采用非光传感器检测和量化日光的方法和系统技术方案

公开了一种方法和相应系统，其中，分析环境的整体照明以便检测和量化照明中的日光组分。本发明专利技术利用视觉和非视觉传感器的组合和对传感器数据进行滤波并分析传感器数据的信号处理算法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用非光传感器检测和量化日光的方法和系统
本申请涉及光管理系统领域，且更具体地涉及用于在包括一个或多个安装的光源和外部光源的空间中控制光分布的方法和系统。
技术介绍
随着对能量节约的日益重视，用于控制由照明系统消耗的电能的系统正被使用。这种系统一般包括可用日光的利用。事实上，在许多国家，规章要求在建筑物（新的和翻新建筑物两者）中实现日光照明。在名称为“AMETHODFORCONTROLLINGBLINDSLATANGLEANDHEIGHTOFASINGLEMOTORBLIND”的共同待决申请号WO2013140292中描述了这种系统的示例；其全部内容以引用的方式结合在此。然而，在这种系统中，当使用低成本传感器时，在日光的可靠检测和实时响应中存在挑战。即，日光采集照明控制系统的性能与感测环境光的光传感器的性能紧密相关。低成本光传感器通常是不精确的，且随着装置的使用期而变差。因为这种传感器测量在光敏二极管处聚集的光（直接的/反射的、人造的/自然的），它们不能分辨来自人造光源（如照明器）和自然光源（如太阳光）的光。特别地，由于日光和人造光的光谱是不同的，光传感器对日光的响应相较于对人造光的响应不同（例如，这种传感器对日光比对人造光更敏感）。目前的日光采集照明控制系统一般与整体照明成比例地对人造光进行调光。由于光传感器对日光比对人造光更敏感，这导致人造光的过度调光。如果传感器能够分辨日光和人造光，则控制系统能够对它们做出不同响应以处理此过度调光问题。进一步，已经观察到现有技术的闭环独立的百叶窗和照明控制策略在得到照明能量消耗的节省方面导致差的性能。主要原因是相较于一般的照明控制系统，一般的百叶窗控制系统的响应时间更慢。考虑一个场景，其中百叶窗的板条部分打开，且日光充足满足目标设定点。从而，电灯关闭。此时，云突然出现在天空中，因此内部照明下降至目标设定点以下。闭环百叶窗控制系统将通过（以比如5度的增量）打开百叶窗对此变化做出反应。同时，闭环照明控制系统也将注意到此变化，并使电灯变亮以达到设定点。由于电灯的响应时间比百叶窗快，当百叶窗系统慢慢打开板条时，电灯能够快速弥补差值。当由于电灯变亮而已经达到设定点之后，百叶窗停止进一步打开。因此达到稳定状态，其中百叶窗部分打开，而电灯以对节能非最优的水平进行照明。如果传感器能够区分日光和人造光，那么可以缓解此问题。这将使系统能够意识到，百叶窗需要进一步打开，因为存在采集更多日光的空间-尽管由于混合（日光+人造）光，可能已经达到设定点。此外，现代照明系统可以主动控制窗户/建筑物正面百叶窗以通过避免来自日光的热量增益来节省HVAC制冷能量。当前，这通过以下方法执行：将室内光水平的增长（即超过原本设计的使用电灯的水平的增长）归因于日光，并由此计算进入空间的热量增益。这种方法可能是不精确的，因为光传感器不能区分电灯光和日光。已知HVAC是一般建筑物中最消耗能量的子系统，且HVAC装置具有较长的滞后（有时几小时）。从而，基于光水平的百叶窗控制中的任何简单的失误或不精确可能在建筑物中具有显著的能量后果。再进一步，许多当前系统采用数据记录器来估计占用感测和日光采集照明控制系统的能量节省潜能。这些记录器记录占用和照明数据以发现何时空间未被占用而灯仍开着。灯是开启还是关闭是基于照明的突然变化估计的。因为这种当前的数据记录器系统中的光传感器不能区分日光和人造光，所以日光的突然变化（例如，有人关上或打开百叶窗，或者云经过）可能被不恰当地解释为人造光被开启或关闭。如果系统的传感器能够区分日光和人造光，那么可以克服此问题。
技术实现思路
本文所述的本专利技术中，提供了一种使用视觉传感器和非视觉传感器的组合检测和量化日光的系统。在下面的详细描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的有代表性的实施例，以便提供对要求保护的专利技术的全面理解。然而，对已受到本公开益处的本领域一般技术人员将明显的是，偏离本文所公开的具体细节的根据本教导的其他实施例仍在所附权利要求的范围内。此外，可能省略对众所周知的设备和方法的描述，以便不模糊对代表性实施例的描述。这些方法和设备显然在要求保护的专利技术的范围内。例如，本文所公开的方法和设备的方面结合了被安装在房间的天花板或墙上来描述。然而，本文所描述的方法和设备的一个或多个方面可以以其他构造实现，例如各种嵌入式产品，比如可以以嵌入式构造安装的照明固定装置、相机、扬声器和/或通风系统。在本专利技术的各种实施例中，利用温差电堆阵列和至少一个光传感器监测室内区域（“照明区域”）。这些装置的原始传感器输出通过算法实时滤波、处理和操作。然后一方法将执行区域对日光的暴露（如“是/否”）、日光水平（如“高/中/低”）和估计的日光强度（如“700勒克斯”）的基于视觉的估计。在本专利技术的进一步的实施例中，传感器的校准在系统安装之后执行。在示例性的校准方法中，在有日光存在（如中午）和没有日光存在（如夜晚）时的不同调光水平下的光水平的测量和温差电堆阵列的读数。然后从这些数据点形成简单的回归模型，其可以估计：a）给定来自光传感器和温差电堆阵列的数据，日光存在还是不存在。可以遵循简单的基于阈值的方法；b）如果日光存在，日光的定性测量。使用在上述步骤中收集的数据，将形成简单的二元决策树（BDT）分类器。当日光存在时，基于最近的实时数据，BDT分类器将生成标签（高、中、低）之一，以定性地测量日光。所需的一些分割值或监管标签可以事先形成。在更进一步的实施例中，可以形成（现场或非现场）更复杂的回归模型，以估计测量区域中存在的日光量（以勒克斯为单位）。此模型同样利用光调光水平、光传感器水平和温差电堆读数。可替换的实施例将在安装后基于视觉学习此或在安装前预计算。可以预见，本专利技术可以与采用热电红外（PIR）传感器的占用检测系统组合被采用。当由其热电传感器生成的电压穿过特定阈值时，PIR传感器检测运动。当前，此阈值是工厂设定——意味着它们不是在安装后现场学习的。由于缺少自适应阈值，PIR是易错的。当前景和背景（例如，在天花板安装的传感器的情况中的天花板和地板）温度之间的差异波动时，尤其如此。例如，区域向高水平日光的长暴露可能增长背景温度，并由此导致错误的PIR输出。通过了解区域中可用日光有多少，本专利技术的实施例能够动态地校准此工厂设定的阈值（以伏特为单位）。因此，可以利用本专利技术来提供动态PIR检测阈值（例如，如下文讨论的，从1.3V变化至1.5V）来改进当日光存在时的占用检测。在本专利技术的各种实施例中，所提出的系统能够是独立的或嵌入在房间照明器中。本专利技术另外的实施例使得如下用于连接的照明的多种应用成为可能：1）通过更好的日光估计的更好的人造光实时控制；2）基于对进入室内空间的热量增益的改进的估计的更好的百叶窗控制；3）依据由日光引起的红外辐射通过动态控制传感器阈值而改进的PIR占用传感器保真度。附图说明结合附图，通过下文的详细描述，本专利技术的上述及其他示例性特征、方面和优势将是更加清楚的，其中：图1示出了示例性配置，其中本专利技术的感测系统被部署在一般办公建筑物中。图2是指示由本专利技术的实施例采用的方法的流程图。图3示出了实验房间的配置，在此本专利技术的感测系统的构思被测试。图4是描绘来自使用商业温差电堆阵列的日照实验结果的曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分析环境的整体照明以由此检测和量化照明的日光组分的系统，其中所述系统包括：温差电堆阵列；光传感器；和，计算机处理器，其对来自所述温差电堆阵列和所述光传感器的输入进行滤波，并确定在所述整体照明中日光存在的程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.19 EP 16165981.8;2016.02.05 US 62/2916471.一种用于分析环境的整体照明以由此检测和量化照明的日光组分的系统，其中所述系统包括：温差电堆阵列；光传感器；和，计算机处理器，其对来自所述温差电堆阵列和所述光传感器的输入进行滤波，并确定在所述整体照明中日光存在的程度。2.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个热电红外（PIR）传感器，其中所述PIR传感器能够确定一个或多个人占用者的存在。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机处理器是微型计算机，其位于邻近所述温差电堆阵列处。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机处理器位于远离所述温差电堆阵列处。5.一种闭环百叶窗控制系统，其利用根据权利要求1所述的系统，以控制人造照明和适当的用于容许日光进入环境的百叶窗打开，以由此达到照明目标设定点。6.一种闭环百叶窗控制系统，其利用根据权利要求所述1的系统，以控制人造照明和适当的用于容许日光进入环境的百叶窗打开，以由此减少来自所述日光的热增益。7.一种占用检测系统，其利用根据权利要求1所述的系统，以确定一个或多个动态PIR检测阈值。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述环境是室内区域，且由所述计算机处理器执行的所述滤波包括滤除受一个或多个室内区域的占用者影响的传感器测量值。9.根据权利要求1所述的系统，其中确定日光存在的程度包括应用下面的决策规则：如果Mi>=k*Ta+c，则日光=1；和如果Mi<k*Ta+c，则日光=0，其中：Mi是所述温差电堆i的中间像素温度，Ta是从放置于不同位置的传感器计算的平均气温，及k、c是硬编码的或在训练中学习的系数。10....

【专利技术属性】
技术研发人员：MK戈帕尔萨米，MD帕特尔，
申请(专利权)人：飞利浦照明控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL