СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ, УПРАВЛЯЕМАЯ КОМПЬЮТЕРОМ
COMPUTER-CONTROLLED LIGHTING SYSTEM

В целом, изобретение относится к системам освещения, управляемым компьютером, и, в частности, к автоматической конфигурации системы освещения для достижения желаемого освещения рабочей поверхности.
Одна из главных задач системы освещения состоит в обеспечении необходимой освещенности или уровня освещения в желаемых местах или на рабочих поверхностях. Технология освещения достигла такой стадии развития, когда световая арматура может индивидуально управлять своим выходным уровнем освещения. Таким образом, пользователь имеет повышенную возможность управления для достижения необходимой освещенности желаемых рабочих поверхностей. Другим весьма важным аспектом искусственного освещения является потребление энергии, поскольку искусственное освещение становится одной из наибольших частей счетов оплаты за электроэнергию. Всякий раз, когда множество управляемых и возможно подвижных или с регулируемой диаграммой направленности пучка светильников объединяются в инфраструктуру освещения, одна из задач управления освещением или системы управления освещением состоит в определении установок, которые должны быть сделаны на светильниках, чтобы добиться желаемого распределения освещенности. Дополнительно, возникающее в результате потребление энергии системой освещения не должно становиться чрезмерно высоким.
Для создания конфигурации системы освещения могут использоваться такие инструменты, как CAD (автоматизированное проектирование) освещения и устройства визуализации для получения фотореалистической визуализации световой сцены. Последовательно, с помощью (управляемого) способа проб и ошибок, различные комбинации установок ламп в сцене могут моделироваться до тех пор, пока на нескольких рабочих поверхностях не будут получены распределения освещенности, близкие к тем, которые представляют желаемую цель. Такой подход становится неосуществимым всякий раз, когда рассматриваются осветительные установки, характеризующиеся большим количеством управляемых степеней свободы, вместе с растущим количеством целевых рабочих поверхностей. Причина здесь заключается в том, что для такого случая количество всевозможных комбинаций, которые должны быть проверены, растет по экспоненте. Кроме того, такие инструменты требуют, чтобы в качестве входных данных в систему были введены геометрия и планировка рассматриваемого помещения, что может быть весьма утомительной работой, например, при отсутствии архитектурных планировок помещения, или особенно всякий раз, когда рассматриваются передвижные световые арматуры или арматуры, в состав которых входят вращающиеся элементы. С другой стороны, очень немногие из таких инструментов могут помочь в решении аспектов эффективности использования энергии/управления.
В настоящее время так называемые "интеллектуальные" системы управления освещением способны итеративно регулировать уровень света, даваемого осветительными арматурами, пока на нескольких рабочих поверхностях не будут достигнуты распределения освещенности, близкие к тем, которые представляются как желаемая цель, и минимальное потребление энергии. Кроме того, в отличие от предшествующего способа (то есть основанного на CAD), в этом случае нет необходимости вводить в систему в качестве входных данных какую-либо информацию о геометрии. Однако такая система опирается на датчики освещенности, которые должны быть постоянно развернуты в нескольких точках предполагаемой рабочей поверхности или поверхностей. Развертывание может быть более или менее осуществимым, если рассматриваемые рабочие поверхности физически существуют, но оно может также становиться невозможным для виртуальных рабочих поверхностей. Даже будучи практически реализуемыми, такие системы, работающие в реальном времени, могут потребовать, в соответствии со сложностью системы освещения с точки зрения доступных степеней свободы, очень большого времени, чтобы прийти к решению, поскольку итерации должны выполняться либо достаточно медленно, либо с достаточно малыми шагами изменения освещенности, так чтобы на зрение людей в помещении не оказывалось слишком резкого воздействия из-за изменения в установках, производимых контроллером.
Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении улучшенной системы освещения.
Задача решается в соответствии с независимым пунктом(-ами) формулы изобретения. Дополнительные варианты осуществления показываются зависимым пунктом(-ами) формулы изобретения.
Основная идея изобретения состоит в автоматическом вычислении максимально приближенной к реальной оценки конфигурации установок в системе освещения, которая, в частности, при отсутствии дневного света, будет требоваться от системы освещения, чтобы позволить установленному осветительному оборудованию обеспечить заданное распределение освещенности. Дополнительно могут быть наложены условия, чтобы потери энергии сводились к минимуму.
В соответствии с вариантами осуществления изобретения технические требования к планируемому освещению могут состоять из численных значений, ожидаемых в заданных контрольных точках измерений на рабочей поверхности. В соответствии с дополнительными вариантами осуществления изобретения могут также указываться диапазоны значений вместо конкретных значений в каждой контрольной эталонной точке измерения, таким образом, дополнительно улучшая систему освещения. Кроме того, варианты осуществления изобретения могут содержать ограничения отношения максимальной освещенности к минимальной, которое характеризует равномерность распределения освещенности на заданной поверхности.
С помощью изобретения могут быть преодолены, по меньшей мере, некоторые из ограничений, налагаемых инструментами CAD для освещения и системами управления освещением. В частности, варианты осуществления изобретения позволяют автоматическое определение и введение требуемой геометрической информации о помещении или пространстве, которое должно освещаться. Дополнительные варианты осуществления изобретения позволяют автоматическое определение и введение мест расположения и ориентацию множества устанавливаемых осветительных арматур. Нет никакой необходимости развертывать датчики освещенности на физических рабочих поверхностях и нет никаких проблем, связанных с датчиками, подобными фотодатчикам, например ослепление, слияние данных, извлечение или поддержание данных. Изобретение не имеет ограничения по физическим рабочим поверхностям, но предлагает возможность дополнительного рассмотрения виртуальных рабочих поверхностей. Дополнительно, для получения хорошего решения в качестве критерия оптимизации может рассматриваться потребление энергии. В соответствии с изобретением достигается легкая масштабируемость и возможность обновления системы освещения, так что в систему освещения легко может быть добавлена дополнительная осветительная арматура.
Далее здесь объясняются некоторые важные используемые термины.
Термин "светильник" означает любую лампу, осветительную арматуру или осветительный модуль, содержащий, например, лампу и оптику. Светильник может быть частью установленного осветительного оборудования или инфраструктуры освещения.
Термин "рабочая поверхность" означает реальную или виртуальную поверхность или место, которое должно освещаться. Освещенная рабочая поверхность или рабочие поверхности определяют световую сцену. Рабочие поверхности могут иметь любую форму, например плоскую, неплоскую или сферическую.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения система освещения, управляемая компьютером, содержит:
- интерфейс для описания рабочей поверхности в пределах системы освещения и желаемой освещенности рабочей поверхности;
- по меньшей мере, один светильник для освещения рабочей поверхности; и
- процессор для автоматического вычисления параметров конфигурации, основанного на входных параметрах и информации, в котором параметры конфигурации позволяют определять конфигурацию, по меньшей мере, одного светильника таким образом, чтобы желаемая освещенность рабочей поверхности могла быть достигнута.
Система освещения может быть подготовлена для будущих осветительных модулей, которые предложат высокую гибкость конфигурации с точки зрения уменьшения силы света, количества ламп и направленности светового пучка. Как ожидается, гибкость будет расти и, таким образом, будет расти сложность необходимых средств управления освещением. Система освещения характеризуется высокой масштабируемостью в отношении управления произвольным количеством источников света. Это позволяет осуществлять регулировку сцен освещенности почти в реальном времени. Дополнительно, она обеспечивает простоту обновления планировки системы освещения и светильников и легкие и ориентированные на пользователя технические требования к сценам освещения. Не требуется утомительного и длительного ввода данных. Дополнительно, нет никакой необходимости в использовании или развертывании дорогостоящих датчиков.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения процессор может быть выполнен с возможностью определения параметров конфигурации, основываясь на одном или более следующих входных параметрах и информации: параметры рабочей поверхности, описывающие рабочую поверхность в пределах системы освещения, параметры освещения, описывающие желаемую освещенность рабочей поверхности, информация о положении, описывающая положение, по меньшей мере, одного светильника в пределах системы освещения, и информация об ориентации, описывающая ориентацию, по меньшей мере, одного светильника в пределах системы освещения. Это позволяет регулировать конфигурацию, по меньшей мере, одного светильника, учитывая как топологию системы освещения, так и требования в отношении рабочей поверхности.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения интерфейс может быть выполнен с возможностью ввода параметров рабочей поверхности и параметров освещения и/или извлечения параметров освещения из электронного файла. Таким образом, рабочая поверхность и соответствующее освещение легко могут быть описаны. Электронный файл позволяет проводить подготовку, хранение или изменение параметров освещения вне системы освещения.
Интерфейс может быть выполнен с возможностью обеспечения выбора возможных параметров рабочей поверхности и может быть выполнен с возможностью разрешения ввода параметров рабочей поверхности посредством выбора параметров рабочей поверхности из возможных параметров рабочей поверхности. Выбор возможных параметров рабочей поверхности освобождает пользователя системы освещения от ручного ввода параметров рабочей поверхности, например, посредством геометрических координат.
Параметры рабочей поверхности могут описывать местоположение, размер и ориентацию рабочей поверхности. Таким образом, все необходимые параметры для описания рабочей поверхности могут быть, например, введены пользователем в систему освещения.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения интерфейс может содержать средство определения местоположения интерфейса относительно осветительных модулей в системе освещения и может быть выполнен с возможностью разрешения ввода, по меньшей мере, одного из параметров рабочей поверхности, относящихся к местоположению интерфейса пользователя. Это позволяет определить и описать планируемую рабочую поверхность, перемещая интерфейс в места, связанные с рабочей поверхностью.
Интерфейс может быть выполнен с возможностью разрешения пользователю вводить параметр рабочей поверхности, описывающий ориентацию относительно местоположения интерфейса пользователя, или выбирая местоположение интерфейса пользователя в качестве центра сферической рабочей поверхности и выбирая радиус сферической рабочей поверхности. Это позволяет описывать ориентацию рабочей поверхности в месте расположения интерфейса только за счет выбора вспомогательного символа, который может быть обеспечен интерфейсом, или обеспечить быстрый и точный способ описания сферической рабочей поверхности.
Средство для определения местоположения может быть выполнено с возможностью определения местоположения, основываясь на измерении времени прохождения или измерении фазового сдвига переданного сигнала. Приемопередатчики, требующиеся для таких измерений, недороги и дают результаты измерений с высокой разрешающей способностью и хорошей точностью.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения рабочая поверхность содержит, по меньшей мере, одну плоскую, неплоскую или сферическую рабочую поверхность. Это позволяет описывать любой вид желаемых рабочих поверхностей.
Дополнительно, рабочая поверхность может содержать множество индивидуальных поверхностей работы, каждая из которых описывается соответствующими индивидуальными параметрами рабочей поверхности и соответствующими индивидуальными параметрами освещенности. Это позволяет описывать освещенность рабочей поверхности вдоль множества рабочих поверхностей.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения интерфейс может быть переносным компьютером. Пользователю будет легко обращаться с таким переносным компьютером.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, один светильник может содержать средство определения положения, по меньшей мере, одного светильника в пределах системы освещения и обеспечения вывода информации о положении. Это позволяет автоматическое обнаружение положения, по меньшей мере, одного светильника.
Дополнительно, по меньшей мере, один светильник может содержать средство определения ориентации, по меньшей мере, одного светильника в пределах системы освещения и обеспечения вывода информации об ориентации. Это позволяет автоматическое обнаружение ориентации, по меньшей мере, одного светильника.
Средство определения ориентации может быть датчиком углового положения или датчиком ориентации. Эти датчики полезны как для роботехнически перемещаемых светильников, так и для светильников, перемещаемых вручную. Альтернативно, по меньшей мере, один светильник может содержать средство автоматического перемещения, по меньшей мере, одного светильника, причем средство определения ориентации может быть датчиком углового положения, входящим в состав средства автоматического перемещения. Датчик углового положения позволяет определение ориентации непосредственно во время перемещения светильника.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, один светильник содержит высоконаправленный источник света для передачи узкого пучка, пригодного для определения ориентации, по меньшей мере, одного светильника. Он позволяет определение ориентации светильника без необходимости введения датчика в светильник. "Высоконаправленный источник света" (используемый совместно с фотоаппаратами) может быть другим средством определения ориентации, как упомянуто выше.
Система освещения может дополнительно содержать, по меньшей мере, один декодер, выполненный с возможностью обнаружения узкого пучка для определения ориентации, по меньшей мере, одного светильника, причем, по меньшей мере, один декодер может быть выполнен с возможностью обеспечения информации об ориентации. И опять, он позволяет определять ориентацию светильника без необходимости в датчике, вводимом в светильник.
Дополнительно, по меньшей мере, один светильник может содержать вход для приема, по меньшей мере, одного из параметров конфигурации. Это позволяет выполнять автоматическую конфигурацию светильника.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения процессор может содержать средство приема параметров рабочей поверхности, параметров освещения, информации о положении и информации об ориентации. Это позволяет процессору осуществлять связь с устройствами системы освещения.
Дополнительно, процессор может быть выполнен с возможностью приема фотометрических данных, по меньшей мере, одного светильника и вычисления параметров конфигурации, основываясь дополнительно на фотометрических данных. Это позволяет обеспечить более точное вычисление параметров конфигурации.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения процессор может быть выполнен с возможностью вычисления параметров конфигурации, решая математическую задачу нелинейного программирования. Это позволяет процессору вычислять параметры конфигурации даже для сложных систем освещения и сложных требований к рабочей поверхности. Предпочтительно, эта задача может быть решена путем оптимизации, поскольку точное решение задачи в большинстве случаев не существует.
Процессор может быть выполнен с возможностью вычисления параметров конфигурации, основываясь на методе последовательных приближений, который оценивает вклад каждого светильника в систему освещения на каждом участке рабочей поверхности.
Метод последовательных приближений может быть основан на уравнении:
E
ϕ
, ψ
, θ
, I
=E
j
j
j
j
j=1…N1
des
({}
E
des
: вектор желаемых значений освещенности на выбранных участках рабочей поверхности (здесь понятие "вектор" используется как "распределение значений освещенности по рабочим поверхностям", которое система управления предполагает реализовать);
ϕ
j
: сила света j-го светильника;
ψ
j
: угол обзора j-го светильника;
θ
j
: угол поворота j-го светильника;
I
j
: фотометрическое распределение j-го светильника.
Левая сторона уравнения может быть замещена членом:
ϕ
k
I
β
,γ
j
ij
j
ij
ij
()
k
ij
: зависит от относительного положения j-го светильника по отношению к рабочей поверхности, к которой принадлежит i-й участок;
I
j
: представляет фотометрическое распределение j-го светильника;
β
γ
ij
ij
,: частные значения в угловых координатах светильника, которые зависят от относительного положения между i-м участком и j-м положением светильника, которое, следовательно, зависит от ориентации светильника.
β
γ
ψ
θ
ij
ij
j
j
Значения  и , которые, в свою очередь, зависят от  и , могут быть определены автоматически, когда углы обзора и поворота светильника были выбраны для участка таким образом, что член
ϕ
k
I
β
,γ
j
ij
j
ij
ij
()
может быть записан как
ϕ
ι
ψ
, θ
j
ij
j
j
()
Дополнительно, процессор может быть выполнен с возможностью решения члена
ϕ
ι
ψ
, θ
j
ij
j
j
()
посредством нахождения подходящей формы диаграммы направленности пучка, ориентации светильника и уменьшения уровня света, так что функция
Е
E
Е
E
des
des
Т
1/2(-)(-)
минимизируется, когда подчиняется ограничениям
ϕ
ϕ
j
j0
0≤≤
ψ
ψ
j
j0
0≤≤
θ
θ
j
j0
0≤≤
которые указывают диапазон светового потока, углы обзора и поворота, которые может обеспечить рассматриваемый светильник.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения параметры освещения могут описывать диапазон желаемой освещенности рабочей поверхности и процессор может быть выполнен с возможностью вычисления параметров конфигурации таким образом, чтобы достижимая освещенность рабочей поверхности лежала в пределах диапазона. Определение диапазона значений желаемой освещенности вместо точных значений позволяет учесть различные визуальные характеристики молодых и пожилых людей.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения процессор может быть выполнен с возможностью оценки снижения во времени мощности светового потока, по меньшей мере, одного светильника, так чтобы параметры конфигурации могли быть вычислены на основе фактической мощности светового потока, по меньшей мере, одного светильника. Это позволяет системе компенсировать старение светильников.
Дополнительно, процессор может быть выполнен с возможностью приема профиля потребления энергии, по меньшей мере, одним светильником и может быть выполнен с возможностью вычисления параметров конфигурации, основываясь дополнительно на профиле потребления энергии таким образом, чтобы потребление энергии, по меньшей мере, одним светильником было минимизировано, когда желаемая освещенность рабочей поверхности все еще может быть достигнута. Это позволяет оптимизировать конфигурацию, по меньшей мере, одного светильника с точки зрения потребления энергии.
Потребление энергии может быть определено членом:
р
(ϕ
)
j
j
р
j
: мощность, потребляемая j-м светильником
ϕ
j
: мощность светового потока j-го светильника.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения процессор может быть выполнен с возможностью обеспечения параметров конфигурации, по меньшей мере, для одного светильника. Это позволяет осуществлять автоматическую конфигурацию, по меньшей мере, одного светильника.
Дополнительно, система освещения может содержать системную базу данных, выполненную с возможностью автоматического сбора информации о положении и информации об ориентации и предоставления процессору информации о положении и информации об ориентации. Это позволяет хранить информацию, по меньшей мере, об одном светильнике.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения обеспечивается интерфейсное устройство для системы освещения согласно изобретению, содержащее:
- средство ввода, чтобы позволить пользователю описать рабочую поверхность в пределах системы освещения и описать желаемую освещенность рабочей поверхности; и
- средство вывода, чтобы обеспечить параметры рабочей поверхности, которые описывают рабочую поверхность в пределах системы освещения, и обеспечить параметры освещенности, описывающие желаемую освещенность рабочей поверхности.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения обеспечивается светильник для системы освещения соответственно изобретению, содержащий:
- средство освещения рабочей поверхности системы освещения;
- средство определения положения светильника в пределах системы освещения; и
- средство обеспечения информации о положении, которая соответствует положению светильника в пределах системы освещения.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения обеспечивается процессор системы освещения согласно изобретению, содержащий:
- средство приема параметров рабочей поверхности, описывающих рабочую поверхность в пределах системы освещения, параметров освещения, описывающих желаемую освещенность рабочей поверхности, информации положения, описывающей положение, по меньшей мере, одного светильника в пределах системы освещения, и информации об ориентации, описывающей ориентацию, по меньшей мере, одного светильника в пределах системы освещения; и
- средство вычисления параметров конфигурации, позволяющее конфигурирование, по меньшей мере, одного светильника системы освещения таким образом, чтобы желаемая освещенность рабочей поверхности могла быть достигнута, по меньшей мере, с помощью одного светильника.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения обеспечивается способ создания системы освещения согласно изобретению, содержащий этапы, на которых:
- описывают рабочую поверхность в пределах системы освещения и желательную освещенность рабочей поверхности;
- обеспечивают, по меньшей мере, один светильник для освещения рабочей поверхности; и
- вычисляют параметры конфигурации, позволяющие конфигурирование, по меньшей мере, одного светильника таким образом, что могла быть достигнута желаемая освещенность рабочей поверхности.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения обеспечивается способ конфигурирования, по меньшей мере, одного светильника системы освещения согласно изобретению, содержащий этапы, на которых:
- принимают параметры рабочей поверхности, описывающие рабочую поверхность в пределах системы освещения, параметры освещенности, описывающие желаемую освещенность рабочей поверхности, информацию о положении, описывающую положение, по меньшей мере, одного светильника в пределах системы освещения, и информацию об ориентации, описывающую ориентацию, по меньшей мере, одного светильника в пределах системы освещения; и
- вычисляют параметры конфигурации, позволяющие конфигурирование, по меньшей мере, одного светильника системы освещения таким образом, чтобы желаемое освещение рабочей поверхности могло было быть достигнуто, по меньшей мере, с помощью одного светильника.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения обеспечивается компьютерная программа, позволяющая выполнять способ, соответствующий варианту осуществления изобретения, когда она исполняется компьютером.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения обеспечивается носитель записи для хранения компьютерной программы, соответствующей варианту осуществления изобретения.
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и объяснены со ссылкой на вариант(-ы) осуществления, описанный далее.
Здесь далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на примеры вариантов осуществления. Однако изобретение не ограничивается этими примерами вариантов осуществления.
Фиг. 1 - система освещения, соответствующая варианту осуществления изобретения; и
Фиг. 2 - система освещения, соответствующая дополнительному варианту осуществления изобретения.
В дальнейшем функционально схожие или идентичные элементы могут иметь одни и те же ссылочные номера.
На фиг. 1 показана система освещения, соответствующая варианту осуществления изобретения. Система освещения содержит интерфейс 102, по меньшей мере, один светильник 104a, 104b и процессор 106. Интерфейс 102 выполнен с возможностью описания рабочей поверхности 120 в пределах системы освещения и описания (или извлечения) желаемой освещенности рабочей поверхности 120. На фиг. 1 показан пример двух светильников 104a, 104b. Светильники 104a, 104b освещают рабочую поверхность 120, посылая световые пучки 114a, 114b. Процессор 106 выполнен с возможностью определения параметров конфигурации, которые позволяют выполнять светильники 104a, 104b таким образом, чтобы могла быть достигнута желаемая освещенность рабочей поверхности 120. Интерфейс 102 выполнен с возможностью предоставления параметров рабочего пространства и параметров освещенности процессору 106. Параметры рабочей поверхности описывают рабочую поверхность 120 в пределах системы освещения, а параметры освещенности описывают желаемую освещенность рабочей поверхности 120. Процессор 106 содержит средство для приема параметров рабочей поверхности, параметров освещения, информации о положении и информации об ориентации. Светильники 104a, 104b выполнены с возможностью предоставления процессору 106 информации о положении. Дополнительно светильники 104a, 104b выполнены с возможностью предоставления процессору 106 информации об ориентации. Альтернативно, информация об ориентации может быть уже известна процессору 106 или предоставляться процессору 106 другим устройством (не показано на чертежах). Информация о положении описывает положение каждого из светильников 104a, 104b в пределах системы освещения. Информация об ориентации описывает ориентацию каждого из светильников 104a, 104b в пределах системы освещения. Ориентация может также описывать направление световых пучков 114a, 114b, излучаемых светильником. Процессор 106 выполнен с возможностью вычисления параметров конфигурации, основываясь на принятых параметрах рабочей поверхности, параметрах освещенности, информации о положении и информации об ориентации.
Процессор 106 предоставляет вычисленные параметры конфигурации непосредственно светильникам 104a, 104b. Каждому светильнику могут предоставляться индивидуальные параметры конфигурации. Альтернативно, процессор 106 может предоставлять параметры конфигурации пользователю или дополнительному устройству конфигурации, которое может формировать конфигурацию светильников 104a, 104b, основываясь на параметрах конфигурации, полученных от процессора 106. Для приема параметров конфигурации светильники 104a, 104b содержат вход. Дополнительно светильники 104a, 104b могут содержать средство, управляющее светильниками 104a, 104b, основываясь на принятых параметрах конфигурации.
Для системы освещения описываются множество индивидуальных рабочих поверхностей. Другими словами, рабочая поверхность 120 может содержать множество индивидуальных рабочих поверхностей, каждая из которых описывается соответствующими индивидуальными параметрами рабочей поверхности и соответствующими индивидуальными параметрами освещенности. Процессор 106 выполнен с возможностью вычисления параметров конфигурации таким образом, чтобы могла быть достигнута оптимальная освещенность всех индивидуальных рабочих поверхностей. Индивидуальные рабочие поверхности могут иметь различные формы и размеры и могут быть встроены в систему освещения любым соответствующим способом.
Интерфейс 102 является интерфейсом пользователя, выполненным с возможностью разрешения пользователю описывать рабочее пространство и желаемую освещенность. Пользователь может вводить параметры рабочей поверхности и параметры освещенности. Альтернативно пользователь может вводить данные, описывающие рабочее пространство и желаемую освещенность в любом другом формате и интерфейс 102 может быть выполнен с возможностью определения параметров рабочей поверхности и параметров освещенности из входных данных пользователя. Для ввода данных пользователя интерфейс 102 может содержать клавиатуру или любое другое соответствующее средство ввода. Интерфейс 102 также может быть выполнен с возможностью извлечения параметров освещенности из электронного файла, предоставляемого пользователем.
Дополнительно, интерфейс 102 выполнен с возможностью предоставления пользователю выбора возможных параметров рабочей поверхности. Поэтому интерфейс 102 содержит дисплей или любое соответствующее средство вывода. Дополнительно, интерфейс 102 может быть выполнен с возможностью предоставления пользователю возможности ввода параметров рабочей поверхности, выбирая предполагаемые параметры рабочей поверхности из возможных параметров рабочей поверхности.
Параметры рабочей поверхности описывают местоположение, размер и ориентацию рабочей поверхности 120. Для облегчения ввода параметров рабочей поверхности интерфейс 102 содержит средство (не показанное на чертежах) определения местоположения интерфейса 102 в пределах системы освещения. Средство определения местоположения выполняется с возможностью определения местоположения на основе измерения времени прохождения или измерении фазового сдвига переданного сигнала. Дополнительно интерфейс 102 выполнен с возможностью предоставления пользователю возможности ввода, по меньшей мере, одного из параметров рабочей поверхности, относящегося к местоположению интерфейса 102 пользователя. Интерфейс 102 дополнительно выполнен с возможностью предоставления пользователю ввода параметра рабочей поверхности, описывающего ориентацию относительно местоположения интерфейса 102 пользователя. В случае, если пользователь намеревается ввести сферическую рабочую поверхность, интерфейс 102 может быть выполнен с возможностью предоставления пользователю выбора местоположения интерфейса 102 пользователя в качестве центра сферической рабочей поверхности и возможности выбора пользователем радиуса сферической рабочей поверхности.
Рабочая поверхность может также содержать множество индивидуальных рабочих поверхностей, каждая из которых описывается соответствующими индивидуальными параметрами рабочей поверхности и соответствующими индивидуальными параметрами освещенности.
Интерфейс 102 может быть переносным компьютером или любым другим соответствующим передвижным или мобильным устройством, обеспечивающим интерфейс 102 между пользователем и системой освещения.
Для предоставления информации о положении каждый светильник 104a, 104b может содержать средство определения положения светильника 104a, 104b в пределах системы освещения. Дополнительно, каждый светильник 104a, 104b может содержать выход для предоставления информации о положении. Для предоставления информации об ориентации каждый светильник 104a, 104b или часть светильников 104a, 104b может содержать средство определения ориентации светильника 104a, 104b в пределах системы освещения. Дополнительно, каждый светильник 104a, 104b, имеющий средство определения ориентации, может содержать выход для предоставления информации об ориентации. Средство определения ориентации может быть датчиком углового положения или датчиком ориентации. В частности, если светильник 104a, 104b содержит средство автоматического перемещения светильника 104a, 104b, средство определения ориентации может быть кодером углового положения, содержащимся в составе средства автоматического перемещения.
Альтернативно, светильник 104a, 104b может содержать источник высоконаправленного светового излучения для посылки узкого пучка, пригодного для определения ориентации, по меньшей мере, одного светильника 104a, 104b. Чтобы определить ориентацию светильника 104a, 104b, система освещения может содержать декодер, выполненный с возможностью обнаружения узкого пучка и определения ориентации, основываясь на узком пучке. Декодер может дополнительно быть выполнен с возможностью предоставления информации об ориентации.
Процессор 106 реализуется либо как микропроцессор с запоминающим устройством, содержащим программу, осуществляющую конфигурацию микропроцессора, либо как специализированная интегральная микросхема ASIC или программируемая (пользователем) логическая матрица (F)PGA. Независимо от реализации процессор 106 выполняется с возможностью вычисления параметров конфигурации. Для вычисления параметров конфигурации процессор 106 содержит средство решения математической задачи нелинейного программирования (на деле параметры вычисляются способом оптимизации, а не фактическим решением уравнения, поскольку для некоторых случаев системы освещения уравнение может не иметь решения). Это средство может осуществляться как специализированное программное обеспечение или электрическая схема. Процессор 106 может дополнительно быть выполнен с возможностью вычисления параметров конфигурации, основываясь на фотометрических данных, которые определяют светильники 104a, 104b. Фотометрические данные хранятся в запоминающем устройстве процессора 106 или принимаются от светильников 104a, 104b. Для учета старения светильников 104a, 104b процессор 106 дополнительно выполняется с возможностью оценки снижения мощности светового излучения светильников 104a, 104b в течение длительного времени. Это позволяет процессору 106 вычислять параметры конфигурации, основываясь на фактической мощности светового излучения светильников 104a, 104b.
Для минимизации потребления энергии системой освещения процессор 106 дополнительно выполняется с возможностью приема или хранения в запоминающем устройстве профиля потребления энергии светильниками 104a, 104b. Процессор 106 поэтому дополнительно выполняется с возможностью вычисления параметров конфигурации, основываясь на профиле потребления энергии, так чтобы потребление энергии светильниками 104a, 104b минимизировалось, в то же время все еще при наличии возможности достижения желаемой освещенности рабочей поверхности 120.
Параметры освещенности могут описывать диапазон желаемой освещенности рабочей поверхности 120. Пользователю может даваться возможность введения в интерфейс 102 диапазона или введения различных значений освещенности для точки измерения в соответствующем рабочем пространстве. Процессор 106 выполнен с возможностью вычисления параметров конфигурации таким образом, что достижимая освещенность рабочей поверхности 120 лежала в пределах указанного диапазона.
На фиг. 2 показана система освещения, содержащая интерфейс 102 пользователя, усовершенствованные светильники 104, процессор 106 и системную базу 208 данных. Интерфейс 102 пользователя выполнен с возможностью приема информации о предполагаемой освещенности и рабочих поверхностях и дополнительно выполнен с возможностью предоставления принятой информации процессору 106. Системная база 208 данных выполнена с возможностью ведения автоматизированного сбора данных от усовершенствованных светильников 104 и дополнительно выполнена с возможностью предоставления собранных данных процессору 106. Процессор 106 выполнен с возможностью вычисления и предоставления данных, полезных для конфигурации усовершенствованных светильников 104. В отличие от системы освещения, показанной на фиг. 1, процессор 106 не может напрямую связываться с усовершенствованными светильниками 104.
Как видно на фиг. 2, система освещения содержит усовершенствованные светильники 104, которые могут быть осведомлены о местоположении и, когда нужно, также быть осведомлены об ориентации посредством встроенной трехмерной системы оценки положения и ориентации. Система освещения дополнительно содержит осведомленный о местоположении, удобный в работе интерфейс 102 пользователя, который может использоваться для определения геометрии, местоположения, ориентации и размера рабочих поверхностей, определяющих световую сцену. Система освещения дополнительно содержит процессор 106 или множество процессоров, которые вычисляют параметры настройки конфигурации, подходящие для получения планируемой освещенности. Процессор 106 может быть выполнен с возможностью вычисления параметров настройки конфигурации, например, из фотометрических данных, извлеченных из светильников 104 в системе, например распределение или распределения силы света, на основе графиков или таблиц характеристик, относящихся к излучаемому световому потоку или к параметрам конфигурации светильников 104, и из информации о потребляемой мощности, которая может быть либо предоставлена изготовителями осветительного оборудования, получившими ее при контрольной проверке световой арматуры, либо через полученные результаты измерений, проведенных посредством дополнительного измерительного оборудования. Система освещения дополнительно содержит технологию связи, позволяющую передавать данные от системы определения местоположения и локальных баз данных, связанных со светильниками 104, на процессор 106 или на процессоры. Система освещения дополнительно обладает простой масштабируемостью и возможностью обновления системы освещения, относящимся к планировке и новым источникам света.
Система освещения может быть современной подсистемой с управлением освещенностью, интегрированным в систему управления освещением. При подходе, используемом в изобретении, автоматически определяются параметры настройки инфраструктуры освещения, необходимые для согласования планируемых распределений освещенности на нескольких близлежащих рабочих плоскостях, в то время как потребление энергии минимизируется.
Используемый в изобретении подход охватывает ряд алгоритмов, элементов и инструментальных средств, которые позволяют пользователю легко и точно описывать желаемую сцену освещенности, автономное извлечение и обработку необходимой информации и вычисление параметров настройки. Интерфейс 102 пользователя используется для описания желаемых распределений освещенности, а также фактических или реальных рабочих поверхностей, на которых должны реализовываться желаемые распределения освещенности. Встроенный механизм автоматического ввода в действие определяет положение и пространственную ориентацию светильников 104 относительно прежних рабочих поверхностей. Фотометрическая и энергетическая информация управления извлекается всякий раз, когда необходимо, из светильников 104 и, наконец, процессор 106 применяет процедуры для вычисления подходящих параметров настройки.
Система освещения может дополнительно содержать инструментальные средства автоматического ввода в действие для оценки положения и оценки ориентации. Местоположение и ориентация рабочих поверхностей относительно светильников 104 в системе должны быть известны. Светильники 104 могут самоосведомляться о собственном местоположении и ориентации. Самоосведомленность о местоположении может осуществляться несколькими известными способами. Для оценки положения может быть введена трехмерная система оценки положения, использующая ультразвуковые волны для измерения времени прохождения и/или фазового сдвига между двумя приемопередатчиками. Применение мультилатеральных способов позволяет определять относительное положение между контрольными приемопередатчиками и приемопередатчиками, расположенными в светильниках. Например, приемопередатчик может быть встроен в светильник. Мультилатеральный способ может использовать три или более контрольных приемопередатчиков, расположенных в известных, не находящихся на одной оси контрольных точках, связанных с основной системой координат. Использование более трех приемопередатчиков позволяет корректировать ошибку из-за шумов измерения, поскольку она ведет к системе переопределенных уравнений. Ультразвуковые приемопередатчики весьма недороги и позволяют получать результаты измерений с хорошей точностью и с высокой разрешающей способностью. Альтернативно могут использоваться любые другие подходящие приемопередатчики или способы определения положения. Оценка ориентации может быть достигнута разными путями, в зависимости от типа светильников 104. В системе освещения могут содержаться различные типы светильников 104.
Светильники 104, которые могут быть панорамными или поворотными с помощью электрических двигателей или подобных устройств, обычно содержат кодеры углового положения или подобные системы, позволяющие напрямую определять пространственную ориентацию таких передвижных светильников 104. Для тех светильников 104, которые могут перемещаться только вручную, осведомленность о пространственной ориентации может быть достигнута посредством существующих датчиков углового положения или датчиков ориентации. Для выполнения такого измерения могут быть предложены несколько альтернатив, например датчики, используемые в инерциальных устройствах, таких как акселерометры и гироскопы, детекторы, применяющие поляризованные радиочастотные излучатели и многочисленные волноводы или детекторы, которые используют в оптической технике. Датчики углового положения или ориентации легко могут быть интегрированы в светильники 104, например, в форме интегральных схем.
Способы оценки на основе оптических устройств требуют, чтобы в светильники 104 были введены источники света с узким пучком, то есть остронаправленные источники света, такие как, например, светодиодные или лазерные указатели. Дополнительно, они требуют либо линии прямой видимости между источником света с узким пучком и детектором, что может препятствовать возможности реализации решения из-за необходимости установки детектора, либо использования вместо этого фотокамер. Если в помещении используются фотокамеры, они могут использоваться для слежения за освещенной зоной (пятном), созданной встроенным источником света, остронаправленным на одну контрольную поверхность, и делать ее фотографии. Поскольку системе известны местоположение остронаправленного источника света, фотокамеры и наблюдаемой поверхности, ориентация светильника может быть напрямую определена через элементарную геометрию. Дополнительная точность может быть достигнута при использовании многочисленных фотокамер. Более того, при наличии многочисленных фотокамер могут также применяться способы фотограмметрии, позволяющие определение физических координат по фотографиям, чтобы получать дополнительную геометрическую (местоположение/ориентация) информацию об установленных светильниках.
После определения, либо локально в световом модуле, либо глобально с помощью ранее выполненного запоминания, информации о положении и пространственной ориентации, если нужно, должна быть передана с использованием любой удобной технологии связи либо на центральный процессор, либо на несколько процессоров, если обработка выполняется распределенным способом. Системе также должны быть известны размеры, местоположение и форма рабочих поверхностей, для которых должны быть сформированы распределения освещенности. С этой целью система содержит интерфейс 102 пользователя, который может быть реализован, например, с помощью переносного компьютера, выполняющего соответствующее программное обеспечение, позволяющее пользователю вводить местоположение, размер и ориентацию рабочей поверхности. Такой переносной интерфейс 102 пользователя может также использовать ультразвуковые приемопередатчики, применяемые для оценки положения светильников 104, в контрольных точках, чтобы определять их местоположение и предлагать пользователю выбор зависящих от местоположения вариантов ориентации для рабочей поверхности, так чтобы пользователю не требовалось вручную вводить геометрические координаты и он мог бы только выбирать ориентацию, например горизонтальные, наклоненные на X градусов или вертикальные рабочие поверхности, и вводить размеры поверхности.
Кроме того, устройство интерфейса 102 должно также позволять точное описание неплоских рабочих поверхностей. Одним из примеров этого может быть точное описание цилиндрической рабочей поверхности, которая должна быть определена вокруг манекена, чтобы точно описать желаемое распределение освещенности на манекене. Знание системой местоположения переносного устройства может использоваться для предложения пользователю несколько вариантов ориентации оси такой поверхности вращения. Аналогично может быть описана сферическая рабочая поверхность, на которой местоположение переносного устройства принимается в ее центре, тогда как меню позволяет выбирать желаемый радиус. Поскольку интерфейс 102 пользователя осведомлен о своем местоположении, то, например, его высота относительно пола помещения известна. Это может использоваться для ограничения, например, радиуса описываемой сферической рабочей поверхности или высоты цилиндрической рабочей поверхности, которую может выбрать пользователь.
Устройство переносного интерфейса 102 может также извлекать из электронного файла соответствующего формата данные, которые точно указывают распределение или распределения освещенности, предполагаемые пользователем, на каждой из описанных рабочих поверхностей. Когда системе известны размеры, геометрия и расположение рабочих поверхностей, а также местоположение и ориентация светильников 104, информация передается с помощью любого подходящего способа связи к блокам обработки на основе процессоров для вычисления оптимальных значений управления освещением. Процессор будет вычислять конфигурацию системы освещения, пригодную для установленной системы освещения и распределений освещенности, заданных пользователем в качестве входных данных.
Для выполнения вычисления система может потребовать некоторые фотометрические данные установленных световых арматур, например их расстановку, распределения силы света в дальней зоне, которые связаны с лампами и оптикой, используемыми светильниками 104. Изготовители обычно предоставляют такие фотометрические данные, но оптимально они должны также храниться в световых модулях и считываться вычисляющим элементом системы во время инициализации.
На рабочих поверхностях могут быть выбраны несколько контрольных точек измерения, которые могут быть заданы в качестве входных данных системы. Точки измерения относительно контрольных точек могут выбираться, например, при использовании равномерных сеток выборки. Предполагается, что желаемые значения освещенности, выраженные в люксах, в точках измерения относительно контрольных точек, то есть планируемое распределение освещенности, известны и заданы в качестве входных данных системы, например, в форме числовой матрицы.
Система освещения может дополнительно содержать базу данных или встроенные детекторы, так чтобы снижение мощности световой энергии со временем также могло быть оценено и учтено при вычислении. База данных может быть создана на основе результатов статистических измерений, предоставленных изготовителями. Альтернативно, встроенные детекторы могут непосредственно контролировать систему светильников 104.
Способ последовательных приближений для определения освещенности может применяться для оценки вклада каждого светильника с точки зрения освещенности в каждой точке сетки. Такой способ использует геометрические и географические входные данные, уже собранные процессором. Применение способа последовательных приближений обычно приводит к системе нелинейных уравнений
E
ϕ
, ψ
, θ
, I
E
j
j
j
j
j=1…N1
des
({})=
где вектор столбца на правой стороне уравнения учитывает желаемые значения освещенности в точках измерения различных рабочих поверхностей. В отношении неизвестных переменных:
ϕ
j
: устанавливает световой поток или мощность светового потока j-й лампы;
ψ
θ
j
j
и : жестко устанавливают углы обзора и поворота j-й лампы;
I
j
: фотометрическое распределение j-го светильника.
I
j
неизвестно, только если светильник может создавать более одного фотометрического распределения или диаграммы направленности пучка.
Сопутствующая система уравнения линейна и световые потоки являются единственными неизвестными, которые должны быть вычислены, только если все светильники 104 в системе освещения неподвижны и их соответствующие трехмерные распределения силы света, так называемые фотометрические распределения, являются уникальными, то есть светильники не создают многочисленные диаграммы направленности пучка и являются телами вращения.
Что касается левой стороны уравнения, то следует вспомнить, что для света сохраняется принцип суперпозиции. В результате и учитывая определение способа последовательных приближений, i-е уравнение должно фактически выглядеть следующим образом:
ϕ
k
I
β
,γ
j
ij
j
ij
ij
()
k
β
γ
ij
j
ij
ij
Значение  зависит от относительного положения j-й лампы по отношению к рабочей поверхности, которой принадлежит i-я точка измерения, I представляет фотометрическое распределение j-го светильника, тогда как и являются частными значениями в угловых координатах светильника, которые зависят от относительного положения между точкой измерения и j-й лампой, положение которой, следовательно, зависит от ориентации светильника.
β
γ
ψ
θ
ij
ij
j
j
Поскольку абсолютные параметры координат и ориентации светильников 104 и точек измерения на рабочих поверхностях обычно известны относительно координатного кадра, определенного точками, в которых находятся контрольные ультразвуковые приемопередатчики, относительные положения могут быть прямо вычислены непосредственно по ним. Поэтому, когда точка измерения, углы обзора и вращения были выбраны, значения и, которые, в свою очередь, зависят от и, определяются автоматически. Следовательно, предыдущее выражение может быть записано в виде:
ϕ
ι
ψ
, θ
j
ij
j
j
()
Решение задачи требует нахождения подходящей формы диаграммы направленности пучка, ориентации светильника и уменьшения уровней света, так что следующая целевая функция
Е
E
Е
E
des
des
Т
1/2(-)(-)
минимизируется, когда подчиняется ограничениям
ϕ
ϕ
j
j0
0≤≤
ψ
ψ
j
j0
0≤≤
θ
θ
j
j0
0≤≤
ϕ
j0
которые указывают диапазон светового потока, углы обзора и поворота, которые может обеспечить рассматриваемый светильник. Более эффективные результаты могут быть достигнуты, если система позволяет производить оценку, например, посредством статистики, предоставляемой продавцом, или измерений, например, посредством датчиков, контролирующих лампы, снижение мощности светового потока во времени, так что значение  может быть надежно оценено и, таким образом, система может компенсировать старение ламп.
ϕ
j
В соответствии с представленной формулировкой, когда вычислено численное решение, углы обзора и поворота становятся сразу же доступны, тогда как остальная часть параметров конфигурации, которые должны быть введены в светильники 104, чтобы оптимально выполнить желаемое распределение освещенности, определяемое вектором E_{des}, может быть легко вычислена по результатам светового потока . Например, если значения снижения силы света являются дополнительным параметром конфигурации, они могут экстраполироваться непосредственно из графика зависимости между световым потоком и значением снижения силы света, который, как упоминалось ранее, также является частью набора данных, доступных системе.
Для учета потребления энергии при вычислении оптимального решения формулировка может быть расширена, поскольку в этом случае необходимо обрабатывать две целевые функции вместо одной. С одной стороны, функция, которая оценивает отклонение освещенности от планируемого распределения освещенности,
Е
E
Е
E
des
des
Т
1/2(-)(-)
и, с другой стороны, функция, которая суммирует мощность, потребляемую набором светильников 104,
р
(ϕ
)
j
j
Как показано для простейшего предыдущего случая, освещенность является функцией конфигурации и ориентации светильников 104 в системе. Обычно потребляемая мощность зависит только от светового потока. Следовательно, сопутствующая задача оптимизации при множестве критериев может быть решена в смысле Парето, прибегая к известным методикам. В соответствии с ранее представленной формулировкой задача могла бы также быть сформулирована как задача комбинаторного программирования, рассматривая несколько дискретных угловых значений для ориентации светильников 104. Такая комбинаторная и многоцелевая оптимизация может естественным образом обрабатываться при использовании методик оптимизации, известных как генетические алгоритмы. Выбор дискретных значений, используемых для углов обзора и поворота, не будет давать большой ошибки для прихода к удовлетворительному решению, поскольку чрезмерно высокие по точности угловые значения в любом случае могут быть бессмысленны.
И опять, подобно фотометрическим данным, профили потребляемой мощности, связанные со светильниками 104 системы, как предполагается, должны либо предоставляться продавцом и, возможно, храниться местно в базе данных, встроенной в светильник, из которой она может извлекаться всякий раз по мере необходимости, либо приобретаться, возможно, через встроенное измерительное оборудование.
Когда процессор определил подходящие параметры настройки конфигурации, их преобразование в соответствующие управляющие команды, которые должны вводиться в систему управления освещением, управляющую светильниками 104, может быть прямым.
Наконец, следует заметить, что вместо того, чтобы использовать конкретные скалярные значения, планируемые распределения освещенности могут также указываться в форме диапазонов. Например, чтобы учесть различные характеристики зрения у молодых и пожилых людей, как кажется, для указания целевых распределений удобно использовать диапазоны. Чтобы учесть такие требования, целевая функция, оценивающая отклонение от желаемой освещенности, должна быть соответственно изменена. Таким образом, если для конкретного измерения в i-й точке диапазон освещенности определен как интервал от E_{i, min} до E2_{i, MAX}, то тогда сопутствующая целевая функция, здесь далее рассмотренная покомпонентно, дает в результате ноль, если
ϕ
ι
ψ
, θ
j
ij
j
j
()
находится в пределах диапазона, и дает в результате
ϕ
ι
ψ
, θ
Е
Е
)
j
ij
j
j
i, min
i, MAX
()-1/2(+
в качестве штрафа, в противном случае.
Аналогично, многоцелевой подход также позволяет предъявлять требование по равномерности с помощью отношений максимума к минимуму для распределений освещенности на одной рабочей поверхности, добавляя соответствующие дополнительные штрафующие целевые функции.
В итоге изобретение относится к системе управления освещением, содержащей световые модули, интерфейс 102 пользователя, базу данных и процессор. В системе не нужны никакие датчики. Распределения освещенности преобразуются в команды управления освещением для формирования распределений освещенности. Внимание сосредотачивается на том, как определять параметры лампы и как настраивать все имеющиеся в наличии лампы автоматически. Может быть достигнута автоматическая настройка сцены. Благодаря автоматической части, система может обладать управляемым действием, основанным и не основанным на лампах.
Описанное здесь изобретение может быть применено к автоматической конфигурации и управлению инфраструктурой внутреннего освещения, чтобы воспроизводить одну или несколько освещенностей или распределений освещенности на различных выбранных рабочих поверхностях, независимо от количества используемых ламп или степеней свободы в системе освещения.
Соответственно, изобретение может рассматриваться как часть системы управления освещением для очень сложных и гибких установок.
Дополнительно, настоящее изобретение могло бы быть идеальным дополнением другого передового решения управления освещением для автоматического формирования световой сцены в отношении цветных световых сцен.
Описанная система освещения или описанные устройства для системы освещения могут содержать элементы различных вариантов осуществления. Показанные варианты осуществления выбраны для примера.
По меньшей мере, некоторые из функциональных возможностей изобретения могут выполняться в виде аппаратурного или программного обеспечения. В случае реализации с помощью программного обеспечения для обработки одиночных или многочисленных алгоритмов, реализующих изобретение, могут использоваться одиночные или многочисленные стандартные микропроцессоры или микроконтроллеры.
Следует заметить, что слово "содержит" не исключает других элементов или этапов и что единственное число не исключает множественное число. Дополнительно, любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничение объема изобретения.