基于各向对称吸顶灯的公共宿舍混合照明优化方法技术

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优化方法，根据用户在入睡或学习等作息模式下对作息位置各种色温、照度等光色参数组合的评分建立评价标准，通过多目标优化算法分别在第一、二阶段对各向对称吸顶灯、工作台灯参数进行寻优；个体评分基于评价标准，通过遗传、交叉、变异进行迭代遗传进化，获得Pareto最优解集，并选出总体评价函数值最优的解作为最优解输出。该最优解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，从而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。本发明专利技术还通过用户接口单元的操作，能实现优化结果的调节，从而使照明效果更符合用户需求。求。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优化方法
[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优化方法。

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优化方法与照明系统。

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。<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优化方法，其包括以下步骤：S1、确定评价标准，假设在公共宿舍内共有m1个入睡用户，m2个学习用户，以及待优化出光的1个各向对称吸顶灯和m2个工作台灯，对公共宿舍内的每个用户，均在存储器中预设有一个光色评分表，所述光色评分表记录有用户在入睡或学习等作息模式下对作息位置各种色温、照度等光色参数组合的评分值，建立基于各向对称吸顶灯的公共宿舍照明光照总体评价函数F，其中，w
i
为设定的加权系数，f
i
为各因素评价值，如，对各向对称吸顶灯，f
i
为：各向对称吸顶灯单独照明时，其出光亮度根据照明分布表对应到在各入睡用户位置处照度、以及其出光色温两个光色参数的组合，对应在第i个入睡用户的光色评分表的入睡模式子表中进行查表，获得的评分值，对工作台灯，f
i
为：m2个工作台灯组成的灯集合、以及各向对称吸顶灯混光照明时，总出光的照度、以及总出光色温两个光色参数的组合，对应在第i个学习用户的光色评分表的学习模式子表中进行查表，获得的评分值；S2、初始化进化种群规模、交叉概率、变异概率等参数，确定各向对称吸顶灯、各工作台灯色温、亮度光色参数的取值区间和编码策略以及每代群体中被全局Pareto最优解替换的个数N
rp
，第一阶段，令当前待寻优灯为对各向对称吸顶灯；S3、世代数k＝0，对当前待寻优灯或灯集合，随机产生初始种群P(0)；S4、令k＝k+1；如果达到结束条件，转第S11，否则接下一步；S5、将本代群体P(k
‑
1)中所有个体解码得到光色参数，计算出各个体的各因素评价值f
i
，比较获得本代的Pareto最优解集PT
k
，并更新全局Pareto最优解集PT
g
；S6、如果PT
k
集的个体数N(PT
k
)为奇数，随机选择一个个体加入到PT
k
集，使之能相互配对，计算出本代群体中PT
k
集外各个体的总体评价函数F值，并根据各个体的F值按轮盘赌法选择出其它(N(gp)
‑
N(PT
k
))/2对父体；得到的父代群体为P
′
(k)；S7、对P
′
(k)中的个体进行交叉和变异操作，产生群体P
″
(k)；S8、对于P
″
(k)中PT
k
集的子代个体，如果其总体评价函数F值不能优于其父体，则用其父体回代，得到群体P
″′
(k)；S9、将P
″′
(k)中非PT
k
集子代的N
rp
个个体随机地用全局Pareto最优解个体作替换，产生下一代群体P(k)；S10、转步骤S4：S11、搜索结束，基于最后得到的Pareto最优解集，选出总体评价函数F值最优的解，保存最优解；如果各向对称吸顶灯和工作台灯均已寻优，则转S13；S12、第二阶段，令当前待寻优灯为m2个工作台灯组成的灯集合，转步骤S3；
S13、优化结束，将所获取的最优解输出。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优化方法，其特征在于，所述步骤S1中所述总出光的照度、总出光色温按如下方法进行计算和处理：T1、基于色温到色坐标的转换关系式，将各向对称吸顶灯、工作台灯的色温转换为xyz色坐标，T2、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的照明分布表，将其亮度Y转换为在第i个学习用户位置处的第一照度，同时将X、Z同比例变化后得到对应于该处的第一XYZ三刺激，T3、包括第k个工作台灯的m2个工作台灯组成的灯集合，所述集合中的每个灯将其色坐标xyz以及亮度，转换为各自XYZ三刺激值后，再根据其各自的照明分布表，将其各自亮度Y转换为在第i个学习用户位置处的照度，同时将各自X、Z同比例变化后得到对应于该处的XYZ三刺激变换值，所述集合中所有灯对应的照度的和为第二照度，...

【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：