1.基于混合照明的开放式办公室照明系统,其包括用户接口单元、光色传感单元、位置识别单元、用户身份识别单元、可调光灯组和服务器,以及与所述用户接口单元、光色传感单元、位置识别单元、用户身份识别单元、可调光灯组和服务器均相连的控制单元,所述用户接口单元包括总开关、显示屏和操作面板,用来键入参数和发起操作,所述光色传感单元包括两个分别位于窗户内、外侧的固定光色检测模块、以及对应于办公位及过道的室内光色检测模块,所述光色检测模块用来检测自然光的光强与色温、及各光照测试点的照度、色温等光色参数,所述位置识别单元用来检测开放式办公室用户的在位信息,
所述用户身份识别单元用来对开放式办公室用户进行身份识别,
所述可调光灯组包括包括多个可调光顶灯、以及对应于办公室用户个数的可调光台灯,所述顶灯及台灯均采用LED串作为光源、且各LED串都具有在色温、颜色之中至少一种光性质可调且亮度可调的特性,所述控制单元又包括输入模块、光色处理模块、照明优化处理模块、调光模块、输出模块和存储模块,且控制单元被配置为:输入模块从系统的光色传感单元、位置识别单元分别获取开放式办公室多个光照测试点的色温与照度信号、每个办公位的人员在位信号,基于各测试点的检测信号,光色处理模块计算获取办公室各预设区域的照度梯度值及照度均匀度值,
离线状态下,通过用户接口单元及用户身份识别单元,接受办公室用户的注册,并将用户注册表保存在存储模块中,所述用户注册表包括用户识别号、用户身份识别特征、办公位置号;纯自然光环境中,在不同窗帘开度下通过对所述窗户外侧固定光色检测模块、室内光色检测模块的传感信号标定,获取光强映射表并保存在存储模块中,对每一个经注册的用户,通过用户接口单元,输入一个光色评分表并将其保存在存储模块中,所述光色评分表的每条记录中,包括办公时间段、色温、照度、评分值,无自然光环境下,调光模块通过改变办公室内可调光顶灯、可调光台灯的各LED串的驱动电流值,并记录其对应的各LED串组合发光照明时各光照测试点的色温值、照度值,来获得各LED串的调光照明分布表,并将所述光色评分表保存在存储模块中,根据过道照明特点,定义过道照度、照度均匀度及照度梯度的评分函数并将其保存在存储模块中,
在线控制时,处理模块基于窗帘开度及窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获取各测试点处当前自然光的光色参数,并根据当前时间、以及通过位置识别单元检测到的用户在位信息,基于所述调光照明分布表、各办公位用户的光色评分表,通过多目标优化算法,第一阶段,基于过道照度评分函数,针对所有用户不在位、且与在位用户共享同一过道的办公位,将所述办公位相邻的过道上的第一类过道光照测试点的期望照度区间即评分最高的照度区间设置为办公室桌面推荐照度的1/3至1/2,基于所述第一类过道光照测试点的照度、可调光顶灯的功耗、所有过道的照度均匀度、各列过道间照度梯度等4个评分指标,对可调光顶灯各LED串驱动电流组合进行寻优,其中,寻优过程中对各LED串驱动电流组合的评分基于所述驱动电流组合对应出光及当前自然光混光照明的总光照,第二阶段,针对办公室所有在位用户,扣除已寻优可调光顶灯出光和自然光后,基于所有在位用户的用户总评分、可调光台灯的功耗等2个评分指标,对各可调光台灯的LED串驱动电流组合进行寻优,照明优化处理模块将寻优结果经调光模块和输出模块传送给对应LED串的驱动器,执行调光控制。
2.根据权利要求1所述的基于混合照明的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述过道照度评分函数为,
其中,e为当前照度,be、ce为根据统计所获得的、覆盖了设定比例人数的理想过道期望照度区间的下限值与上限值,ae、de则分别为另两个预设下限值与上限值;
所述照度均匀度评分函数为,
其中,U为当前照度均匀度,bU是按标准所设定的参考值,aU是一个预设的下限值;
所述照度梯度评分函数为,
其中,d为当前照度梯度,D是所设定的参考值,σ是一个预设的宽度值。
3.根据权利要求1所述的基于混合照明的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述优化算法的第二阶段中,所述已寻优可调光顶灯出光和自然光按如下过程进行扣除:首先,针对所述个体的q路驱动电流参数值,及已寻优的p路可调光顶灯LED串驱动电流共n路驱动电流,
查找调光照明分布表获取其对应组合单独发光时所有对应有在位用户测试点各点的第一色温值、第一照度值;通过窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获得当前自然光的第二色温值,同时基于窗帘开度,通过查找光强映射表获取对应于各测试点位置上当前自然光的第二照度值;接着,基于色温到色坐标的转换关系式,将所述第一、第二色温值转换为第一、第二xyz色坐标,同时基于所预设的照度到亮度转换比例,将所述第一、第二照度值转换为第一、第二亮度;并将所述第一xyz色坐标、第一亮度转换为第一XYZ三刺激值,将所述第二xyz色坐标、第二亮度转换为第二XYZ三刺激值,将第一、第二XYZ三刺激值种的X、Y、Z三刺激值分别相加后获得总XYZ三刺激值;将总XYZ三刺激值转换为总xyz色坐标,并进一步转换为总色温,同时,将第一、第二照度相加得到总照度;最后,根据所述总照度、总色温以及当前时间段,查找所有对应有在位用户测试点所对应用户的光色评分表得到各在位用户的独立评分,将所述独立评分求和获得所述个体对应的用户总评分值f1;然后,根据耗电功率计算节能评分值f2,对所述2个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值f=k1·f1+k2·f2,其中ki(i=1,2)为预设的加权系数,并根据所述总体评分值进行遗传、交叉和变异操作,更新进化群体;之后,反复进化群体,直至寻优结束后,输出寻优结果。
4.根据权利要求1所述的基于混合照明的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述固定光色检测模块包括光色传感器,所述光色传感器容纳于内侧有反光涂层的球冠状取光球中,取光球通过支柱连接在固定座上,在取光球的顶部有几个采光用的小孔,临近取光球与支柱接点处还设有一个连接件,连接件的外侧端部设有一个用于旋转防尘罩的转轴,所述防尘罩在闭合时贴合于取光球的外壁,所述室内光色检测模块采用悬挂于办公位上方天花板上的移动光色检测模块,所述移动光色检测模块包括光色传感器,所述光色传感器容纳于圆柱筒形取光直筒内,所述取光直筒依次通过第二转轴、连杆、第一转轴连接于底座上,所述第一转轴、第二转轴分别在两个正交的横滚方向、俯仰方向上旋转移动,所述控制单元还被配置为:
在办公室过道每隔一段距离、以及每个办公位上设置一个光照测试点,控制移动光色检测模块中的第一转轴、第二转轴旋转,使其取光直筒依次对准预设的所述光照测试点,对所述光色传感器的传感信号,光色处理模块进行处理获取所述各办公位、及过道光照测试点的色温与照度值,通过示教多次改变第一转轴、第二转轴旋转角度,在所述取光直筒对准预设的各光照测试点时记录所述第一转轴、第二转轴旋转角度。
5.根据权利要求4所述的基于混合照明的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述系统还包括一个与控制单元相连的窗帘开度检测单元,基于所述窗帘开度检测单元的传感信号,控制单元处理获取窗帘开度,所述窗帘开度检测单元包括一个与窗帘旋转模块联动的窗帘开度传感器,
纯自然光环境中,基于所述窗帘开度检测单元获取所述窗帘开度,离线状态下,改变窗帘开度,在各窗帘开度下,通过所述窗户外侧固定光色检测模块获取室外光强,同时通过室内光色检测模块获取其对应的各光照测试点的照度值,在光强映射表中记录所述室外光强及各光照测试点的照度值;
而在缺少窗帘开度检测单元时,所述窗帘开度通过以下处理获取:
离线状态时,在不同窗帘开度下,通过所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强,并用一个窗内外光强度映射表记录相应的窗户内光强、窗户外光强及窗帘开度,在线状态时,基于所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强,并通过查找所述窗内外光强度映射表获取所述窗帘开度。
6.基于混合照明的开放式办公室照明控制方法,包括以下步骤:
S1、初始化,在控制单元中建立调光照明分布模型、光色评分模型、用户注册表,在办公室内设置的可调光灯组包括均采用LED灯的多个可调光顶灯、对应于办公室用户个数的可调光台灯,每个所述LED灯具有至少一个色温、亮度可调的LED串,所述调光照明分布模型包括可调光灯组的调光照明分布表、窗外光强到办公室内m个光照测试点照度的光强映射表,其中,调光照明分布表为可调光灯组所有n路LED串驱动电流值到办公室各光照测试点处色温值、照度值的对应关系,所述测试点分布在办公位及过道并通过光色传感单元进行检测,所述光色评分模型包括光色评分函数、及每个办公室用户的光色评分表,其中,光色评分表的每条记录中,包括办公时间段、色温、照度、评分值,光色评分函数包括过道照度均匀度评分函数、各列过道间照度梯度评分函数、及过道照度评分函数,所述用户注册表包括用户识别号、用户身份识别特征、办公位置号;
S2、无自然光环境下,通过控制单元的调光模块和输出模块以步进改变的方式向可调光顶灯、可调光台灯的各LED串发出调光信号,对调光变化后的各照明环境采集信号样本,提取调光信号中n路LED串驱动电流值,采集并处理获取各测试点处的色温、照度值,并将所述电流、色温、照度值记录和保存在调光照明分布表中,同时,在不同照明条件下,由办公室用户对照明条件进行评分,记录在所述用户的光色评分表中,
纯自然光环境中,在各窗帘开度下,分别通过光色传感单元中的窗户外侧的固定光色检测模块、及室内光色检测模块获取室外光强及室内各光照测试点的照度值,记录在光强映射表中;
S3、设所述可调光灯组包括可调光顶灯的p路、可调光台灯的q路共n路LED串,确定多目标优化算法中将各LED串的驱动电流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;
S4、在线控制状态下,当预设条件满足时,采用多目标优化算法对各LED串的电流参数进行寻优,
首先,基于窗帘开度及窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获取当前自然光的光色参数,并获取当前时间,通过位置识别单元检测当前在位用户;
接着,进行优化处理,第一阶段,令当前待寻优参数集为可调光顶灯的p路LED串驱动电流组合,同时,设定可调光台灯的q路LED串驱动电流为零值,S5、随机产生初始种群;
S6、针对搜索空间内进化群体中的各个体,解码得到各路LED串驱动电流参数,并与另一种可调光灯各LED串驱动电流的已有设定值一起组合为n路LED串驱动电流参数集,根据所述组合后的电流参数集,通过多维插值查找调光照明分布表获得对应人工光在各测试点的色温、照度值等光色参数,然后,基于所述调光照明分布模型、光色评分模型以及当前时间段,根据所述人工光及当前自然光混光照明的总光照,分别计算各个体的各因素评分值,并对所述多个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值f,其中,对于第一阶段寻优,在所述过道照度评分函数中,针对所有用户不在位、且与在位用户共享同一过道的办公位,将所述办公位相邻的过道上的第一类过道光照测试点的期望照度区间即评分最高的照度区间设置为办公室桌面推荐照度的1/3至1/2,根据第一类过道光照测试点的照度值,基于过道照度评分函数计算所述个体对应的照度评分值f1;然后,根据可调光顶灯的耗电功率计算节能评分值f2,还通过计算获得与窗户平行的各列过道测试点的照度均匀度、及各列过道间照度梯度值,进而分别根据所设定的评分函数计算照度均匀度评分值f3、照度梯度评分值f4,对于第二阶段寻优,针对办公室所有在位用户,查找所有对应有在位用户测试点所对应用户的光色评分表得到各在位用户的独立评分,将所述独立评分求和获得所述个体对应的用户总评分值f1;然后,根据可调光台灯的耗电功率计算节能评分值f2;
S7、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;
S8、转至步骤S6,反复迭代,直至搜索结束后,输出最优解,若第二阶段寻优完成,则转S10;
S9、第二阶段,令当前待寻优参数集为可调光台灯的q路LED串驱动电流,同时,设定可调光顶灯的p路LED串驱动电流为已搜索到的最优解,转步骤S5;
S10、照明优化处理模块经输出模块将寻优结果传送给各对应LED串的驱动器,由驱动器通过改变LED串的驱动电流来进行调光。
7.根据权利要求6所述的基于混合照明的开放式办公室照明控制方法,其特征在于,所述步骤S6中所述总光照的计算处理过程为:首先,针对所述个体的n路驱动电流参数值,查找调光照明分布表获取其对应组合单独发光时m个测试点各点的第一色温值、第一照度值;通过窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获得当前自然光的第二色温值,同时基于窗帘开度,通过查找光强映射表获取对应于各测试点位置上当前自然光的第二照度值;接着,基于色温到色坐标的转换关系式,将所述第一、第二色温值转换为第一、第二xyz色坐标,同时基于所预设的照度到亮度转换比例,将所述第一、第二照度值转换为第一、第二亮度;并将所述第一xyz色坐标、第一亮度转换为第一XYZ三刺激值,将所述第二xyz色坐标、第二亮度转换为第二XYZ三刺激值,将第一、第二XYZ三刺激值种的X、Y、Z三刺激值分别相加后获得总XYZ三刺激值;将总XYZ三刺激值转换为总xyz色坐标,并进一步转换为总色温,同时,将第一、第二照度相加得到总照度;最后,根据所述总照度、总色温值计算所述个体的各因素评分值。
8.根据权利要求6所述的基于混合照明的开放式办公室照明控制方法,其特征在于,所述多目标优化算法处理过程中,如果当前时间属于上午7点至下午6点范围内,还要根据待评分光色参数与当前日光色的相似度,对所述各在位用户的独立评分值进行调整:f10′=f10·(1+η),
η=α·sim(K,Know)+(1-α)·sim(L,Lnow),
其中,α为设定系数,K、L分别为待评分总光照的色温值、照度与预设的最大照度的比值这两个值,Know、Lnow分别为当前日光的色温和相对亮度,所述相对亮度为当前日光亮度与正午日光亮度的比值,相似度函数sim(,)采用以第二个参数为中心的正态分布函数或三角形分布函数且其分布的幅度根据第一个参数的取值范围进行设定,η为调整系数,f10和f10′分别为调整前后的评分值。
9.根据权利要求6所述的基于混合照明的开放式办公室照明控制方法,其特征在于,所述位置识别单元用来检测用户是否在办公桌位置并对用户进行连续检测并通过累积得到用户的连续工作时间,所述控制单元还被配置为:在多目标优化处理过程中,对办公室各用户,根据光色评分表对不同光色参数条件进行光色评分值计算后,再根据连续工作时间长度t和色温值K,对所述各在位用户的独立评分值进行调整:f10′=f10·η,
其中,t的单位为分钟,K为待评分的光的色温,KS为设定的中间色温值,η为调整系数,f10和f10′分别为调整前后的评分值。
10.根据权利要求6所述的基于混合照明的开放式办公室照明控制方法,其特征在于,在办公室的天花顶上近似均匀分布地间隔设置若干光照测试点,并在调光照明分布表中扩充相应的字段,离线状态下,所述天花顶上的光照测试点与对应办公位、过道的测试点一起,在可调光灯组的各种驱动电流组合下,各测试点的光照参数被记录在调光照明分布表中,第二阶段优化中,所述用户总评分值f1还要乘以照度系数η1、及色温照度相关系数η2,其中,E为覆盖了设定比例当前在位用户数的办公室区域天花顶中心的照度,W为对应的色温,aE为根据统计所获得的、覆盖了评分为满意的设定比例人数的、照度值的区间的上限值,EW1、EW2为对应于当前色温W的两个照度限值函数,且EW1=972.2/[1+(W/5413.8)-3.7]-4.2,
EW2=0.0565·e0.003W,
EW0、EW3则分别为另两个预设下限值与上限值。