确定照度传感器的布置的方法、装置和照明控制系统的利记博彩app
【专利摘要】公开了照度传感器布置确定方法和装置以及照明控制系统，该方法包括：确定照度传感器的候选摆放位置，该照度传感器的候选摆放位置包括各个兴趣点的位置；确定每个可控光源对各个候选摆放位置的照度的影响系数，该影响系数表征所述候选摆放位置的照度对所述可控光源的调光等级的敏感程度；基于评价候选摆放位置的组合的性能的性能评价函数，从候选摆放位置中选择用于布置第二数目个照度传感器的摆放位置，该评价候选摆放位置的组合的性能评价函数满足候选摆放位置的组合的测量值之间的相关性越低，候选摆放位置的组合的性能越高。该照度传感器布置确定方法和装置，利用相关性优化了传感器的布置，能够节省成本，同时依然能够获得各个兴趣点的照度。
【专利说明】确定照度传感器的布置的方法、装置和照明控制系统
【技术领域】
[0001]本发明总体地涉及照明控制，更具体地涉及确定照度传感器的布置的方法、装置 和照明控制系统。
【背景技术】
[0002]典型的照明控制系统包括多个可控照明设备或者说光源、多个照度传感器、中央 控制器以及通信网络。在该照明控制系统中，当照明设备以某一调光等级发光时，照度传感 器测量照明区域中兴趣点上的照度值，并经由通信网络将该测量的照度值传送到中央控制 器，中央控制器基于该感测的照度值与目标照度值的差异，对照明设备的亮度进行调节，从 而使得所有兴趣点上的照度接近或达到期望值。
[0003]目前，越来越多的智能灯光控制系统用各种照度传感器提供个性化的照明环境。 对于亮度明暗可调节的人造光源，往往需要引入照度传感器进行自动反馈控制。一般的照 度传感器只能检测局部的照度信息，即进行点照度测量。所以为了监测某个空间范围（比如 工作面上)的照度分布，往往需要布置多个照度传感器。考虑到传感器成本以及空间条件限 制（比如障碍物）等因素，一个重要的研究课题是如何选择照度传感器的摆放位置以最大限 度地发挥每个传感器的效用。
[0004] 针对这一研究课题，现有的技术通常是通过定义某种性能指标函数，将传感器位 置摆放问题转化为一个优化问题进行解决。根据性能指标函数的不同，现有技术大致可以 分为如下三类 ：
[0005] (1)相邻结点之间的距离最大化
[0006] 该技术目的是用有限个数的传感器覆盖更大面积区域，常用于入侵检测、河流污 染检测以及地震监测等领域。有关介绍可参见美国专利公开US8019576B2和US7091902B2。
[0007] (2)各个传感器测量结果差异最大化
[0008] 该技术目的是去除冗余传感器，其前提假设是具有相似测量结果的两个传感器只 需要保留其中之一。然而本发明的发明人发现，在灯光控制系统中，这一前提假设并不总是 成立的，因为照度传感器的测量结果是受多个同时开启的人造光源影响的，单一时刻的两 个传感器的测量结果相似性并不足以说明相应的两个传感器是相互关联的，因此在此情况 下依此技术去除任何一个传感器都是不合适的。
[0009] (3)综合以上两个性能指标
[0010] 该技术的目的是在最大化传感器的覆盖率的前提下，剔除测量结果相似的传感 器。一般综合两个性能指标的方法是利用加权平均。有关介绍可参见2006年UCLA大学的 Heemin Park 的题为 "Design and implementation of a wireless sensor network for intelligent light control" 的博士论文。
【发明内容】
[0011] 然而，本发明发明人经实验和深入分析，认为上述三类性能指标函数均不能客观 地评价灯光控制系统中照度传感器的有效性，主要原因在于：
[0012] 1)相隔距离较远的两个传感器仍有可能是相互关联的，比如在密闭的室内空间只 有一个光源的情形，在距离光源远端和近端分别放置一个传感器，这两个传感器尽管物理 距离很远，但测量值却是强相关的，因为它们均取决于唯一光源的亮度等级；
[0013] 2)相隔距离较近的两个传感器也可能是互相独立的，比如每个传感器上方均安装 一个发射窄光束的LED灯，如果这两个LED灯是独立可控的，则两个传感器的测量结果仅依 赖于各自上方的LED灯的亮度等级；
[0014] 3)测量结果差异较大的两个传感器也可能是相互关联的，比如上面丨）中给出的 例子，在光源远端和近端的两个传感器的测量结果差异很大，但它们却是强相关的；
[0015] 4)测量结果差异较小的两个传感器也可能是相互独立的，比如上面2)中给出的 例子，若某个时刻从两个LED灯发出的光照射到两个照度传感器上，恰巧此时两个传感器 的测量结果非常接近，但仍不能认为二者是相互关联的。
[0016]从上述分析可以看出，在灯光控制系统中进行照度传感器布局时，距离的远近和 当前测量结果的差异并不足以判断照度传感器之间的相关性和冗余度。
[0017]本发明希望提供一种充分利用每一个照度传感器，同时减少冗余度的照度传感器 布置技术。
[0018]根据本发明的一个方面，提供了一种针对预定空间和预定的独立可控的光源，确 定照度传感器的布置的方法，照度传感器用于测量该预定空间中摆放该照度传感器的位置 上的照度，所述方法可以包括：确定照度传感器的第一数目个候选摆放位置，该照度传感器 的第一数目个候选摆放位置包括各个兴趣点的位置；确定每个可控光源对各个候选摆放位 置的照度的影响系数，该影响系数表征所述候选摆放位置的照度对所述可控光源的调光等 级的敏感程度；基于评价候选摆放位置的组合的性能的性能评价函数，从第一数目个候选 摆放位置中选择用于布置第二数目个照度传感器的对应第二数目个摆放位置，该评价候选 摆放位置的组合的性能评价函数满足候选摆放位置的组合的测量值之间的相关性越低，候 选摆放位置的组合的性能越高，其中候选摆放位置的组合的测量值之间的相关性根据与候 选摆放位置的组合中的每个候选摆放位置相关联的影响系数来确定。
[0019]根据本发明的另一方面，还提供了一种针对预定空间和预定的独立可控的光源， 确定照度传感器的布置的装置，照度传感器用于测量该预定空间中摆放该照度传感器的位 置上的照度，所述装置包括：候选摆放位置确定部件，用于确定照度传感器的第一数目个候 选摆放位置，该照度传感器的第一数目个候选摆放位置包括各个兴趣点的位置；影响系数 确定部件，用于确定每个可控光源对各个候选摆放位置的照度的影响系数，该影响系数表 征所述候选摆放位置的照度对所述可控光源的调光等级的敏感程度；摆放位置选择部件， 用于基于评价候选摆放位置的组合的性能的性能评价函数，从第一数目个候选摆放位置中 选择用于布置第二数目个照度传感器的对应第二数目个摆放位置，该评价候选摆放位置的 组合的性能评价函数满足候选摆放位置的组合的测量值之间的相关性越低，候选摆放位置 的组合的性能越高，其中候选摆放位置的组合的测量值之间的相关性根据与候选摆放位置 的组合中的每个候选摆放位置相关联的影响系数来确定。
[0020]利用上述根据本发明实施例的照度传感器布置确定方法和装置，能够确定整体上 摆放位置测量值之间相关性最低或较低的传感器布置方案，能够节省成本，同时依然可以 依据最后确定的传感器布置来获得各个兴趣点的照度。
[0021 ]根据另一实施例，上述照度传感器布置确定方法和装置中使用的评价候选摆放位 置的组合的性能评价函数还考虑候选摆放位置的组合的动态变化范围，其中候选摆放位置 的组合的动态变化范围越大，候选摆放位置的组合的性能越高，以及候选摆放位置的组合 的动态变化范围根据与候选摆放位置的组合中的每个候选摆放位置相关联的影响系数来 确定。利用根据本发明第二实施例的传感器布置确定方法和装置，在确定候选摆放位置的 组合中既考虑候选摆放位置组合的相关性也考虑候选摆放位置组合的动态变化范围，由此 可以最大限度地去除冗余的照度传感器，同时因为还优选动态变化范围大的摆放位置组 合，所以对传感器精度的要求可以降低。
[0022]根据本发明的再一方面，还提供了一种照明控制系统，包括：多个独立可控的光 源，布置在预定空间中的预定位置；照度传感器布置优化部件，用于执行根据权利要求1所 述的方法来确定照度传感器的布置；多个照度传感器，按照照度传感器布置优化部件确定 的布置来布置，用于测量该预定空间中摆放该照度传感器的位置上的照度；以及控制器，该 控制器接收来自多个照度传感器的测量的结果，实现对所述可控光源的自动控制。
[0023]利用本发明实施例的照明控制系统，可以利用经根据本发明实施例优化了布置的 照度传感器以降低的成本、更好地实现对可控光源的自动控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和 优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
[0025]图1 ^出了可以应用本发明的会议室照明场景示意图。
[0026]图2示出了根据本发明实施例的确定照度传感器的布置的方法示例100的总体流 程图。
[0027]图3 ^出了在图1所示的会议室环境内初始化传感器布局之后的示例场景图。
[0028] 一图4示出了影响系数矩阵203的一般结构，该矩阵的列索引2〇1表示对应的光源 序号，行索引202表示对应的传感器候选摆放位置的序号。
[0029]图5示出了根据本发明第二实施例的确定照度传感器的布置的方法示例100,的 总体流程图。
[0030]图6示出了在图3所示的会议室环境中最后确定的最终传感器分布的示例场景 图。
[0031]图7示出了根据本发明实施例的影响系数表格示例。
[0032]图8示出了根据本发明实施例的确定照度传感器的布置的装置3000的配置框图。 [0033]图9示出了根据本发明实施例的照明控制系统4〇〇〇的配置框图。
[0034]图1〇是示出按照本发明实施例的照度传感器布置确定系统5000的总体硬件框 图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和【具体实施方式】对本发 明作进一步详细说明。
[0036] 将按下列顺序进行描述：
[0037] 1、可以应用本发明的会议室照明场景示意图
[0038] 2、第一实施例：确定照度传感器的布置的方法示例
[0039] 3、第二实施例：确定照度传感器的布置的方法的另一示例
[0040] 4、确定传感器布置的计算示例
[0041] 5、第三实施例：利用所选传感器对特定兴趣点上的照度进行估算的示例
[0042] 6、第四实施例：确定照度传感器的布置的装置
[0043] 7、第五实施例：照明控制系统
[0044] 8、系统硬件配置
[0045] 1、可以应用本发明的会议室照明场景示意图
[0046]图1示出了可以应用本发明的会议室照明场景示意图。
[0047] 参考图1，该会议室照明系统10包括多个照明设备l〇la、l〇lb......，一张会议桌 102,多个座位103a、103b……，墙上有一个演示区域(例如，电视机或者投影仪）104,以及分 布在桌面和墙面上的多个兴趣点105a、105b……。下文中，将无需进行区分时，将多个照明 设备101a、101b......统称为照明设备101，将多个兴趣点l〇5a、105b......统称为兴趣点105， 将多个座位103a、103b……统称为座位103。
[0048] 这些照明设备101可以是例如灯等，它们可以各自位于照明环境、例如大厅、剧 院、办公室等等的天花板或墙壁等处的不同位置。本文中，除非特别指明，否则"照明设备" 和"光源"具有同样的含义，可以互换使用。
[0049] 兴趣点105的位置可以根据需要进行标识，图1中选择每个座位前方桌面上和投 影区域的中心作为兴趣点，也可以根据实际情况随时增加或减少兴趣点。需要说明的是，只 要是对一点的照度感兴趣，该点就可以视为本文中的"兴趣点"。另外，根据本发明实施例， 一个点可以在确定传感器布置时未被视为兴趣点，而在后来视为兴趣点。
[0050] 该会议室照明系统的目的是实现兴趣点位置的照明控制，即通过对灯光亮暗的调 节使得每个兴趣点位置处的照度达到或趋近目标值。为了达到精确的控制，往往需要在兴 趣点处或附近安放照度传感器，将测量的照度值反馈给灯光控制器，根据测量值与目标值 的差异对灯光进行相应的调节。
[0051] 然而实际环境中兴趣点的位置有时是禁止放置传感器的，而且兴趣点的数量可能 往往远大于可用照度传感器的数量，比如用户感兴趣的是一大片区域上的照度符合一定的 条件。因此，有必要考虑如何安置有限数量的传感器以发挥它们的最大效用。
[0052] 根据本发明一个实施例，提供了一种针对预定空间和预定的独立可控的光源，确 定照度传感器的布置的方法。该实施例的方法特别适合于需要测量全部兴趣点上的照度， 但可用传感器数量小于兴趣点数量的情况。
[0053] 需要说明的是，图1所示的照度传感器应用场景仅为示例，任何针对预定空间、预 定安置的光源，需要确定照度传感器布置的情况均可应用本发明。
[0054] 2、第一实施例：确定照度传感器的布置的方法示例
[0055] 下面参考图2描述根据本发明实施例的确定照度传感器的布置的方法示例，其中 针对预定空间和预定的独立可控的光源，来确定照度传感器的布置。
[0056] 图2示出了根据本发明实施例的确定照度传感器的布置的方法示例100的总体流 程图。
[0057] 如图2所示，在步骤SI 10中，确定照度传感器的第一数目个候选摆放位置，该照度 传感器的第一数目个候选摆放位置包括各个兴趣点的位置。
[0058] 除了各个兴趣点的位置外，照度传感器的候选摆放位置还可以包括其他区域中的 一些位置。
[0059] 例如，图3示出了在图1所示的会议室环境内初始化传感器布局之后的示例场景 图。如图3所示，除了将在桌面和投影区域的兴趣点位置作为放置传感器的候选摆放位置 l〇6a, l〇6b等外，还在墙面上的其他区域选定了一些位置作为放置传感器的候选摆放位置 106c 等。
[0060] 优选地，候选摆放位置包括所有兴趣点的位置。不过，在某些情况下，候选摆放位 置可以并不包括所有兴趣点的位置，而是包括所有兴趣点的位置中的一些。例如，在对整个 桌面区域的照度都感兴趣的情况下，并不需要将整个桌面区域上的所有点都作为候选摆放 位置，而只要将代表性的兴趣点或者便利的兴趣点包括在候选摆放位置集合内即可。
[0061] 在步骤S110中确定了候选摆放位置之后，前进到步骤S120。
[0062] 在步骤S120中，确定每个可控光源对各个候选摆放位置的照度的影响系数，该影 响系数表征所述候选摆放位置的照度对所述可控光源的调光等级的敏感程度。
[0063] 这里每个可控光源可以是一盏灯或者一组灯，指的是独立可控（明暗可调）的光 源。换句话说，一组联动的灯将被视为一个可控光源。一个光源对一个位置的照度的影响 系数的含义是该光源的调节量对该位置的照度变化的影响程度(在本文中，光源的调节量 和光源的调光等级表示相同的含义，可以互换使用）。多个光源对多个位置的影响可用影响 系数矩阵来描述，如图4所示。图4示出了影响系数矩阵203的一般结构，该矩阵的列索引 201表示对应的光源序号，行索引202表示对应的传感器候选摆放位置的序号。
[0064] 照明控制系统中，一般现有技术中辨识影响系数矩阵的方法为：将各个传感器放 置在需要知道影响系数的各个位置；然后逐个开启每个独立可控光源，然后收集全部传感 器上的测量值，影响系数矩阵可由收集的测量结果直接生成。
[0065] 例如，一个封闭的房间里有m盏独立可调的吸顶灯，房间里在n个固定位置上摆放 了 η个照度传感器。为了描述方便，这里假定在所有灯关闭的情况下，房间各处的照度均为 零，则辨识影响系数矩阵的过程可以如下进行：
[0066] a)逐个开启m盏吸顶灯，每次仅开一盏灯，比如将该灯的调光等级设定为100%，其 他灯的调光等级为0% ;
[0067] b)记录上述过程中η个传感器的测量值，第j盏灯开启时，第i个照度传感器的测 量值记为Eg，单位一般为勒克斯（Lux或lx)。
[0068] 经过上述过程后，可以得到测量值Ei」，i=l，2,…，n，j=l，2, ...，m，它们可以组成影 响系数矩阵A,如式（1)所示：
[0069] ? .IT · ?" * ：* * βη?迟洽…h
[0070]该影响系数矩阵实际上描述了从光源的调节量或者说调光等级到传感器测量点 的照度之间的数学模型，如下式（2)所示：
[0071]
【权利要求】
1. 一种针对预定空间和预定的独立可控的光源，确定照度传感器的布置的方法，照度 传感器用于测量该预定空间中摆放该照度传感器的位置上的照度，所述方法包括： 确定照度传感器的第一数目个候选摆放位置，该照度传感器的第一数目个候选摆放位 置包括各个兴趣点的位置； 确定每个可控光源对各个候选摆放位置的照度的影响系数，该影响系数表征所述候选 摆放位置的照度对所述可控光源的调光等级的敏感程度； 基于评价候选摆放位置的组合的性能的性能评价函数，从第一数目个候选摆放位置中 选择用于布置第二数目个照度传感器的对应第二数目个摆放位置，该评价候选摆放位置的 组合的性能评价函数满足候选摆放位置的组合的测量值之间的相关性越低，候选摆放位置 的组合的性能越高，其中候选摆放位置的组合的测量值之间的相关性根据与候选摆放位置 的组合中的每个候选摆放位置相关联的影响系数来确定。
2. 根据权利要求1的确定照度传感器的布置的方法，其中所述评价候选摆放位置的组 合的性能评价函数还考虑候选摆放位置的组合的动态变化范围，其中候选摆放位置的组合 的动态变化范围越大，候选摆放位置的组合的性能越高，以及候选摆放位置的组合的动态 变化范围根据与候选摆放位置的组合中的每个候选摆放位置相关联的影响系数来确定。
3. 根据权利要求1的确定照度传感器的布置的方法，其中，从第一数目个候选摆放位 置中选择用于布置第二数目个照度传感器的对应第二数目个摆放位置包括： 选择所有元素数目为第二数目的候选摆放位置的组合之中候选摆放位置的组合的性 能最高的候选摆放位置的组合。
4. 根据权利要求1的确定照度传感器的布置的方法，其中候选摆放位置的组合的相关 性依据由各个可控光源对候选摆放位置的组合中的各个候选摆放位置的照度的影响系数 组成的影响系数矩阵的条件数来计算。
5. 根据权利要求1的确定照度传感器的布置的方法，还包括： 将第二数目个照度传感器分别布置在所选择的第二数目个摆放位置； 在某时刻的可控光源控制方案下，获得由第二数目个照度传感器中每个感测的照度 值；以及 基于所获得的第二数目个照度传感器中每个感测的照度值和各个可控光源对该第二 个数目个传感器中的每个所在位置的照度的影响系数，确定各个可控光源的调光等级。
6. 根据权利要求5的确定照度传感器的布置的方法，还包括： 确定各个光源对预定空间中的给定兴趣点的位置的照度的影响系数； 根据所确定的各个光源对预定空间中的给定兴趣点的位置的照度的影响系数和各个 光源的调光等级，计算该给定兴趣点的位置的照度。
7. 根据权利要求1的确定照度传感器的布置的方法，还包括：如果存在预先布置的第 二数目个照度传感器，且该预先布置的第二数目个照度传感器的布置位置不同于所选择的 第二数目个摆放位置，则将该预先布置的第二数目个照度传感器的布置位置调整到所选择 的第二数目个摆放位置。
8. 根据权利要求1的确定照度传感器的布置的方法，还包括：如果预先有第一数目个 照度传感器分别布置在该第一数目个候选摆放位置，则从该第一数目个照度传感器中剔除 除了布置在所选择的第二数目个摆放位置的照度传感器之外的照度传感器。
9. 一种针对预定空间和预定的独立可控的光源，确定照度传感器的布置的装置，照度 传感器用于测量该预定空间中摆放该照度传感器的位置上的照度，所述装置包括： 候选摆放位置确定部件，用于确定照度传感器的第一数目个候选摆放位置，该照度传 感器的第一数目个候选摆放位置包括各个兴趣点的位置； 影响系数确定部件，用于确定每个可控光源对各个候选摆放位置的照度的影响系数， 该影响系数表征所述候选摆放位置的照度对所述可控光源的调光等级的敏感程度； 摆放位置选择部件，用于基于评价候选摆放位置的组合的性能的性能评价函数，从第 一数目个候选摆放位置中选择用于布置第二数目个照度传感器的对应第二数目个摆放位 置，该评价候选摆放位置的组合的性能评价函数满足候选摆放位置的组合的测量值之间的 相关性越低，候选摆放位置的组合的性能越高，其中候选摆放位置的组合的测量值之间的 相关性根据与候选摆放位置的组合中的每个候选摆放位置相关联的影响系数来确定。
10. -种照明控制系统，包括： 多个独立可控的光源，布置在预定空间中的预定位置； 照度传感器布置优化部件，用于执行根据权利要求1所述的方法来确定照度传感器的 布置； 多个照度传感器，按照照度传感器布置优化部件确定的布置来布置，用于测量该预定 空间中摆放该照度传感器的位置上的照度；以及 控制器，该控制器接收来自多个照度传感器的测量的结果，实现对所述可控光源的自 动控制。
【文档编号】H05B37/02GK104244502SQ201310239526
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月17日 优先权日:2013年6月17日
【发明者】张光磊, 郑继川 申请人:株式会社理光