基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明方法技术

本发明专利技术公开了基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明方法，首先离线状态下建立各向对称吸顶灯、工作台灯的光分布模型，以及各用户的光色评分模型，然后，在线控制时，采用多目标优化算法对各灯的光色参数进行寻优。寻优过程中，第一阶段基于入睡用户的评分对各向对称吸顶灯的光色参数进行优化，第二阶段基于学习用户的评分，采用混光后的总出光效果来评价工作台灯的光色参数。寻优结果通过调光映射单元转换为驱动电流值分别发送给各灯驱动器执行调光。本发明专利技术能协调公共宿舍内不同用户、不同作息对光照的要求，实现公共宿舍的自动优化混合照明；还通过用户接口单元的操作或与日光色的对比，对优化结果进行调节，从而使照明效果更符合用户需求。符合用户需求。符合用户需求。

【技术实现步骤摘要】
基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明方法
[0001]本申请为申请号201910287131.5、申请日2019年04月03日、专利技术名称“基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明系统、方法及优化方法”专利的分案申请。


[0002]本专利技术涉及智能照明领域，具体涉及一种基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明方法。

技术介绍

[0003]在我国学校、机关、企事业单位，大量存在单身职工、学生居住的公共宿舍或集体宿舍。这些宿舍的居住人数类型有双人房间、三人房间、四人房间、六人房间、八人房间不等。随着经济发展、社会进步、以人为本的体现，现在的集体宿舍公寓化硬件不断更新、设施不断完善、环境不断优化。
[0004]以学校的学生公共宿舍为例，宿舍是大多数在校学生每天待的时间最长的地方之一，一般来说，同学们在宿舍除了睡觉之外，还会进行看书、学习、上网、看电视等活动。在大学宿舍，随着选修课在国家政策要求下的日益增多，同一宿舍不同学生的个人培养计划差别非常明显，比如早上第一二节课有人有课有人没课；加之个性化时代每个人的时间安排都各有特点，因此，作息时间相比过去的相对单调一致而变得越来越参差不齐。
[0005]公共宿舍内，作息时间、作息规律的差别为共用同一个宿舍环境的不同个体带来了很多困扰。在这些困扰因素中，声音可以通过佩戴耳机来缓解，但光线的矛盾则难以协调。比如，有些人早睡早起，有些人在名义上的统一熄灯时间后还要学习一两个小时，要学习的人总是需要开灯的，而不可调节的灯光对则会抑制想要入睡的人的睡意甚至将他们吵醒后使得他们难以继续入睡。
[0006]现有研究中，对公共宿舍照明的研究，主要在于结构设计和采光调查方面。如，南京大学2015年的硕士论文《南京大学生宿舍天然采光及照明研究》通过实地测量和问卷调研分析了南京大学生宿舍的采光情况及其存在的问题，为改善宿舍采光环境提供了参考依据。而发表在《电力需求侧管理》杂志2010第12卷第3期的《北京市高校照明现状调查与分析》，则通过对北京市55所高校教室、图书馆、食堂和宿舍照明产品使用情况的调查和典型教室照度的测试，为照明节能提供基础数据。
[0007]光环境对人的生理、心理都会产生显著的影响。首先，光是正常的人产生视觉的必要条件。如果没有充足的光线，人就不能发挥视觉功效，无法识别环境，以致影响自己的判断和行为。这说明光环境条件差，会导致视觉失误，影响正常学习或操作。因此光环境与人们的生存和人身安全有着直接关系。在光环境中，光刺激对于人体血压、脉搏、呼吸、筋肉紧张等也有很大影响，能够引起自律神经系统和大脑皮质的活动。
[0008]其次，在光刺激对人体生理活动造成影响的基础上，光色还通过与人的视觉体验及生活经验相结合，影响人的生理感受。比如，柔和偏暖色的灯光使人觉得心情平静，而冷色偏蓝的灯光使人思想集中、思维活跃。
[0009]在公共宿舍中，学习与入睡两种重要作息活动对灯光的不同要求，使得不同个体间因灯光控制的问题而产生矛盾。
[0010]夜间，当入睡用户准备休息时，经常会进行一些过渡性的活动，如工作计划安排、睡前阅读，当前还有更多的年轻人会用智能手机或平板看一些让人放松的内容。入睡前的这个阶段，用低色温低亮度的灯具或设备背光，都能对身体放松直至犯困、入睡有帮助。但对于学习用户来说，要保证学习效率，需要较高亮度和高色温的光照。
[0011]这种矛盾，虽然可以通过开台灯等小灯、佩戴眼罩等方法得以缓解。但对于大灯，如各向对称发光的吸顶灯，如果其只能通过简单的开关切换来进行控制，就可能将不同个人间的矛盾激化。
[0012]反之，如果在各向对称吸顶灯与台灯进行混合照明的公共宿舍内，能根据学习、入睡等活动自动调节各向对称吸顶灯的出光，照顾不同个体的感受，则能协调不同照明需求，大大减小公共宿舍内对光需求的矛盾。
[0013]基于以上因素，目前需要一种能根据宿舍用户不同作息活动进行需求协调并自动对灯具出光进行调节的照明方法与系统。

技术实现思路

[0014]环境照明对人类的生活、学习、入睡都有着直接的影响。人们通过视觉从外界获取信息，并且迅速作出反应，工作和学习效率都直接受制于环境的照明条件，而维持基本的视觉功能也依赖于照明。同时，人体与其他生物一样，都受到日夜这种自然节律的影响。对比研究表明，按照生物节律来安排一天、一周、一月、一年的作息制度，能提高工作效率和学习成绩，减轻疲劳，预防疾病防止意外事故的发生。
[0015]人眼视网膜上的第三类感光细胞即本征感光视网膜神经结细胞被发现后，已被证明它可以通过对进入人眼的可见光辐射产生一系列化学生物反应来控制人的生理节律。医学研究表明，视觉系统不仅传递给大脑光的信号，而且把外界光环境的明暗信息传递给大脑的松果体。松果体产生褪黑激素来控制了人的觉醒水平。
[0016]黑暗环境会刺激松果腺合成并释放褪黑激素进入血液中，明亮环境则抑制褪黑激素的产生。光线中的蓝光能抑制松果体分泌褪黑素，白天蓝光最强，人精神抖擞；夜间蓝光最弱，脑内松果体分泌褪黑素，进入血液中的褪黑素促进人体泛困、入睡和深眠。
[0017]由于影响学习效率与入睡的环境照明因素有很多方面，其中比较重要的有：照度水平、照度分布、颜色显现、光影光色等。而这些因素对不同个体的学习、入睡的影响程度是有区别的。
[0018]对于光照环境与学习效率、入睡速度之间存在一种什么约束关系，这是一个多因素的映射问题。要描述它们之间的关系，可以通过离线数据的记录与统计，计算出每种光色组合条件下个体的学习效率与入睡效率评分，并将这些评分用表格形式存储。
[0019]本专利技术专利首先基于位置识别单元、用户身份识别单元识别公共宿舍内各用户的作息活动，查找其当前活动对应的光色评分表，对多目标优化处理中个体分别进行评价值计算，并基于该评价值进行寻优，最后将最优个体所表示的光色参数映射为灯具的驱动电流值。其中，优化处理中所述个体，以全局照明的各向对称吸顶灯、局部照明的工作台台灯组成的混合照明灯组各自出光的色温或颜色、亮度等光色参数为待寻优参数集；所述多目
标优化处理包括两个阶段，第一阶段对各向对称吸顶灯参数进行寻优，第二阶段基于第一阶段的寻优结果再对工作台灯参数进行寻优。
[0020]寻优所依据的评价函数F为公共宿舍内各用户评价值的加权和，由于光色参数寻优涉及到多个因素，这是一个多目标优化问题，对于多目标优化问题，其优化解被称为Pareto解。通过多目标遗传优化算法即MOGA来求解该问题。
[0021]经过优化求解后，获得总评价值高的光色参数。然后，调光映射单元将该优化出的光色参数映射为灯组各驱动电流通道的驱动电流值，并将所述电流值传送给灯组内的驱动器，从而实现公共宿舍内多需求自动优化的照明。
[0022]调光映射单元将光色参数转换为灯组驱动电流的映射，可以基于多种手段。首先，可以基于一个事先生成的光色空间至驱动电流空间的查找表；其次，可以基于经最小二乘法回归生成的光色空间至驱动电流空间的变换多项式。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明方法，包括以下步骤：S1、初始化，在控制单元中建立光分布模型、光色评分模型，公共宿舍内的照明灯组包括各向对称吸顶灯、及多个工作台灯，这些灯均具有在色温、颜色之中至少一种光性质可调、且亮度可调的特性，所述光分布模型为公共宿舍中每个灯的亮度到作息位置照度的对应关系，所述作息位置为公共宿舍内每个用户的学习、入睡等作息位置，所述光色评分模型为光色评分表集合，对公共宿舍中每个用户都有一个光色评分表，表中记录有所述用户对不同作息模式下所在作息位置受到照射的光的照度、及色温/颜色的评分；S2、通过控制单元的输入输出模块向照明灯组内各灯发出调光信号，在各灯混合照明时，对调光变化后的各照明环境，由公共宿舍中每个用户进行评分，将作息模式、光的照度、色温/颜色及评分记录在光色评分表中；S3、在线控制时，采用多目标优化算法对各灯的光色参数进行寻优，首先，确定将各灯出光的亮度、及色温/颜色等光色参数进行编解码的策略，并确定其各自取值区间，确定优化计算中种群规模、交叉概率、变异概率等参数，令当前待寻优灯为各向对称吸顶灯；S4、随机产生初始种群；S5、针对搜索空间内进化群体中的各个体，解码得到其对应的光色参数，根据所述光色参数，基于所建立的光分布模型、光色评分模型，计算各个体的评价值：对于各向对称吸顶灯，将光色参数中的亮度根据光分布模型转换为每个入睡用户当前作息位置处的照度，并根据该用户的光色评分表，通过查找和插值，计算出该用户的评分，然后对所有当前在公共宿舍内的入睡用户评分进行加权求和计算总评分值，对于工作台灯，将待寻优工作台灯、以及已寻优各向对称吸顶灯共同混光照明时，基于总出光在每个学习用户当前作息位置处的总出光照度、总出光色温，根据该用户的光色评分表，通过查找和插值，计算出该用户的评分，然后对所有当前在公共宿舍内的学习用户评分进行加权求和计算总评分值；S6、基于所述总评分值，进行交叉遗传和变异操作，更新进化群体；S7、转至步骤S5，反复迭代，直至搜索结束后，输出Pareto优化解；S8、如果还未完成所有灯的寻优，则令当前待寻优灯为所有工作台灯组成的灯集合，转S4；否则转S9；S9、调光映射单元将寻优结果映射为灯组各驱动电流通道的驱动电流值，并将所述电流值传送给灯组内工作台灯、各向对称吸顶灯各自的驱动器进行调光。2.根据权利要求1所述的基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明方法，其特征在于，所述光分布模型采用照明分布表，在各向对称吸顶灯照明分布表、各工作台灯照明分布表中，记录有各灯的不同亮度及该亮度所对应的宿舍中每个工作台、床位的照度，且所述照明分布表、光色评分表均通过电子数据读取的方式获得，所述步骤S2还包括：离线状态下，所述控制单元通过用户接口单元及用户身份识别单元，接受宿舍用户的注册，并将用户注册表保存在存储器中，所述用户注册表包括用户识别
号、用户身份识别特征、工作台位置号、床位号，并且，控制单元还通过网络连接将存储器内的数据上传到外部云服务器上，当用户更换宿舍后，通过用户身份识别单元将其光色评分表自动读入到新宿舍控制单元的存储器中。3.根据权利要求1所述的基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明方法，其特征在于，所述各向对称吸顶灯、工作台灯均各包括高色温、低色温两种LED串且每串LED各对应一个驱动电流通道，所述调光映射单元中，对所述每个灯，均有一个所述灯亮度、色温组成的光色空间至其双通道驱动电流空间的查找表，对于所述寻优结果(L0，K0)，通过在查找表中进行插值来获取双通道驱动电流值。4.根据权利要求1所述的基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明方法，其特征在于，所述光色评分模型采用人工神经网络，对于公共宿舍内的每个用户，对应其学习、入睡两种作息模式，所述控制单元中均分别建立有一个人工神经网络，所述神经网络替换光色评分表来作为光色评分模型中光色评分的依据，其输入变量包括色温、照度，输出变量为光色评分值，所述步骤S2还包括：采集神经网络训练样本，所述控制单元中的处理模块对光色传感单元采集的信号进行处理，对于学习、入睡两种作息模式，分别获取学习时工作台的、入睡时入睡位置的照度、色温共2个光色参数，并由用户对光色参数进行评分，处理模块通过输入输出模块向照明灯组发出调光信号后，对变化后的光环境基于光色传感单元反复获取训练样本集，并基于所述样本集对所述神经网络进行离线训练，并且，在线控制时，所述步骤S5中，用经训练的神经网络代替光色评分表对不同光色参数条件下的光色评分值进行计算。5.根据权利要求1所述的基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明方法，其特征在于，所述灯组中灯的颜色以色坐标xyz表示，所述灯组为LED灯组，各向对称吸顶灯与工作台灯均通过驱动器调节内部各LED串的驱动电流值，所述调光信号为各LED串驱动电流的PWM波占空比数值；所述步骤S5中的所述总出光照度、总出光色温的评分按如下方法进行计算：将寻优到的各向对称吸顶灯的色坐标xyz以及亮度，转换为XYZ三刺激值后，再根据各向对称吸顶灯与每个学习用户位置处工作台灯的照明分布表基于照度相等原理将所述XYZ三刺激值继续转换为对应所述位置处工作台灯的XYZ三刺激等效值；然后，在对每个学习用户位置处工作台灯进行光色参数寻优时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王育红，邹细勇，陈亮，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：