基于Elman神经网络的PMV参数预测建模.docx

２０１４年 １１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｓｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｎｏｖ．２０１４文 章 编 号 ：１００７－２９８５（２０１４）０６－００６４－０６基于 Ｅｌｍａｎ神经网络的 ＰＭＶ 参数预测建模＊江沸菠，申艳妮，甘巧（湖南师范大学物理与信息科学学院 ，湖 南 长 沙 ４１００８１）摘要 ：传 统 ＰＭＶ 指标计算方法具有复杂度高 、延 时 大 的 缺 陷 ．根 据 ＰＭＶ 参数的时变特征 ，利 用 Ｅｌｍａｎ 神 经 网 络 建立 ＰＭＶ 参 数 预 测 模 型 ，实现对热舒适度的在线监测 ．模 型 以 温 度 、相 对 湿 度 、风速和平均辐射温度为输入 ，以 ＰＭＶ 指 标 为预 测 输 出 ，具有良好的泛化能力 ．仿真结果表明该方法的预测结果与数值计算的结果相近 ，同时训练后神经网络的计算时间 优于传统方法的计算时间 ．关 键 词 ：ＰＭＶ；热 舒 适 度 ；Ｅｌｍａｎ神 经 网 络 ；预 测 模 型中 图 分 类 号 ：ＴＰ１８３文 献 标 志 码 ：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－２９８５．２０１４．０６．０１６随 着 科 学 技 术 的 发 展 ，购 物 、工作等愈来愈趋近于网络化 ，除 去 旅 游 等 室 外 活 动 ，现 代 社 会 人 们 大 多 数的 时 间 都 在 室 内 度 过 ．而 室内的微环境直接影响到人们的心情 、健 康 、工 作 等 ，因 而 随 着 经 济 的 发 展 和 生 活 水 平 的 提 高 ，人们对室 内 环境的热舒适度要 求 也 越 来 越 高 ．创造 一个舒适的居室 环 境 ，是 社 会 发 展 和 科 技 进 步 的 必 然 要 求 ．热舒适是 指 大 多数人对客观热环境从生理 与 心 理 方 面 都 达 到 满 意 的 状 态 ．可 以 从 ３ 个 方 面 分 析 某 一 热 环 境 是 否 舒 适 ：（１）物 理 方 面 ．根据人体活动 所 产生 的热量 与外界环境作用下穿衣 人 体的失热量之间的 热 平 衡 关 系 ，分析环境 对 人体舒适的影响及满足人体舒适的条件 ．（２）生 理 方 面 ．研 究 人 体 对 冷 热 应 力 的 生 理 反 应 ，如 皮 肤 温 度 、皮 肤 湿 度 、排 汗 率 、血 压 、体 温 等 ，并利用生 理反应区 分环境的舒适 程 度 ．（３）心 理 方 面 ．分 析 人 在 热 环 境 中 的 主 观 感 觉 ，用 心 理 学 方 法 区 分 环 境 的 冷 热 与 舒 适 程 度 ．影 响人体热舒适的因素与 条 件 十 分 复 杂 ，研究人 员 对室内热舒适的评 价 方 法 进 行 了 大 量 研 究 ，并 提 出 若 干 评 价 热 舒 适 度 的 指 标 ，如Ｂｅｄｆｏｒｄ标 度 、ＡＳＨＲＡＥ 指 标 、热 应 力 指 标 、ＰＭＶ－ＰＰＤ（Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ Ｍｅａｎ Ｖｏｔｅ－ＰｒｅｄｉｃｔｅｄＰｅｒｃｅｎｔａｇｅａｎｄＤｉｓｓａｔｉｓｆｉｅｄ）指 标 等 ．其 中 丹 麦 教 授 Ｆａｎｇｅｒ提 出 的 ＰＭＶ－ＰＰＤ 指标是 应用 最广 泛的舒适性评价 标 准［１］．对 于 ＰＭＶ 指 标 的 求 解 ，目 前 常 见 的 有 ３种 方 式 ：（１）直 接 应 用 ＰＭＶ 公 式 求 解 ，但 计 算 涉 及 复 杂 的 迭 代 步 骤 ，实 时 性 较 差 ；同时因地域和人们生活 习 惯 的 差 异 ，ＰＭＶ 公 式 需 要 进 行 修 正 ，才 能 适 用 于 不 同 应 用场 合 ．（２）通过 热 舒 适指标监测设备 ，此 类 产 品 国 外 有 比 较 成 熟 的 产 品 ，但 大 都 比 较 昂 贵 ，限 制 了 其 在 智 能 家 居 中 的 应 用 ．（３）通 过 实 际 经 验 及 问 卷 调 查 的 出 ＰＭＶ 值 ，方 法 就 需 要 较 多 的 样 本 数 据 ，工 作 量 很 大 ，需 要 时 间 较 长 ，同时受调 查 者的主观影响较大 ．神 经 网 络 因 能 够 快 速 地 建 立 ＰＭＶ 指标输入输出之间 的 非线 性 映 射 ，成 为 ＰＭＶ 指 标 求 解 的 新 的 研 究 方 向 ．陈 翠 萍［２］利 用 ＢＰ 神 经 网 络 及 其 改 进 算 法 对 ＰＭＶ 指 标 进 行 预 测 求 解 ；徐 远 清 等［３］利 用 模 糊 神 经 网收 稿 日 期 ：２０１４－０６－１９基 金 项 目 ：湖南省教育厅科学研究项目 （１２Ｃ０２４１）；湖南省大学生研究性 学习和创新性实验计划项目 （湘 教 通 ［２０１３］１９１号 ７４）；湖南师范大学教学改革研究项目 （１２１－０６８３）；湖南师范大学双语教学课程建设项目