用于对本地环境的改变进行预测的专家系统的制作方法
【专利说明】用于对本地环境的改变进行预测的专家系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求与2012年8月31日提交的美国专利申请N0.61/696，052和2013年3月12日提交的美国专利申请N0.13/798,050的权益，出于各种目的将上述申请的全部内容特别地并入到本文中。
技术领域
[0003]本发明总体涉及建筑物自动控制系统，并且更具体地而非排他地涉及使用高动态范围(HDR)天图以用于预测控制。
【背景技术】
[0004]本公开涉及光度测定装置，所述光度测定装置被微控制器和/或后端计算机系统无线或直接控制，以控制建筑物的自动的采光开窗系统。
[0005]不能仅是因为其被在【背景技术】部分提及，就假定在该【背景技术】部分中论述的主旨是现有技术。类似地，不应假定在现有技术中在之前已经认识到了在【背景技术】部分中提及或与【背景技术】部分的主旨相关联的问题。【背景技术】部分中的主旨仅代表不同的方法，其自身中的内容或其自身也可以是创造性的。
[0006]已经发现在建筑物中使用日光采集(DH)来替换或补充电气照明在节能和满足需求上意义重大，并且也改善了舒适性和视觉表现。例如，可以使用照明控制系统来实现DH，该照明控制系统能够响应于改变日光的可用性来弱化或开关电气照明。高性能的开窗系统是意在减小照明能源使用的任何成功的日光设计的必要元素。已经开发出了新的开窗技术，所述新的开窗技术意在控制进入的日光照射的强度、其内部分布和其光谱成分、以及热损失和收益。为了实现最佳的性能，这些开窗系统通常集成了自动组件，例如但不限于遮棚、百叶窗、内部/外部固定和可调节的通风窗(louver)、电致变色的玻璃窗和光学组件(例如光转向器件)，以便响应于日光和其在直射的太阳、漫射的天空和在窗子上反射的外部对象的分量部分的动态特征。这些控制针对建筑物或墙外包中的开口或出入口，例如窗口、门口、通风窗、通风口、墙板、天窗、铺面、幕墙、及斜坡玻璃系统。
[0007]自动开窗(AF)系统使用光度计和计算机算法的组合来测量和预测太阳和天空的实时条件，以便控制这些系统如何调制建筑物内部空间中的自然日光照耀，同时为建筑物的居住者防止强光、增热和亮度上的不舒适。当前的开窗控制系统(例如由Mechoshade出品的SolarTrac)采用了外部安装的福射计和光度计的阵列来从建筑物的屋顶以及从特定的正面的定向(例如，北、东、南、西)测量天空状况和天空的亮度。从屋顶测量的辐射计的值与公布的特定玮度的理论值进行比较，以确定天空状况是晴还是被遮蔽。当天空为多云时，遮棚被抬起。当为晴朗和有阳光时，系统根据每个开窗定向的太阳几何学和被允许进入到空间中的直射的阳光的期望的深度，来调整该定向的遮棚。从离散的正面的定向垂直测量的天空的亮度的光度测定的值被与特定的亮度水平进行比较，以确定是否需要关闭遮棚来控制视觉和热度上的舒适性。
[0008]不幸的是，这些系统需要多个辐射计和光度计，其中的每个仅能够进行天空的全局分量(即一并测量漫射的天空和太阳能贡献率)的仅非常具体的测量(即照射、亮度或照度)。在没有对天空有向和连续地进行采样的能力的情况下，无法从晴朗的天空分量中辨明云以确定这样的度量作为云覆盖、云的大小和云覆盖的破碎的量。需要这些测量来估计和预测太阳是否、何时和多长时间已经被或会被云遮挡。在没有后者的能力的情况下，当需要或不需要控制时，AF系统趋于无法实时进行应对或反应过激。
[0009]此外，在正面安装的光度计无法在不同的正面的定向处分别测量直射的阳光的分量和漫射的天空的分量，从而阻碍了它们的控制强光和直接增益的能力。在视觉强光和热量增益上的这两个分量的效果是不同的，需要分别测量其中的每一个。在阳光与光度计的接收表面的定向成一定角度地照射在光度计上，这将造成较高的光度测定的读数，但如果该角度使得太阳周边的区域处于居住者的视觉范围之外的话，其并不是强光源。与此相对，建筑物的居住者的视觉范围中的亮的、被遮蔽的天空的相对较低的光度测定的读数可能足够高而成为视觉上的不舒适的来源。
[0010]此外，光度计与开窗系统的集成在成本上较高，且比较复杂，从而限制了其的市场份额和与其相关联的收益。
[0011]需要一种系统和方法来响应于与天空相关的环境改变来测量和准确地预测天空/天气对建筑物系统的影响。
【发明内容】
[0012]公开了一种系统和方法，用于一种系统和方法来响应于与天空相关的环境改变测量和准确地预测天空/天气对建筑物系统的影响。
[0013]提供本发明的以下概述以便于理解与预测建筑物自动控制系统相关的一些技术特征，但并不意在完全描述本发明。通过将整个说明书、权利要求书、附图和摘要作为整体来获得本发明的各个方面的完全理解。本发明可以被应用于其他的受天空影响的预测控制系统以及其他的环境，例如室内和室外照明系统。
[0014]一种装置，包括:HDR捕获器，用于获得局部环境的图像；映射器，用于处理所述图像，以提取所述局部环境中的多个度量和性能数据；以及专家学习系统，响应于所述多个度量和性能数据，生成对所述局部环境中的局部改变的接近于实时的预测，并且发起局部环境影响系统中的改变来应对所述局部改变。
[0015]一种计算机实现的方法包括:a)产生局部环境的HDR图像；b)使用计算机系统从所述HDR图像提取所述局部环境的多个度量和性能数据；以及c)响应于来自所述HDR图像的所述局部环境的所述多个度量和性能数据，使用所述计算机系统预测所述局部环境中的局部改变。
[0016]在本文中描述的任何实施例可以被单独使用，或者彼此一起以任何组合被使用。在本说明书中涵盖的发明还可以包括在此
【发明内容】
部分或摘要中仅被部分提及或暗指的实施例，或者根本不被提及或暗指的实施例。尽管本发明的各个实施例是鉴于在本说明书中的一个或多个位置中论述或暗指的现有技术中的各个缺陷而提出的，但本发明的实施例并不是必须解决这些缺陷中的任何一个。换言之，本发明的不同实施例可以解决在说明书中论述的不同的缺陷。一些实施例可以仅部分解决在本说明书中论述的一些缺陷或仅一个缺陷，而一些实施例可以不解决这些缺陷中的任何一个。
[0017]通过阅读包括说明书、附图和权利要求书的本公开文本，本发明的其他特征、益处和优点将变得显而易见。
【附图说明】
[0018]附图(其中在各个单独的图示中相似的附图标记指代相同或功能上相似的元素，并且被集成在本说明书中且形成了本说明书的一部分)进一步示出了本发明，并且与本发明的【具体实施方式】一起，用于解释本发明的原理。
[0019]图1示出了 HDR天空映射系统的实施例；
[0020]图2示出了包括环境预测的自动控制系统的系统结构；
[0021]图3示出了一般的环境告知的预测控制系统；以及
[0022]图4示出了一般的环境告知的预测控制处理的流程图。
【具体实施方式】
[0023]本发明的实施例提供了一种系统和方法，用于一种系统和方法来响应于与天空相关的环境改变以测量和准确地预测天空/天气对建筑物系统的影响。提出以下描述来使得本领域一般技术人员能实现和使用本发明，并且以下描述被提供在专利申请及其需要的上下文中。
[0024]在本文中描述的优选的实施例的各种修改以及总体原理和特征对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明并不要被限制到所示的实施例，而是可以符合与在本文中描述的原理和特征一致的最广泛的范围。
[0025]图1中示出了 HDR光度计系统100的一个实施例(剖视图)。如图所示，实施例100的广泛的方面包括至少一个可互换的相机112，其能够以不同的快门速度和/或光圈捕获LDR彩色图像(或帧)214的序列并且具有至少一个鱼眼镜头114，该鱼眼镜头114能够提供天空的360度方位视图和180度或更