Proper indoor ventilation through buildings' heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems has become an increasing public health concern that significantly impacts individuals' health and safety at home, work, and school. While much work has progressed in providing energy-efficient and user comfort for HVAC systems through IoT devices and mobile-sensing approaches, ventilation is an aspect that has received lesser attention despite its importance. With a motivation to monitor airflow from building ventilation systems through commodity sensing devices, we present FlowSense, a machine learning-based algorithm to predict airflow rate from sensed audio data in indoor spaces. Our ML technique can predict the state of an air vent-whether it is on or off-as well as the rate of air flowing through active vents. By exploiting a low-pass filter to obtain low-frequency audio signals, we put together a privacy-preserving pipeline that leverages a silence detection algorithm to only sense for sounds of air from HVAC air vent when no human speech is detected. We also propose the Minimum Persistent Sensing (MPS) as a post-processing algorithm to reduce interference from ambient noise, including ongoing human conversation, office machines, and traffic noises. Together, these techniques ensure user privacy and improve the robustness of FlowSense. We validate our approach yielding over 90% accuracy in predicting vent status and 0.96 MSE in predicting airflow rate when the device is placed within 2.25 meters away from an air vent. Additionally, we demonstrate how our approach as a mobile audio-sensing platform is robust to smartphone models, distance, and orientation. Finally, we evaluate FlowSense privacy-preserving pipeline through a user study and a Google Speech Recognition service, confirming that the audio signals we used as input data are inaudible and inconstructible.


翻译:通过建筑物的供暖、通风和空调(HVAC)系统进行适当的室内通风,这已成为公众日益关切的公共健康问题,严重影响个人在家庭、工作场所和学校的健康和安全。虽然在通过IOT装置和移动式遥感方法为HVAC系统提供节能和用户舒适度方面取得了很大进展,但通风是一个尽管重要却得到较少注意的方面。我们以监测通过商品感测装置建造通风系统的空气流为动力,提出了以机器学习为基础的算法,从室内空间的感知音频数据预测空气流速率。我们的ML技术可以预测空气通气口的信号状况,无论是在运行或运行时,还是在运行中流动,以及空气流动的速度。我们利用低通气过滤过滤器来利用静音检测算法,在检测不到人类讲话时只能感知HVAC通风口的空气声。我们还提出最低持续感测算法和后处理算法,以降低从运行时的干扰力,包括不断进行的人文感官流流流,在运行的MSLS的流中,我们利用了一种静流数据流流流数据,我们用来预测的静压的静压的静压。

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