基于照明度标准差优化的室内led灯布置方法
【专利摘要】一种模块化照明系统领域的基于照明度标准差优化的室内LED灯布置方法，首先建立室内房间的三维空间立体模型以确定LED灯布置的相关参数，并且于光线采集点所在的灯光接收平面上建立二维坐标平面，基于该二维坐标平面进行网格点离散取值，分别计算灯光接收平面上各个点的平均光照度值、整个二维坐标平面的平均光照度值及其标准差目标函数，在满足室内光照度要求的前提条件下，通过求解标准差目标函数的优化结果，得到优化的LED灯位置参数。本发明用于对室内场景环境下天花板上的LED灯布局进行优化，并使得室内环境具有均衡的LED照明度，方法简单，过程实施方便，具有可行性和实用性。
【专利说明】基于照明度标准差优化的室内LED灯布置方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种模块化照明系统领域的方法，具体是一种基于照明度标准差优化的室内LED灯布置方法。
【背景技术】
[0002]对于一般的室内照明系统来说，采用在天花板布置灯具是一种比较常见的照明系统布置方法。而随着照明系统节能降耗的需求日益增长，LED灯的应用也已经越发显现出它的优越性。与此同时，从室内照明的需求角度出发，对于普通的室内环境，包括居室、办公室、厂房、教室等场所，一般希望在室内的每一个位置都能够获得较好的照明度；或者说在室内环境的任意一个位置，照明度应该在允许的范围内变化不大。基于此，国际照明委员会照明标准——室内工作场所照明.照明工程学报，Vol.13，N0.4,2002年12月:pp.55?60，国际标准ISO体系中关于室内工作场所照明的光照度要求为300?15001x。
[0003]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103234173，
【公开日】2013.08.07，公开了一种基于高漫反射率自由曲面的LED均匀照明光源的设计方法。根据LED光源的发光特性，应用高漫反射率表面的双向反射分布函数BRDF，建立用于二次配光的自由曲面漫反射表面的一般数学模型。结合实际应用场合中对目标照明区域及其辐照度分布的具体要求，利用上述数学模型列写非线性代数方程组，并通过数值方法求解得到该漫反射自由曲面的面型轮廓。但该技术需要设计并实现一种特殊的高漫反射率自由曲面，并相应生产具有这种自由曲面面形轮廓灯罩的三环阵列LED光源，这对于LED光源具有特定的要求，不具有通用性。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于照明度标准差优化的室内LED灯布置方法，使得室内的照度分布均匀化，并且对于LED光源本身没有特定的要求。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明涉及一种基于照明度标准差优化的室内LED灯布置方法，首先建立室内房间的三维空间立体模型以确定LED灯布置的相关参数，并且于光线采集点所在的灯光接收平面上建立二维坐标平面，基于该二维坐标平面进行网格点离散取值，分别计算灯光接收平面上各个点的平均光照度值、整个二维坐标平面的平均光照度值及其标准差目标函数，在满足室内光照度要求的前提条件下，通过求解标准差目标函数的优化结果，得到优化的LED灯位置参数。
[0007]所述的LED灯布置的相关参数包括:光线采集点距离室内房间地面的高度、LED灯的半出射角、中心发光强度和阵列规模。
[0008]所述的LED灯布置的相关参数在具有初始LED灯布置于室内房间的天花板的情况下确定。
[0009]所述的初始LED灯布置是指:在房间天花板的几何中心位置布置一个LED灯阵列，例如在矩形的房间内，LED灯阵列位于矩形天花板的中心位置。
[0010]所述的灯光接收平面是与室内房间的天花板相平行的平面，该平面与室内房间形成的任意两条相交的直线作为二维坐标平面的X轴和Y轴，两条直线的交点作为坐标原点(0，0)。
[0011]所述的网格点离散取值是指:分别将二维坐标平面的X轴和y轴均匀划分为100等分，即整个二维坐标平面构成一个100X100的网格，相应每个网格中心点的坐标为(0.025+0.05j, 0.025+0.05k)，选取每个网格中心点的光照度作为该网格点的平均光照度值，其中，j = O, 1,2,-,99,k = O, 1,2,…，99。
[0012]所述的每个网格中心点(X，y)的光照度E(x，y)计算表达式为:
【权利要求】
1.一种基于照明度标准差优化的室内LED灯布置方法，其特征在于，首先建立室内房间的三维空间立体模型以确定LED灯布置的相关参数，并且于光线采集点所在的灯光接收平面上建立二维坐标平面，基于该二维坐标平面进行网格点离散取值，分别计算灯光接收平面上各个点的平均光照度值、整个二维坐标平面的平均光照度值及其标准差目标函数，在满足室内光照度要求的前提条件下，通过求解标准差目标函数的优化结果，得到优化的LED灯位置参数； 所述的LED灯布置的相关参数包括:光线采集点距离室内房间地面的高度、LED灯的半出射角、中心发光强度和阵列规模； 所述的LED灯布置的相关参数在具有初始LED灯布置于室内房间的天花板的情况下确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的网格点离散取值是指:分别将二维坐标平面的X轴和y轴均匀划分为100等分，即整个二维坐标平面构成一个100X100的网格，相应每个网格中心点的坐标为(0.025+0.05j,0.025+0.05k)，选取每个网格中心点的光照度作为该网格点的平均光照度值，其中，j = 0，1，2，…，99，k = 0，1，2，…，99。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的每个网格中心点(x，y)的光照度E (x, y)计算表达式为
为光源的出射角、P为该网格中心点的入射角、d为LED光源到该网格中心点(X，y)的直线距离、I(O)为LED灯的中心发光强度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的整个二维坐标平面的平均光照度值E力:
其中，j = O, 1,2, -,99, k = O, 1,2,…，99。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征是，所述的优化的LED灯位置参数L_，即标准差目标函数f (L)的求解具体为:
约束条件:a ^E(x, y) ^ b, S为室内房间的灯光接收平面的面积，a、b为室内光照度要求的具体数值极限，L为LED灯与室内房间的墙面之间的距离。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的室内光照度要求是指光照度大于等于300且小于等于1500 ;所述的光照度的计算只考虑直射路径的照度而忽略反射路径的照度；所述的室内房间的高度与光线采集点所在灯光接收平面距离地面的高度之比为3:1。
7.一种实现权利要求1-6中任一所述的方法的LED照明装置，其特征在于该装置包括设置于室内房间天花板的若干LED阵列，各个LED阵列与室内房间墙面之间的距离由权利要求1-7任一项所述的方法获得。
8.根据权利要求7所述的的LED照明装置，其特征是，所述的LED阵列的数量为4个，分别设置于室内房间天花板的4个角的区域，各个LED阵列包括60X60的LED灯。
9.根据权利要求8所述的的LED照明装置，其特征是，所述的室内房间的高度与光线采集点所在灯光接收平面距离地面的高度之比为3:1的情况下，天花板在长度和宽度方向上分别等分为5份，则4个LED阵列与室内房间墙面之间的距离为0.95。
【文档编号】G06F17/50GK104133964SQ201410366290
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】何迪 申请人:上海交通大学