本发明涉及洁净实验室装配领域，尤指一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统。
背景技术：
1、目前国内建设的洁净实验室中存在些普遍现象，在实验室某些区域会出现气流的湍动、漩涡或不规律流动；不同位置的气压存在差异，导致气流流向不一致；由于实验室的工作特殊性，可能导致实验样本受到不必要的吹拂或搅动，影响实验的准确性和可重复性；不稳定气流可能使外部污染物更容易进入实验区域，或导致实验产生的污染物扩散不均匀，影响洁净度；一些对气流敏感的精密仪器可能会出现测量误差或工作不稳定；还可能导致空气中的有害物质分布不均匀，增加人员接触风险；且气流不稳定使过滤系统不能均匀有效地发挥作用，增加其工作负荷。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明提供一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其结合传感技术、模型对比以及边缘计算，通过自适应的智能算法对执行装置调整，实现洁净实验室气流稳定。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
3、一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，包括：三维模拟模块和装载实操模块；
4、所述三维模拟模块用于将实验室空间进行三维扫描，通过计算机模拟结果确定最优设置位置；
5、所述装载实操模块用于根据三维模拟模块的最优布置结果在实验室内进行安装调试和维护；装载实操模块包括：传感识别单元、模型对比单元、分析控制单元、边缘计算单元和执行装置；
6、所述传感识别单元用于收集风速、温度、湿度、通风设备转速、气流压力和气流成像信息，将收集到的信息数据化以及预处理；
7、所述模型对比单元用于获知气流紊乱的状态后确定气流紊乱的因素，并传输至分析控制单元；
8、所述分析控制单元用于依照三维模拟模块的结果通过算法对数据进行处理分析，给出调整后的最优处理策略；
9、所述边缘计算单元用于通过分析控制单元的处理策略对执行模块下达指令。
10、进一步地，所述三维模拟模块的实现步骤包括：
11、s1：用三维激光扫描仪对空间进行全扫描，数据导入bi m建立三维模型；
12、s2：定义实验室内的气流特性，将三维模型导入到cfd中设置边界条件及求解算法，启动模拟计算并分析模拟得到的气流速度场、压力场、温度场的结果；
13、s3：根据分析结果调整通风口位置、大小及角度后反复模拟，并不断优化调整直至获得符合预期的位置方案。
14、进一步地，所述模型对比单元的实现方式为：
15、a1：根据三维模拟模块获知正常气流模型，根据其中的风速、风向、压力、温度和湿度的特征整理成一个数据集，选择多层感知机神经网络并确定神经网络的结构，使用数据集对神经网络进行训练，通过反向传播算法不断调整网络的权重和偏置，直到拟合正常气流数据，训练完成后得到的神经网络模型即为正常气流模型；
16、a2：通过传感识别单元获得的规范化的实时数据向量，输入到正常气流模型中，得到模型预测的各项参数值，将预测值与实际监测到的对应参数值逐一对比；
17、a3：对各参数计算其预测值与实际值的绝对差值，为每个参数设定特定的阈值，如果参数差值超过对应阈值则标记出现异常。
18、进一步地，所述分析控制单元用于执行以下步骤：
19、b1：将模型对比单元的异常参数进行编码，形成染色体，随机生成一组初始的染色体种群；
20、b2：对各种群的每个染色体对应的参数值带入神经网络模型，计算出气流紊乱的评估指标值，以评估指标值的倒数作为适应度，采用轮盘赌选择方法从种群中选择出一部分染色体进入下一代，对选中的染色体进行交叉操作产生新的染色体，以一定概率对染色体进行变异操作，引入新的基因；
21、b3：重复b2操作不断更新种群，直到满足特定的收敛条件，得到最优染色体后将其解码为实际的调节参数。
22、进一步地，所述分析控制单元用于执行以下步骤：
23、c1：设定初始温度、冷却速率和最大迭代次数，随机生成初始的气流调节参数组合作为当前解，将当前解带入模型中计算出气流紊乱指标值，作为当前目标函数值；
24、c2：在每次迭代中，生成一个新的随机解，计算新解的目标函数值，并计算能量差，如果能量差小于0，则接受新解作为当前解，同时更新目标函数值，如果能量差大于等于0，则以一定概率接受新解；按照冷却速率降低温度；
25、c3：不断重复c2步骤，直到温度下降到达停止条件，最终得到当前解为最优气流优化策略。
26、进一步地，所述分析控制单元通过改进的多目标优化筛选出气流调整优化的策略。
27、进一步地，所述边缘计算单元对分析控制单元调整优化后的策略指令下达的实现步骤为：
28、d1：将优化策略从中央计算节点发送到边缘计算节点，并在边缘计算节点上，对接受的优化策略进行进一步的处理和适配；
29、d2：边缘计算节点与执行装置之间建立合适的数据接口，利用mqtt通信协议，在边缘计算节点和执行装置之间建立稳定连接；
30、d3：将优化策略转换为执行装置能够理解和执行的特定数据格式，通过边缘计算节点向执行装置发送经过处理和转换后的具体操作指令，执行装置接收到指令后按照要求执行相应的动作。
31、进一步地，所述执行装置为各通风口配置的可电控的百叶窗式闭风设备、系统加湿器以及通风设备，闭风设备由多条长方形叶片组成，通过电控可调整叶片角度。
32、进一步地，所述装载实操模块还包括应急告警单元，当发生火灾、污染物泄露、污染气体泄露的紧急事件时启动应急告警单元，关闭气流动力装置、执行装置闭合通风口以及发出告警。
33、进一步地，所述装载实操模块还包括设备管理单元和可视化单元；
34、所述设备管理单元用于管理和维护系统的硬件设备，包括设备的状态监测、故障诊断和维护记录；
35、所述可视化单元用于通过app或小程序推送实时状态通知用户。
36、本发明的有益效果在于：
37、1.通过三维模拟模块在建设洁净实验室前规划实验室通风口最优设置，有利于提高在实验室使用过程中调节气流紊乱的效率，能够对实验室内部全面的气流问题进行相对应的调整，达到洁净实验室的建设需求；
38、2.通过模型对比单元，可以更准确的找到洁净实验室气流的紊乱因素，便于对症下药，能够更高效的解决气流紊乱；
39、3.通过分析控制单元能够自适应的获知如何恢复洁净实验室的稳定气流，并给出对应如何调整的最优策略；
40、4.通过边缘计算单元能够在最优策略传输到执行装置过程中达到实时响应，即使网络不稳定也可独立运行处理数据，也能更好的保护数据安全和隐私。
1.一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，包括：三维模拟模块和装载实操模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，所述三维模拟模块的实现步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，所述模型对比单元的实现方式为：
4.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，所述分析控制单元用于执行以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，所述分析控制单元用于执行以下步骤：
6.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，所述分析控制单元通过改进的多目标优化筛选出气流调整优化的策略。
7.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，所述边缘计算单元对分析控制单元调整优化后的策略指令下达的实现步骤为：
8.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，所述执行装置为各通风口配置的可电控的百叶窗式闭风设备、系统加湿器以及通风设备，闭风设备由多条长方形叶片组成，通过电控可调整叶片角度。
9.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，所述装载实操模块还包括应急告警单元，当发生火灾、污染物泄露、污染气体泄露的紧急事件时启动应急告警单元，关闭气流动力装置、执行装置闭合通风口以及发出告警。
10.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的洁净实验室气流控制系统，其特征在于，所述装载实操模块还包括设备管理单元和可视化单元；
