基于照明度標準差優(yōu)化的室內(nèi)led燈布置方法
【專利摘要】一種模塊化照明系統(tǒng)領域的基于照明度標準差優(yōu)化的室內(nèi)LED燈布置方法，首先建立室內(nèi)房間的三維空間立體模型以確定LED燈布置的相關參數(shù)，并且于光線采集點所在的燈光接收平面上建立二維坐標平面，基于該二維坐標平面進行網(wǎng)格點離散取值，分別計算燈光接收平面上各個點的平均光照度值、整個二維坐標平面的平均光照度值及其標準差目標函數(shù)，在滿足室內(nèi)光照度要求的前提條件下，通過求解標準差目標函數(shù)的優(yōu)化結(jié)果，得到優(yōu)化的LED燈位置參數(shù)。本發(fā)明用于對室內(nèi)場景環(huán)境下天花板上的LED燈布局進行優(yōu)化，并使得室內(nèi)環(huán)境具有均衡的LED照明度，方法簡單，過程實施方便，具有可行性和實用性。
【專利說明】基于照明度標準差優(yōu)化的室內(nèi)LED燈布置方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種模塊化照明系統(tǒng)領域的方法，具體是一種基于照明度標準差優(yōu)化的室內(nèi)LED燈布置方法。

【背景技術】
[0002]對于一般的室內(nèi)照明系統(tǒng)來說，采用在天花板布置燈具是一種比較常見的照明系統(tǒng)布置方法。而隨著照明系統(tǒng)節(jié)能降耗的需求日益增長，LED燈的應用也已經(jīng)越發(fā)顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性。與此同時，從室內(nèi)照明的需求角度出發(fā)，對于普通的室內(nèi)環(huán)境，包括居室、辦公室、廠房、教室等場所，一般希望在室內(nèi)的每一個位置都能夠獲得較好的照明度；或者說在室內(nèi)環(huán)境的任意一個位置，照明度應該在允許的范圍內(nèi)變化不大?；诖?，國際照明委員會照明標準——室內(nèi)工作場所照明.照明工程學報，Vol.13，N0.4,2002年12月:pp.55?60，國際標準ISO體系中關于室內(nèi)工作場所照明的光照度要求為300?15001x。
[0003]經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN103234173，
【公開日】2013.08.07，公開了一種基于高漫反射率自由曲面的LED均勻照明光源的設計方法。根據(jù)LED光源的發(fā)光特性，應用高漫反射率表面的雙向反射分布函數(shù)BRDF，建立用于二次配光的自由曲面漫反射表面的一般數(shù)學模型。結(jié)合實際應用場合中對目標照明區(qū)域及其輻照度分布的具體要求，利用上述數(shù)學模型列寫非線性代數(shù)方程組，并通過數(shù)值方法求解得到該漫反射自由曲面的面型輪廓。但該技術需要設計并實現(xiàn)一種特殊的高漫反射率自由曲面，并相應生產(chǎn)具有這種自由曲面面形輪廓燈罩的三環(huán)陣列LED光源，這對于LED光源具有特定的要求，不具有通用性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種基于照明度標準差優(yōu)化的室內(nèi)LED燈布置方法，使得室內(nèi)的照度分布均勻化，并且對于LED光源本身沒有特定的要求。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明涉及一種基于照明度標準差優(yōu)化的室內(nèi)LED燈布置方法，首先建立室內(nèi)房間的三維空間立體模型以確定LED燈布置的相關參數(shù)，并且于光線采集點所在的燈光接收平面上建立二維坐標平面，基于該二維坐標平面進行網(wǎng)格點離散取值，分別計算燈光接收平面上各個點的平均光照度值、整個二維坐標平面的平均光照度值及其標準差目標函數(shù)，在滿足室內(nèi)光照度要求的前提條件下，通過求解標準差目標函數(shù)的優(yōu)化結(jié)果，得到優(yōu)化的LED燈位置參數(shù)。
[0007]所述的LED燈布置的相關參數(shù)包括:光線采集點距離室內(nèi)房間地面的高度、LED燈的半出射角、中心發(fā)光強度和陣列規(guī)模。
[0008]所述的LED燈布置的相關參數(shù)在具有初始LED燈布置于室內(nèi)房間的天花板的情況下確定。
[0009]所述的初始LED燈布置是指:在房間天花板的幾何中心位置布置一個LED燈陣列，例如在矩形的房間內(nèi)，LED燈陣列位于矩形天花板的中心位置。
[0010]所述的燈光接收平面是與室內(nèi)房間的天花板相平行的平面，該平面與室內(nèi)房間形成的任意兩條相交的直線作為二維坐標平面的X軸和Y軸，兩條直線的交點作為坐標原點(0，0)。
[0011]所述的網(wǎng)格點離散取值是指:分別將二維坐標平面的X軸和y軸均勻劃分為100等分，即整個二維坐標平面構成一個100X100的網(wǎng)格，相應每個網(wǎng)格中心點的坐標為(0.025+0.05j, 0.025+0.05k)，選取每個網(wǎng)格中心點的光照度作為該網(wǎng)格點的平均光照度值，其中，j = O, 1,2,-,99,k = O, 1,2,…，99。
[0012]所述的每個網(wǎng)格中心點(X，y)的光照度E(x，y)計算表達式為:

【權利要求】
1.一種基于照明度標準差優(yōu)化的室內(nèi)LED燈布置方法，其特征在于，首先建立室內(nèi)房間的三維空間立體模型以確定LED燈布置的相關參數(shù)，并且于光線采集點所在的燈光接收平面上建立二維坐標平面，基于該二維坐標平面進行網(wǎng)格點離散取值，分別計算燈光接收平面上各個點的平均光照度值、整個二維坐標平面的平均光照度值及其標準差目標函數(shù)，在滿足室內(nèi)光照度要求的前提條件下，通過求解標準差目標函數(shù)的優(yōu)化結(jié)果，得到優(yōu)化的LED燈位置參數(shù)； 所述的LED燈布置的相關參數(shù)包括:光線采集點距離室內(nèi)房間地面的高度、LED燈的半出射角、中心發(fā)光強度和陣列規(guī)模； 所述的LED燈布置的相關參數(shù)在具有初始LED燈布置于室內(nèi)房間的天花板的情況下確定。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，所述的網(wǎng)格點離散取值是指:分別將二維坐標平面的X軸和y軸均勻劃分為100等分，即整個二維坐標平面構成一個100X100的網(wǎng)格，相應每個網(wǎng)格中心點的坐標為(0.025+0.05j,0.025+0.05k)，選取每個網(wǎng)格中心點的光照度作為該網(wǎng)格點的平均光照度值，其中，j = 0，1，2，…，99，k = 0，1，2，…，99。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征是，所述的每個網(wǎng)格中心點(x，y)的光照度E (x, y)計算表達式為
為光源的出射角、P為該網(wǎng)格中心點的入射角、d為LED光源到該網(wǎng)格中心點(X，y)的直線距離、I(O)為LED燈的中心發(fā)光強度。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征是，所述的整個二維坐標平面的平均光照度值E力:
其中，j = O, 1,2, -,99, k = O, 1,2,…，99。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其特征是，所述的優(yōu)化的LED燈位置參數(shù)L_，即標準差目標函數(shù)f (L)的求解具體為:
約束條件:a ^E(x, y) ^ b, S為室內(nèi)房間的燈光接收平面的面積，a、b為室內(nèi)光照度要求的具體數(shù)值極限，L為LED燈與室內(nèi)房間的墻面之間的距離。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征是，所述的室內(nèi)光照度要求是指光照度大于等于300且小于等于1500 ;所述的光照度的計算只考慮直射路徑的照度而忽略反射路徑的照度；所述的室內(nèi)房間的高度與光線采集點所在燈光接收平面距離地面的高度之比為3:1。
7.一種實現(xiàn)權利要求1-6中任一所述的方法的LED照明裝置，其特征在于該裝置包括設置于室內(nèi)房間天花板的若干LED陣列，各個LED陣列與室內(nèi)房間墻面之間的距離由權利要求1-7任一項所述的方法獲得。
8.根據(jù)權利要求7所述的的LED照明裝置，其特征是，所述的LED陣列的數(shù)量為4個，分別設置于室內(nèi)房間天花板的4個角的區(qū)域，各個LED陣列包括60X60的LED燈。
9.根據(jù)權利要求8所述的的LED照明裝置，其特征是，所述的室內(nèi)房間的高度與光線采集點所在燈光接收平面距離地面的高度之比為3:1的情況下，天花板在長度和寬度方向上分別等分為5份，則4個LED陣列與室內(nèi)房間墻面之間的距離為0.95。
【文檔編號】G06F17/50GK104133964SQ201410366290
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權日:2014年7月29日
【發(fā)明者】何迪 申請人:上海交通大學