い過去の時点を特定できること、また偏回帰係数を合計すると熱伝達率に近い値をとること、などを確認した。次に、表面の熱伝達量の分布の予測に関する実験室実験を実施した。コンクリート製の円柱型試験体(直径100mm、高さ200mm)の中心部分に発熱体を組み込んだ。周期変動風を与え、温度差と風速の関係を部位ごとに熱赤外動画の画像処理により調査した。風上側表面では、風速の変化に伴い温度が変化することを確認した。風下などの乱流の生じる位置においては、相関係数が著しく低くなる傾向が確認された。

本研究重点关注由红外辐射相机拍摄的观察建筑物表面的热红外视频图像，并尝试构建一种通过处理图像来可视化建筑物表面热流分布的算法。以下发现是从两个角度获得的：数值实验和实验室实验阶段。首先，进行了数值实验，使用卡尔曼滤波器估算建筑物外表面的总体传热系数。在将物体表面的传热量与过去的表面温度和附近空气温度之间的差异联系起来的线性方程中，过去的风速和表面温度的影响可能在统计上是显着的。通过引入卡尔曼滤波器，以建筑物表面的传热量为目标变量，以表面温度与邻近温度之间的温差为解释变量，可以确定值在多大程度上评估任何过去的测量时间对传热量的影响。如果能够获得传热系数变化的特征，将这些特征应用到表面热流未知的点上，就有可能确定传热系数的分布。基于上述思想，我们利用一维热平衡的前向差分法求出建筑物外墙表面温度的时间变化，进而计算出表面热流的时间变化和统计差值我们分析了表面温度的时间变化和附近的温差之间的关系。我们证实，可以识别多种建筑材料具有高度相关性的过去时间点，并且偏回归系数的总和产生接近传热系数的值。接下来，进行了实验室实验来预测表面传热的分布。加热元件安装在圆柱形混凝土试件（直径100毫米，高度200毫米）的中心。应用周期性脉动风，通过热红外视频的图像处理研究每个区域的温差和风速之间的关系。在迎风面上，我们确认了温度随着风速的变化而变化。已证实，在发生湍流的位置（例如顺风处），相关系数往往显着较低。