适应场景变化的景观灯模糊控制系统

1.论文主要研究内容和组织结构

本课题所研究的基于自适应场景变化的景观灯控制系统旨在解决现有控制系统中存在的照明方案单一且设定费时费力，照明方案不能按实际的需要而作相应的改变，设计出一套采用自适应控制思想，能够实现场景、方案、调度相结合的分布式智能控制解决方案，用以适应照明环境随区域、时间、人员、天气变化所带来的问题，同时采用分布式的主从结构可以克服灯具种类繁多、地理位置分散、难于不限等问题。由于景观灯控制系统所在的照明环境复杂多变，对景观灯的控制方式相应需要变化，同时随着灯具状态的变化，景观灯的控制也需要相应发生变化；园林景观照明包括交通空间照明、停留空间照明、软质景观照明和硬质景观照明，并且园林景观照明不是对相关元素进行简单照明的叠加，而是要对它们进行有机组合；这些问题的解决涉及灯具检测、环境监测、控制参数的自校正，为此，本文研究的主要内容包括：
① 照明环境及环境状况的识别：通过分析照明环境中可以测量的照度信息，并根据时间信息、人员动静信息，区域信息，景观园林照明的特殊信息，建立环境状况检测模型。
② 景观灯照明场景库的设计：针对常规照明控制系统照明效果单一，无法与周围的园林景观相匹配，本文提出了场景照明模式，并在园林景观元素与场景之间建立起映射关系，即通过园林景观元素特点来实现景观园林照明场景的设计。并设计了照明场景的结构，建立起照明场景库。
③ 场景自适应优化的照明控制：随着控制系统所应用的区域不同、应用环境不同，智能照明控制系统能够根据输入环境信息，自动修改或调用适合环境的景观灯照明场景，论文构建了模糊控制规则，实现了模糊自适应决策。

2.基于多功能于一体的景观灯控制系统的总体方案
 

传统的照明控制系统是能量流和信息流的单一整合，控制简单、有效、直观。但是还是存在一些缺点和不足：
① 控制的规模比较有限，难于扩展。单纯的利用继电器及接触器等开关元件，通过控制回来启动和关闭照明电器的方式，难以对控制系统进行扩展。
② 照明效果难以得到保证。由于是人为实现照明的控制或是经过人为的预先设定，前者费工费时，后者由于常常考虑不到实际环境的情况，设定的开关点、调光等都存在随意性，不能统分表现完美的照明效果。
③ 缺乏相关的信息反馈。传统的照明控制系统往往是人为输入—系统输出地开环控制过程，没有行之有效的检测反馈环节来组成闭环反馈系统，这样系统的稳定性和可靠性就大大的降低了。
④ 单兵作战，很难进行区域间的协调。照明控制进入了自动控制阶段，它的特征是以光、电、声等技术来控制灯具。自动控制方式的缺点是与人的互动较少，局限于单个或单组灯具的控制，难以完成网络化的监控任务。随着照明控制系统应用场合的不断变化，应用情况也逐步复杂和丰富多彩，仅靠简单的开关控制已不能完成所需要的控制，所以要求照明控制也应随之发展和变化，以满足实际应用的需要。因此基于多功能于一体的景观灯控制系统应具备以下功能：该智能照明控制系统可以根据环境变化、客观要求、用户预定需求等条件而自动采集照明系统中的各种信息，并对所采集的信息进行相应的分析、推理、判断，进行相应的工作状态的反馈控制，实现景观灯照明的控制效果。

3 景观照明基础及环境状况的识别 ................................................... 11
3.1 照明光环境的评价 ............................................................ 11
3.2 照明的基本计算 ............................................................ 13
3.3 照明环境状况的识别 .............................................................. 15
3.3.1 照度检测 ................................................................ 15
3.3.2 人员动静检测 .............................................................. 18
3.3.3 时区的检测 .............................................................. 18
3.4 园林景观元素的照明分析 ......................................................... 21
4 基于园林景观元素的照明场景库设计 .................................................23
4.1 景观灯场景照明模式分析 ............................................................. 23
4.2 景观灯场景和与环境状况的映射关系 ...................................................... 24
4.3 景观灯场景的设计和实现 ................................................... 29
4.3.1 照明场景库系统平台 .................................................................. 29
4.3.2 照明场景的设计.................................................................. 29
4.3.3 照明场景库的实现 ................................................................ 31
5 基于自适应优化的智能照明控制......................................................... 37
5.1 景观灯场景自适应控制的影响因素分析 ........................................................... 37
5.2 基于节能的景观灯场景自适应优化控制问题描述 ............................................... 38
5.3 模糊自适应控制策略 .................................................................. 40
5.4 基于节能的景观灯场景模糊自适应算法设计 ....................................................... 42
5.4.1 交通及广场照明模糊自适应算法设计 ............................................................... 42
5.4.2 景观园林照明模糊自适应算法设计 ........................................................... 52
6 基于自适应场景切换的景观灯控制系统实现 .......................................... 61
6.1 硬件系统构成 ............................................................. 61
6.2 软件系统构成 ..................................................... 63

结论

本文以重庆市中国解放军后勤工程学院照明控制系统为背景。分析了原有照明控制设计模式存在的弊病，本文对周围照明环境信息进行检测，得到环境照明特征，得出场景照明模式，并建立了场景照明库，运用模糊自适应控制策略对照明场景实时自动的调用，实现控制系统的无人操作，并且在保证照明效果的同时大大节约了照明用电。本文设计的基于自适应场景变化的景观灯控制系统主要体现的一些可取之处：
① 本文中基于自适应场景变化的景观灯控制策略和模糊自适应控制算法比较先进。
② 探讨了照明要素的基本构成，照明光环境的评价理念及一些照明基础计算，着重阐述照明环境中的一些影响因素的检测，包括照度、人员的多少以及系统运行的日期和时区等因素，并且关注了园林景观设计中需要考虑的景观因素。相比较之前的景观控制系统设计，更加充分了解了周围的环境，以及可能影响景观照明的一些因素，因而更能满足照明的需求。
③ 针对常规照明控制系统照明效果单一，无法与周围的园林景观相匹配，本文提出了场景照明模式，并在园林景观元素与场景之间建立起映射关系，即通过园林景观元素特点来实现照明的设计。并设计了照明场景的结构，建立起照明场景库，使景观的照明的实现更加丰富多彩和方便实用。