CN110035578B - 基于混合照明的开放式办公室照明*** - Google Patents

Abstract

本发明提供基于混合照明的开放式办公室照明***与控制方法，***包括用户接口单元、光色传感单元、控制单元和顶灯与台灯组成的可调光灯组。离线建立调光照明分布模型、光色评分模型等评价标准，以及用户注册表；在线控制中当预设条件满足时，根据当前自然光条件和评价标准在进行照明优化时，先基于能耗、过道照度、照度均匀度及梯度等指标对可调光顶灯参数进行寻优，然后基于办公室在位用户的评分及能耗指标对可调光台灯参数进行寻优，寻优结果被发送给驱动器以调节灯组出光，实现开放式办公室的综合优化照明。本发明在考虑用户照明偏好的同时还能兼顾整体空间的舒适性，且能根据日光动态调整光照，为办公室营造舒适、节能、个性化的照明环境。

Description

基于混合照明的开放式办公室照明***

技术领域

本发明专利属于智能照明领域，具体涉及基于混合照明的开放式办公室照明***与控制方法。

背景技术

在办公楼中，员工的效率和成功在很大程度上取决于沟通。在开放式办公室中执行的大多数活动包括需要计算机处理的任务。对于计算机工作场所，必须确保眼睛在屏幕，工作材料和周围环境之间不断来回切换的压力保持在最低限度，并且应避免对剧烈反差调节和适应的需要。因此，开放式办公室中避免光的直射和反射眩光很重要。反射眩光是由明亮的表面如窗户或灯具在屏幕上反射而产生的，因此，这些办公室应优化办公位相对于窗户的布置，并由窗帘或百叶窗遮挡，以避免眩光。

在开放式办公室中，对于员工来说，除了防眩光这种基本要求，更需要良好的照明。良好的办公照明将直接影响到员工的工作效率。

办公室采光一般有照明光和自然光两种，一天里随着时间的变化，太阳光也会不断变化，因此，从外部来的自然光线差别很大。现代开放式办公室往往具有长排窗户、相当大的房间深度，对于办公室内侧的大多数办公位，自然光线不足，很多区域必须主要通过人工照明来提供光线。

随着电气技术和电光源技术的发展，室内的工作环境越来越脱离使用天然光了。这种采用人工光源照明的趋势致使我们偏离了本身已有的以24小时为周期的自然生物钟，并且由于这种现象已经深刻地融入到我们的日常生活中，使得我们忘记了以前每天的生活循环方式。办公室人员如果每天接触自然光的时间太少，且长时间的暴露于人工灯光下会抑制褪黑激素的分泌，并改变生理节奏，严重的还可能会影响身体神经***信息的传递。因此，在很多采用节能照明***的写字楼办公，其照度水平并不能给生理节奏***提供足够的刺激，人们很容易觉得疲惫，浮躁，精神压抑。而在冬季的那几个月里，人们接触日光的机会更少，容易引发季节情绪躁动。

视觉是所有五种感官中最重要的，所以确保工作场所充足合理的照明显得特别重要。并且，在现代的工作空间中，我们需要的不仅仅是适合工作场所任务的适量光线，我们还需要一连串的符合日照规律、及人体节律特点的照明刺激。一般办公室里，七成以上的人每天坐在电脑前超过6小时，而最常出现的身体不适症状就是眼睛疲劳。

在传统的恒亮度的照明控制模式下，如果设定的目标亮度不足，不能提供足够的照度，则容易引起视疲劳甚至引起近视的发生。而且，疲劳度与灯光色温也有关系。低色温的照明设备，容易令人觉得累。很多人有这种经验：读书时使用暖黄色台灯，昏昏欲睡。其实，灯光越接近自然光越好，因此人工照明应与天然采光结合设计而形成舒适的照明环境。在照明变化方面，动态改变的光色环境相比一成不变的照明更符合人体节律的要求，能提高用户的感受。

照明环境光线越接近自然光越好，人工照明应与天然采光结合设计而形成舒适的照明环境与氛围。氛围的营造，还依赖于色温、照度的配合。日光从晨间到正午不断变亮同时色温也逐步由较低色温的暖色到较高色温的冷色，而正午之后又相反变化。对色温而言，色温数值越高，光越偏向蓝色，会营造较冷静的氛围；色温越低，越偏近烛光的黄红色，较舒缓情绪。高色温会创造一种洁净、清醒、活泼、略带紧张的气氛、而低色温的暧色光和光线柔和的照明则会促成一种放松的气氛，会构成宁静、安逸、洁净、温馨舒适的生活氛围。根据统计与研究发现，如果色温、照度配合不合理，则会破坏舒适的氛围，如在低色温下，若照度太高，会使人觉得闷热；而在较高色温下，如果照度太低，则人会感觉到冷清。为此，在照明优化中，应考虑办公室总体照明环境中色温与照度的合理配合。

目前，针对传统开关式的办公室照明，已经出现很多自动控制的照明方案。在这些已有的办公照明方案中，有的采用动态调光的方案，如专利号为2016110932459、2016110932321 的***发明专利申请，通过在上班期间改变色温特别是补充高色温照射的方法来调节照明光色。专利号为2015104652846的中国发明专利申请，在办公位有人的时候，才调节该区域灯光的亮度，从而提高了节能效果；而专利号为2016106488075的中国发明专利申请，则进一步根据不同人员的离开或进入情况对办公室的照明***进行智能调节。专利号为 2016107876858的中国发明专利申请，则通过预设的几种光参数来调节人体生理节律和情绪，以提高工作效率。

这些控制方案都主要针对几种不同时段或不同照明分布进行预设，采用程控的手段来按部就班地根据预设条件分若干次来改变办公室照明条件。但办公室照明是一个复杂的***，它主要面向员工在办公室白天时间段的补光照明，还兼顾夜间的照明；而照明感受本身又与人的心理、生理活动紧密相关，不同个体对照明的期望是有显著区别的；而且，环境光随着时间也在不断地变化，传统的按有限几种模式进行调光的控制手段，无法满足办公室员工的个性化照明需求。因此，需要一个综合考虑环境光条件、不同办公位员工个性化需求、以及节能环保指标的智能照明***。

发明内容

开放式办公室人员较多，结构变化较大，天花面积较大容易导致视觉单调，同时一般由于空间进深较大，阳光能照到的地方相对较少，人员对阳光的渴望明显。受年龄、经历的影响，每个员工对照明环境光色的偏好也差别很大。如何充分利用自然光，解决视觉上的单调，模拟人造日光，改善桌面的照明光色，响应办公人员的多样化个性需求，这些是本发明所要解决的问题。

本发明的目的在于，提供一种基于混合照明的开放式办公室照明***与方法，离线状态下，建立办公室内可调光顶灯与可调光台灯构成的混合照明灯组的调光照明分布表、窗户内外光照间的光强映射表，并在办公室用户注册后对每个用户建立一个光色评分表；在线控制时，检测当前自然光的光色参数，基于调光照明分布表、光色评分表对待评价的可调光灯组电参数组合进行用户评分、节能、照度、照度梯度和照度均匀度等评价因素的计算，通过多目标优化算法分两阶段分别对可调光顶灯、可调光台灯的驱动电流进行寻优，寻优结果被发送给驱动器以调节顶灯出光，实现办公室综合优化照明。

本发明的技术解决方案之一是，提供一种以下结构的基于混合照明的开放式办公室照明***，其包括用户接口单元、光色传感单元、位置识别单元、用户身份识别单元、可调光灯组和服务器，以及与所述用户接口单元、光色传感单元、位置识别单元、用户身份识别单元、可调光灯组和服务器均相连的控制单元，

所述用户接口单元包括总开关、显示屏和操作面板，用来键入参数和发起操作，

所述光色传感单元包括两个分别位于窗户内、外侧的固定光色检测模块、以及对应于办公位及过道的室内光色检测模块，所述光色检测模块用来检测自然光的光强与色温、及各光照测试点的照度、色温等光色参数，

所述位置识别单元用来检测开放式办公室用户的在位信息，

所述用户身份识别单元用来对开放式办公室用户进行身份识别，

所述可调光灯组包括多个可调光顶灯、以及对应于办公室用户个数的可调光台灯，所述顶灯及台灯均采用LED串作为光源、且各LED串都具有在色温、颜色之中至少一种光性质可调且亮度可调的特性，

所述控制单元又包括输入模块、光色处理模块、照明优化处理模块、调光模块、输出模块和存储模块，且控制单元被配置为：

输入模块从***的光色传感单元、位置识别单元分别获取开放式办公室多个光照测试点的色温与照度信号、每个办公位的人员在位信号，

基于各测试点的检测信号，光色处理模块计算获取办公室各预设区域的照度梯度值及照度均匀度值，

离线状态下，通过用户接口单元及用户身份识别单元，接受办公室用户的注册，并将用户注册表保存在存储模块中，所述用户注册表包括用户识别号、用户身份识别特征、办公位置号；纯自然光环境中，在不同窗帘开度下通过对所述窗户外侧固定光色检测模块、室内光色检测模块的传感信号标定，获取光强映射表并保存在存储模块中，

对每一个经注册的用户，通过用户接口单元，输入一个光色评分表并将其保存在存储模块中，所述光色评分表的每条记录中，包括办公时间段、色温、照度、评分值，

无自然光环境下，调光模块通过改变办公室内可调光顶灯、可调光台灯的各LED串的驱动电流值，并记录其对应的各LED串组合发光照明时各光照测试点的色温值、照度值，来获得各LED串的调光照明分布表，并将所述光色评分表保存在存储模块中，

根据过道照明特点，定义过道照度、照度均匀度及照度梯度的评分函数并将其保存在存储模块中，

在线控制时，处理模块基于窗帘开度及窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获取各测试点处当前自然光的光色参数，并根据当前时间、以及通过位置识别单元检测到的用户在位信息，基于所述调光照明分布表、各办公位用户的光色评分表，通过多目标优化算法，

第一阶段，基于过道照度评分函数，针对所有用户不在位、且与在位用户共享同一过道的办公位，将所述办公位相邻的过道上的第一类过道光照测试点的期望照度区间即评分最高的照度区间设置为办公室桌面推荐照度的1/3至1/2，基于所述第一类过道光照测试点的照度、可调光顶灯的功耗、所有过道的照度均匀度、各列过道间照度梯度等4个评分指标，对可调光顶灯各LED串驱动电流组合进行寻优，其中，寻优过程中对各LED串驱动电流组合的评分基于所述驱动电流组合对应出光及当前自然光混光照明的总光照，

第二阶段，针对办公室所有在位用户，扣除已寻优可调光顶灯出光和自然光后，基于所有在位用户的用户总评分、可调光台灯的功耗等2个评分指标，对各可调光台灯的LED串驱动电流组合进行寻优，

照明优化处理模块将寻优结果经调光模块和输出模块传送给对应LED串的驱动器，执行调光控制。

作为优选，所述调光照明分布表的每条记录中，包括可调光灯组的n路LED串驱动电流值，以及其对应的经光色处理模块对光色传感单元采样的m个光照测试点传感信号处理后所获取的色温、照度值，其中，所述可调光灯组包括可调光顶灯的p路、可调光台灯的q路共 n路LED串，

所述控制单元还被配置为：

通过调光模块和输出模块以步进改变的方式向可调光灯组发出调光信号，对变化后的光环境进行检测并获取所述测试点处的色温、照度值，不断重复直至所记录的样本覆盖各LED 串驱动电流的取值区间；

在所述多目标优化算法的第一阶段中，首先，进行初始化，确定n路LED串驱动电流参数进行编码的策略，并确定其各自取值区间；其次，令可调光台灯的q路LED串驱动电流为零值，针对可调光顶灯搜索空间内进化群体中的各个体，基于其p路驱动电流参数值，查找调光照明分布表获取其对应人工光在各测试点的色温、照度值，计算所述人工光与当前自然光混合照明的总光照对应在第一类过道各光照测试点的色温、照度值，根据所计算出的所述第一类过道光照测试点的照度值，基于过道照度评分函数计算所述个体对应的用户总评分值 f₁；然后，根据可调光顶灯的耗电功率计算节能评分值f₂，还通过计算获得与窗户平行的各列过道测试点的照度均匀度、及各列过道间照度梯度值，进而分别根据所设定的评分函数计算照度均匀度评分值f₃、照度梯度评分值f₄，对所述4个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值f＝k₁·f₁+k₂·f₂+k₃·f₃+k₄·f₄，其中k_i(i＝1，2，3，4)为预设的加权系数，并根据所述总体评分值进行遗传、交叉和变异操作，更新进化群体；之后，反复进化群体，直至寻优结束后，输出寻优结果。

作为优选，优化算法的第二阶段中，所述已寻优可调光顶灯出光和自然光按如下过程进行扣除：

首先，针对所述个体的q路驱动电流参数值，及已寻优的p路可调光顶灯LED串驱动电流共n路驱动电流，

查找调光照明分布表获取其对应组合单独发光时所有对应有在位用户测试点各点的第一色温值、第一照度值；通过窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获得当前自然光的第二色温值，同时基于窗帘开度，通过查找光强映射表获取对应于各测试点位置上当前自然光的第二照度值；接着，基于色温到色坐标的转换关系式，将所述第一、第二色温值转换为第一、第二xyz色坐标，同时基于所预设的照度到亮度转换比例，将所述第一、第二照度值转换为第一、第二亮度；并将所述第一xyz色坐标、第一亮度转换为第一XYZ三刺激值，将所述第二xyz色坐标、第二亮度转换为第二XYZ三刺激值，将第一、第二XYZ三刺激值种的X、Y、Z 三刺激值分别相加后获得总XYZ三刺激值；将总XYZ三刺激值转换为总xyz色坐标，并进一步转换为总色温，同时，将第一、第二照度相加得到总照度；最后，根据所述总照度、总色温以及当前时间段，查找所有对应有在位用户测试点所对应用户的光色评分表得到各在位用户的独立评分，将所述独立评分求和获得所述个体对应的用户总评分值f₁；然后，根据耗电功率计算节能评分值f₂，对所述2个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值 f＝k₁·f₁+k₂·f₂，其中k_i(i＝1，2)为预设的加权系数，并根据所述总体评分值进行遗传、交叉和变异操作，更新进化群体；之后，反复进化群体，直至寻优结束后，输出寻优结果。

作为优选，所述固定光色检测模块包括光色传感器，所述光色传感器容纳于内侧有反光涂层的球冠状取光球中，取光球通过支柱连接在固定座上，在取光球的顶部有几个采光用的小孔，临近取光球与支柱接点处还设有一个连接件，连接件的外侧端部设有一个用于旋转防尘罩的转轴，所述防尘罩在闭合时贴合于取光球的外壁，

所述室内光色检测模块采用悬挂于办公位上方天花板上的移动光色检测模块，所述移动光色检测模块包括光色传感器，所述光色传感器容纳于圆柱筒形取光直筒内，所述取光直筒依次通过第二转轴、连杆、第一转轴连接于底座上，所述第一转轴、第二转轴分别在两个正交的横滚方向、俯仰方向上旋转移动，

所述控制单元还被配置为：

在办公室过道每隔一段距离、以及每个办公位上设置一个光照测试点，控制移动光色检测模块中的第一转轴、第二转轴旋转，使其取光直筒依次对准预设的所述光照测试点，对所述光色传感器的传感信号，光色处理模块进行处理获取所述各办公位、及过道光照测试点的色温与照度值，

通过示教多次改变第一转轴、第二转轴旋转角度，在所述取光直筒对准预设的各光照测试点时记录所述第一转轴、第二转轴旋转角度。

作为优选，所述***还包括一个与控制单元相连的窗帘开度检测单元，基于所述窗帘开度检测单元的传感信号，控制单元处理获取窗帘开度，

所述窗帘开度检测单元包括一个与窗帘旋转模块联动的窗帘开度传感器，

纯自然光环境中，基于所述窗帘开度检测单元获取所述窗帘开度，离线状态下，改变窗帘开度，在各窗帘开度下，通过所述窗户外侧固定光色检测模块获取室外光强，同时通过室内光色检测模块获取其对应的各光照测试点的照度值，在光强映射表中记录所述室外光强及各光照测试点的照度值；

而在缺少窗帘开度检测单元时，所述窗帘开度通过以下处理获取：

离线状态时，在不同窗帘开度下，通过所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强，并用一个窗内外光强度映射表记录相应的窗户内光强、窗户外光强及窗帘开度，

在线状态时，基于所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强，并通过查找所述窗内外光强度映射表获取所述窗帘开度。

作为优选，所述窗帘采用卷帘，所述窗帘旋转模块为旋转轴，所述窗帘开度传感器为编码器。

作为优选，所述窗帘采用百叶片，所述窗帘旋转模块为旋杆，所述窗帘开度传感器为角度传感器。

本发明的技术解决方案还提供一种基于混合照明的开放式办公室照明控制方法，包括以下步骤：

S1、初始化，在控制单元中建立调光照明分布模型、光色评分模型、用户注册表，

在办公室内设置的可调光灯组包括均采用LED灯的多个可调光顶灯、对应于办公室用户个数的可调光台灯，每个所述LED灯具有至少一个色温、亮度可调的LED串，

所述调光照明分布模型包括可调光灯组的调光照明分布表、窗外光强到办公室内m个光照测试点照度的光强映射表，其中，调光照明分布表为可调光灯组所有n路LED串驱动电流值到办公室各光照测试点处色温值、照度值的对应关系，所述测试点分布在办公位及过道并通过光色传感单元进行检测，

所述光色评分模型包括光色评分函数、及每个办公室用户的光色评分表，其中，光色评分表的每条记录中，包括办公时间段、色温、照度、评分值，光色评分函数包括过道照度均匀度评分函数、各列过道间照度梯度评分函数、及过道照度评分函数，

所述用户注册表包括用户识别号、用户身份识别特征、办公位置号；

S2、无自然光环境下，通过控制单元的调光模块和输出模块以步进改变的方式向可调光顶灯、可调光台灯的各LED串发出调光信号，对调光变化后的各照明环境采集信号样本，提取调光信号中n路LED串驱动电流值，采集并处理获取各测试点处的色温、照度值，并将所述电流、色温、照度值记录和保存在调光照明分布表中，

同时，在不同照明条件下，由办公室用户对照明条件进行评分，记录在所述用户的光色评分表中，

纯自然光环境中，在各窗帘开度下，分别通过光色传感单元中的窗户外侧的固定光色检测模块、及室内光色检测模块获取室外光强及室内各光照测试点的照度值，记录在光强映射表中；

S3、设所述可调光灯组包括可调光顶灯的p路、可调光台灯的q路共n路LED串，确定多目标优化算法中将各LED串的驱动电流参数进行编解码的策略，并确定其各自取值区间，确定优化计算中种群规模、交叉概率、变异概率等参数；

S4、在线控制状态下，当预设条件满足时，采用多目标优化算法对各LED串的电流参数进行寻优，

首先，基于窗帘开度及窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获取当前自然光的光色参数，并获取当前时间，通过位置识别单元检测当前在位用户；

接着，进行优化处理，第一阶段，令当前待寻优参数集为可调光顶灯的p路LED串驱动电流组合，同时，设定可调光台灯的q路LED串驱动电流为零值，

S5、随机产生初始种群；

S6、针对搜索空间内进化群体中的各个体，解码得到各路LED串驱动电流参数，并与另一种可调光灯各LED串驱动电流的已有设定值一起组合为n路LED串驱动电流参数集，

根据所述组合后的电流参数集，通过多维插值查找调光照明分布表获得对应人工光在各测试点的色温、照度值等光色参数，然后，基于所述调光照明分布模型、光色评分模型以及当前时间段，根据所述人工光及当前自然光混光照明的总光照，分别计算各个体的各因素评分值，并对所述多个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值f，

其中，对于第一阶段寻优，在所述过道照度评分函数中，针对所有用户不在位、且与在位用户共享同一过道的办公位，将所述办公位相邻的过道上的第一类过道光照测试点的期望照度区间即评分最高的照度区间设置为办公室桌面推荐照度的1/3至1/2，根据第一类过道光照测试点的照度值，基于过道照度评分函数计算所述个体对应的用户总评分值f₁；然后，根据可调光顶灯的耗电功率计算节能评分值f₂，还通过计算获得与窗户平行的各列过道测试点的照度均匀度、及各列过道间照度梯度值，进而分别根据所设定的评分函数计算照度均匀度评分值f₃、照度梯度评分值f₄，

对于第二阶段寻优，针对办公室所有在位用户，查找所有对应有在位用户测试点所对应用户的光色评分表得到各在位用户的独立评分，将所述独立评分求和获得所述个体对应的用户总评分值f₁；然后，根据可调光台灯的耗电功率计算节能评分值f₂；

S7、基于所述总评分值，进行交叉遗传和变异操作，更新进化群体；

S8、转至步骤S6，反复迭代，直至搜索结束后，输出最优解，若第二阶段寻优完成，则转S10；

S9、第二阶段，令当前待寻优参数集为可调光台灯的q路LED串驱动电流，同时，设定可调光顶灯的p路LED串驱动电流为已搜索到的最优解，转步骤S5；

S10、照明优化处理模块经输出模块将寻优结果传送给各对应LED串的驱动器，由驱动器通过改变LED串的驱动电流来进行调光。

作为优选，所述步骤S6中所述总光照的计算处理过程为：

首先，针对所述个体的n路驱动电流参数值，查找调光照明分布表获取其对应组合单独发光时m个测试点各点的第一色温值、第一照度值；通过窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获得当前自然光的第二色温值，同时基于窗帘开度，通过查找光强映射表获取对应于各测试点位置上当前自然光的第二照度值；接着，基于色温到色坐标的转换关系式，将所述第一、第二色温值转换为第一、第二xyz色坐标，同时基于所预设的照度到亮度转换比例，将所述第一、第二照度值转换为第一、第二亮度；并将所述第一xyz色坐标、第一亮度转换为第一XYZ三刺激值，将所述第二xyz色坐标、第二亮度转换为第二XYZ三刺激值，将第一、第二XYZ三刺激值种的X、Y、Z三刺激值分别相加后获得总XYZ三刺激值；将总XYZ三刺激值转换为总xyz色坐标，并进一步转换为总色温，同时，将第一、第二照度相加得到总照度；最后，根据所述总照度、总色温值计算所述个体的各因素评分值。

作为优选，所述过道照度评分函数为，

其中，e为当前照度，be、ce为根据统计所获得的、覆盖了设定比例人数的理想过道期望照度区间的下限值与上限值，ae、de则分别为另两个预设下限值与上限值；

所述照度均匀度评分函数为，

其中，U为当前照度均匀度，bU是按标准所设定的参考值，aU是一个预设的下限值；

所述照度梯度评分函数为，

其中，d为当前照度梯度，D是所设定的参考值，σ是一个预设的宽度值。

作为优选，所述步骤S2还包括：

离线状态下，所述控制单元通过用户接口单元及用户身份识别单元，接受办公室用户的注册，并将用户注册表保存在存储模块中，

并且，控制单元还通过网络连接将存储模块内的数据上传到外部云服务器上，当用户更换办公室后，通过用户身份识别单元将其光色评分表自动读入到新办公室控制单元的存储模块中。

作为优选，所述多目标优化算法处理过程中，如果当前时间属于上午7点至下午6点范围内，还要根据待评分光色参数与当前日光色的相似度，对所述各在位用户的独立评分值进行调整：

f₁₀′＝f₁₀·(1+η)，

η＝α·sim(K，Know)+(1-α)·sim(L，Lnow)，

其中，α为设定系数，K、L分别为待评分总光照的色温值、照度与预设的最大照度的比值这两个值，Know、Lnow分别为当前日光的色温和相对亮度，所述相对亮度为当前日光亮度与正午日光亮度的比值，相似度函数sim(，)采用以第二个参数为中心的正态分布函数或三角形分布函数且其分布的幅度根据第一个参数的取值范围进行设定，η为调整系数，f₁₀和f₁₀′分别为调整前后的评分值。

作为优选，所述位置识别单元用来检测用户是否在办公桌位置并对用户进行连续检测并通过累积得到用户的连续工作时间，所述控制单元还被配置为：

在多目标优化处理过程中，对办公室各用户，根据光色评分表对不同光色参数条件进行光色评分值计算后，再根据连续工作时间长度t和色温值K，对所述各在位用户的独立评分值进行调整：

f₁₀′＝f₁₀·η，

其中，t的单位为分钟，K为待评分的光的色温，K_S为设定的中间色温值，η为调整系数，f₁₀和f₁₀′分别为调整前后的评分值。

作为优选，所述步骤S2包括：纯自然光环境中，基于窗帘开度检测单元获取所述窗帘开度，

所述步骤S4包括：通过窗户外侧的固定光色检测模块对自然光强进行检测，在光强变化超过设定阈值时才再次优化，所述阈值在3～15％之间取值，并且阴天对应的阈值比晴朗天气的阈值小。

作为优选，在办公室的天花顶上近似均匀分布地间隔设置若干光照测试点，并在调光照明分布表中扩充相应的字段，离线状态下，所述天花顶上的光照测试点与对应办公位、过道的测试点一起，在可调光灯组的各种驱动电流组合下，各测试点的光照参数被记录在调光照明分布表中，

第二阶段优化中，所述用户总评分值f1还要乘以照度系数η₁、及色温照度相关系数η₂，

其中，E为覆盖了设定比例当前在位用户数的办公室区域天花顶中心的照度，W为对应的色温，aE为根据统计所获得的、覆盖了评分为满意的设定比例人数的、照度值的区间的上限值，EW1、EW2为对应于当前色温W的两个照度限值函数，且

EW1＝972.2/[1+(W/5413.8)-3.7]-4.2，

EW2＝0.0565·e^0.003W，

EW0、EW3则分别为另两个预设下限值与上限值。

作为优选，所述可调光顶灯包括高色温、低色温两种LED串且每串LED各对应一个驱动电流通道，所述调光照明分布表为一个双通道电流值(i1，i2)组合至各测试点色温、照度值的映射表，

在所述多目标优化算法的处理过程中，对于进化群体中的各个体所对应的双通道电流值 (i01，i02)组合，通过在所述映射表中进行插值查找来获取各测试点色温、照度值；

所述顶灯通过驱动器调节其内部各LED串的驱动电流值，且所述多目标优化算法的寻优结果为LED串驱动电流的PWM波占空比数值。

作为优选，按时间段对各预设参数进行调整，并在所述时间段用多目标优化算法进行参数寻优时，根据所调整的预设参数进行各因素评分值计算。

作为优选，所述时间段包括白天、晚上、周末、午饭、上班开始、接近下班、茶歇等。

作为优选，按场景模式对各预设参数进行调整，在用户接口单元上进行所述场景的切换，并在所述场景模式下用多目标优化算法进行参数寻优时，根据所调整的预设参数进行各因素评分值计算。

作为优选，所述用户接口单元包括控制面板或遥控器。

作为优选，所述场景模式包括上班、下班、暂歇、加班、清扫、安全、讨论等。

采用本发明方案，与现有技术相比，具有以下优点：本发明针对开放式办公室人员多、光照需求多样化的特点，通过建立办公室内可调光灯组内发光LED串的调光照明分布表、每个用户对不同时间段办公桌面各种色温照度组合进行评价的光色评分表，对灯组内LED串驱动电流的各种组合进行评价，从而通过多目标优化算法，在变化的自然光条件下，分两阶段分别对可调光顶灯、可调光台灯搜索出综合考虑所有在位用户评分、功耗、过道整体照度分布等指标的驱动电流优化组合，实现办公室的动态、按需优化照明。并且，本发明还能根据办公持续时长和日光变化对灯组的出光进行动态调整，为办公室营造了自然、舒适的光照环境。

应当理解的是，前述概念以及下文中更详细地讨论的附加概念的所有组合(倘若这样的概念并非相互不一致)都可以被设想为本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开方案的要求保护的主题的所有组合都可以被设想为本文公开的发明主题的一部分。

附图说明

图1为基于混合照明的开放式办公室照明控制方法工作流程图；

图2为基于混合照明的开放式办公室照明***的组成结构图；

图3为控制单元的组成框图；

图4为基于混合照明的开放式办公室照明参数变换示意图；

图5a为基于混合照明的开放式办公室环境示意图；

图5b为基于混合照明的开放式办公室内灯组及检测点分布示意图；

图6为光色检测模块结构示意图；

图7a、7b为窗口照度检测模块结构示意图；

图8a为卷帘开度检测示意图；图8b为百叶窗开度检测示意图；

图9a为照度系数函数示意图；图9b为照度均匀度评分函数示意图；图9c为照度梯度评分函数示意图；图9d为色温照度相关系数函数示意图；图9e为色温照度关联函数示意图；图9f为照度评分函数示意图；

图10为开放式办公室照明优化流程图。

其中：

100基于混合照明的开放式办公室照明控制方法，110光色传感单元，120位置识别单元，130用户身份识别单元，140用户接口单元，150控制单元，160服务器，170可调光顶灯，180可调光台灯，190窗帘开度检测单元，

111、112固定光色检测模块，113移动光色检测模块，

121人体检测模块，

151输入模块，152光色处理模块，153照明优化处理模块，154调光模块，155存储模块，156输出模块，

171、181驱动器，172/182 LED串，

11窗户，12窗帘，13门，14办公桌，15座椅，16隔板，17过道，

21固定座，22支柱，23连接件，24光色传感器，25取光球，26小孔，27防尘罩，28转轴，

31底座，32第一转轴，33连杆，34第二转轴，35光色传感器，36取光直筒，

41卷帘，42卷帘轴，43编码器，44百叶片，45直筒，46角度传感器，47旋杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

实施例1

结合图1、图2所示，本发明基于混合照明的开放式办公室照明控制方法，包括以下步骤：

S1、初始化，在控制单元中建立调光照明分布模型、光色评分模型、用户注册表，

在办公室内设置的可调光灯组包括均采用LED灯的多个可调光顶灯、对应于办公室用户个数的可调光台灯，每个所述LED灯具有至少一个色温、亮度可调的LED串，

所述调光照明分布模型包括可调光灯组的调光照明分布表、窗外光强到办公室内m个光照测试点照度的光强映射表，其中，调光照明分布表为可调光灯组所有n路LED串驱动电流值到办公室各光照测试点处色温值、照度值的对应关系，所述测试点分布在办公位及过道并通过光色传感单元进行检测，

所述光色评分模型包括光色评分函数、及每个办公室用户的光色评分表，其中，光色评分表的每条记录中，包括办公时间段、色温、照度、评分值，光色评分函数包括过道照度均匀度评分函数、各列过道间照度梯度评分函数、及过道照度评分函数，

所述用户注册表包括用户识别号、用户身份识别特征、办公位置号；

S2、无自然光环境下，通过控制单元的调光模块和输出模块以步进改变的方式向可调光顶灯、可调光台灯的各LED串发出调光信号，对调光变化后的各照明环境采集信号样本，提取调光信号中n路LED串驱动电流值，采集并处理获取各测试点处的色温、照度值，并将所述电流、色温、照度值记录和保存在调光照明分布表中，

同时，在不同照明条件下，由办公室用户对照明条件进行评分，记录在所述用户的光色评分表中，

纯自然光环境中，在各窗帘开度下，分别通过光色传感单元中的窗户外侧的固定光色检测模块、及室内光色检测模块获取室外光强及室内各光照测试点的照度值，记录在光强映射表中；

S3、设所述可调光灯组包括可调光顶灯的p路、可调光台灯的q路共n路LED串，确定多目标优化算法中将各LED串的驱动电流参数进行编解码的策略，并确定其各自取值区间，确定优化计算中种群规模、交叉概率、变异概率等参数；

S4、在线控制状态下，当预设条件满足时，采用多目标优化算法对各LED串的电流参数进行寻优，

首先，基于窗帘开度及窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获取当前自然光的光色参数，并获取当前时间，通过位置识别单元检测当前在位用户；

接着，进行优化处理，第一阶段，令当前待寻优参数集为可调光顶灯的p路LED串驱动电流组合，同时，设定可调光台灯的q路LED串驱动电流为零值，

S5、随机产生初始种群；

S6、针对搜索空间内进化群体中的各个体，解码得到各路LED串驱动电流参数，并与另一种可调光灯各LED串驱动电流的已有设定值一起组合为n路LED串驱动电流参数集，

根据所述组合后的电流参数集，通过多维插值查找调光照明分布表获得对应人工光在各测试点的色温、照度值等光色参数，然后，基于所述调光照明分布模型、光色评分模型以及当前时间段，根据所述人工光及当前自然光混光照明的总光照，分别计算各个体的各因素评分值，并对所述多个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值f，

其中，对于第一阶段寻优，在所述过道照度评分函数中，针对所有用户不在位、且与在位用户共享同一过道的办公位，将所述办公位相邻的过道上的第一类过道光照测试点的期望照度区间即评分最高的照度区间设置为办公室桌面推荐照度的1/3至1/2，根据第一类过道光照测试点的照度值，基于过道照度评分函数计算所述个体对应的用户总评分值f₁；然后，根据可调光顶灯的耗电功率计算节能评分值f₂，还通过计算获得与窗户平行的各列过道测试点的照度均匀度、及各列过道间照度梯度值，进而分别根据所设定的评分函数计算照度均匀度评分值f₃、照度梯度评分值f₄，

对于第二阶段寻优，针对办公室所有在位用户，查找所有对应有在位用户测试点所对应用户的光色评分表得到各在位用户的独立评分，将所述独立评分求和获得所述个体对应的用户总评分值f₁；然后，根据可调光台灯的耗电功率计算节能评分值f₂；

S7、基于所述总评分值，进行交叉遗传和变异操作，更新进化群体；

S8、转至步骤S6，反复迭代，直至搜索结束后，输出最优解，若第二阶段寻优完成，则转S10；

S9、第二阶段，令当前待寻优参数集为可调光台灯的q路LED串驱动电流，同时，设定可调光顶灯的p路LED串驱动电流为已搜索到的最优解，转步骤S5；

S10、照明优化处理模块经输出模块将寻优结果传送给各对应LED串的驱动器，由驱动器通过改变LED串的驱动电流来进行调光。

如图2、图3所示，采用本发明中方法的基于混合照明的开放式办公室照明***100，其包括用户接口单元140、光色传感单元110、位置识别单元120、用户身份识别单元130、可调光灯组和服务器160，以及与以上单元均相连的控制单元150。控制单元150又包括输入模块151、光色处理模块152、照明优化处理模块153、调光模块154、输出模块156和存储模块155。

由于开放式办公室纵深很大，结构复杂，对于设计等需要较高照度的工作，仅用全局照明的顶灯无法满足工作需要，因此，在很多包括设计工作的办公室中，经常采用全局照明和局部照明相结合的混合照明方式。本发明采用的照明灯组由安装在办公室天花顶的可调光顶灯，以及固定在各办公席位上的可调光台灯组成。可调光灯组采用多个可调光顶灯170、以及对应于办公室用户个数的可调光台灯180，可调光顶灯和可调光台灯均采用LED灯。每个可调光顶灯170包括驱动器171及LED串172，每个可调光台灯180包括驱动器181及LED 串182；其中，LED串具有在色温、颜色之中至少一种光性质可调且亮度可调的特性。

用户身份识别单元130对用户进行身份识别，以进行针对独特个体的数据采集和操作。作为优选，用户身份识别单元130可以采用以下其中一种或几种识别方式：指纹识别、虹膜识别、语音识别、人脸识别或射频卡识别。

用户接口单元140包括总开关、显示屏和操作面板，用来键入参数和发起操作，可以放在办公室的管理位置上。位置识别单元120采用人体检测模块，用来检测开放式办公室用户的在位信息，判断当前时刻办公位上是否有办公室用户或员工。

作为优选，用户身份识别单元130与用户接口单元140设置在同一个操作终端上。当用户被分配到当前办公室时，通过用户接口单元140及用户身份识别单元130，接受办公室用户的注册，并将用户注册表保存在控制单元的存储模块155中，所述用户注册表包括用户识别号、用户身份识别特征、办公位置号。所述用户注册表与当前办公室编号关联。

对每一个经注册的办公室用户，通过用户接口单元140，输入一个光色评分表并将其保存在存储模块中，所述光色评分表的每条记录中，包括办公时间段、色温、照度、评分值。

作为优选，在每个办公位上设置一个包括于用户身份识别单元130的用户身份识别模块，当一个办公位上的用户变动时，通过用户身份识别模块进行检测，并将检测信号发送给控制单元，更新用户注册表数据。

作为优选，控制单元150还通过网络连接将存储模块内的数据上传到外部云服务器上，当用户更换办公室后，通过用户身份识别单元将其光色评分表自动读入到新办公室控制单元的存储模块中。

结合图3所示，光色处理模块152包括照度检测器和色温检测器，基于从输入模块151 输入的色温与照度信号，光色处理模块152中的色温检测器处理后得到办公室各测试点的色温值，而照度检测器则处理获得照度值、并进而求得与窗户平行的各列过道测试点的照度均匀度、及各列过道间照度梯度值。结合图5a所示，在与窗户11平行的各列过道17中，设置多个光照测试点，分别计算每条过道17的照度均匀度值和照度均值；基于所述照度均值，进一步计算从窗口往内侧各列过道间照度梯度值。

结合图2、图5a、图5b所示，在开放式办公室中，沿窗户11平行线分布有多列办公席位，办公席位两两相邻且通过隔板16被分割为隔间，每个席位隔间有办公桌14和座椅15，在办公席位列之间有过道17，过道17与窗户基本平行且从窗口往内侧有多个过道。在窗户内侧设有窗帘12来遮挡阳光，窗帘12的开度通过自动控制模块或手动进行调节。在办公室的一侧设有多个门13。

开放式办公室以可调光灯组作为照明光源，可调光灯组包括多个安装在天花顶上近似按行列分布的可调光顶灯170，以及在每个办公桌上的可调光台灯180，其中，可调光顶灯170 提供全局基础照明，而可调光台灯180提供局部补充照明，它们一起提供办公室的混合人工照明。对应于每个办公位，设置有一个包含于位置识别单元120的人体检测模块121，人体检测模块121可采用红外、微波等人体传感器，对每个办公位的人员进行检测，从而获取办公室的所有在位人员数据。为了对每个办公位、过道等处设置的测试点进行照度、色温等光色参数检测，光色传感单元110中设置有分别位于窗户内、外侧的固定光色检测模块112、111、以及对应于办公位的室内光色检测模块。室内光色检测模块可以设置在办公桌桌面，或者通过支架悬挂在天花板上。结合图6所示，当悬挂设置时，室内光色检测模块采用移动光色检测模块113。

如图6所示，移动光色检测模块包括光色传感器35，所述光色传感器35容纳于圆柱筒形取光直筒36内，而取光直筒36又依次通过第二转轴34、连杆33、第一转轴32连接于底座31上，底座31通过螺钉固定于天花板。第一转轴32、第二转轴34分别在两个正交的横滚方向、俯仰方向上旋转移动。

光色传感器35可采用含多颜色通道的硅光电池作为传感器，对目标办公桌面的反射光信号进行检测，控制单元的光色处理模块还通过实验来进行反射光强大小与目标办公桌面照度大小的标定并根据标定关系在线进行办公桌面测试点光色参数的检测。

底座31中有电路板，负责采集处理光色传感信号并输出给控制单元。作为优选，可以从每个办公位隔间的立面板上设置光照检测采样点，并在离线状态下对立面照度与办公桌桌面照度进行标定，从而在线时可将立面照度转换为办公桌的水平照度即桌面照度。由于立面很少有灰尘积累，可以较长时间才对光色传感器重复校正。

由于移动光色检测模块可通过两个转轴的旋转实现二维平面内多个点的对准，因此，一个移动光色检测模块可以对其周围的多个办公位进行光照检测。在办公室的每个办公位上设置一个光照测试点，控制单元通过控制移动光色检测模块中的第一转轴、第二转轴旋转，使其取光直筒依次对准预设的所述光照测试点，并基于光色传感器的传感信号，光色处理模块进行处理，以获取各办公位光照测试点的色温与照度值。通过示教，可以多次改变第一转轴、第二转轴旋转角度，使得取光直筒依次对准预设的各光照测试点，同时记录每个光照测试点对应的第一转轴、第二转轴旋转角度，在线检测时，查找所述记录，控制两个转轴旋转到相应角度，可以实时获取各办公位的光色参数。

由于每个办公席位的小隔间相对独立，一般而言，每个可调光台灯对其他办公位没有显著影响，其照明范围主要集中在其所在的办公位上。但由于隔间环境物体的反射，台灯的出光还能通过多次反射影响到办公室的天花顶。

可调光灯组发出光，通过直射和反复反射，会在办公室天花顶上形成综合照明。作为优选，为了获取办公室的整体照明效果，在办公室的天花顶上也近似均匀分布地间隔设置若干光照测试点，并通过对移动光色检测模块示教来获取这些测试点对应的转轴旋转角度，同时，在调光照明分布表中扩充相应的字段。对天花顶上测试点进行检测时，可以根据示教所记录的旋转角度来控制移动光色检测模块，以使得传感器对准所述测试点。离线状态下，这些天花顶上的光照测试点与对应办公位、过道的测试点一起，在可调光灯组的各种驱动电流组合下，各测试点的光照参数被记录在调光照明分布表中。

如图5b所示，固定光色检测模块112、111分别固定在于窗户内、外侧的窗台顶部，分别获取窗户内、外侧的光照强度及光色色温。

如图7a、图7b所示，固定光色检测模块包括光色传感器24，其中，光色传感器24容纳于内侧有反光涂层的球冠状取光球25中，取光球25通过支柱22连接在固定座21上，固定座21通过螺钉固定在窗台顶部。

在倒置的取光球25的顶部有几个采光用的小孔26，临近取光球与支柱间的接点处，还设有一个连接在支柱22上的连接件23，连接件23的外侧端部设有一个用于旋转防尘罩27 的转轴28。在图7a中，固定光色检测模块可以进行检测，其中防尘罩27处于打开的状态；而在图7b中，对应于不需要检测的状态，此时所述防尘罩27闭合，并贴合于取光球25的外壁。

窗户内侧的固定光色检测模块112，接收从室内靠近窗户地面处的反射光线，光线经小孔进入采光球后经过多次反射匀光，照射在光色传感器24上，此时，将所采样的光信号传送给控制单元的光色处理模块后，获得窗户内侧的地面光强。窗户外侧的固定光色检测模块111，则接收从外侧窗台处的反射光线，传感信号经处理后，获得外侧窗台的光强、以及自然光的色温。

结合图2及图8a、图8b所示，在照明***中还设有一个与控制单元相连的窗帘开度检测单元190，基于所述窗帘开度检测单元的传感信号，控制单元处理获取窗帘开度。其中，窗帘开度检测单元包括一个与窗帘旋转模块联动的窗帘开度传感器。

如图8a所示，作为优选，窗帘采用卷帘41，窗帘旋转模块为旋转轴42，所述窗帘开度传感器为编码器43。如图8b所示，作为优选，窗帘采用百叶片44，窗帘旋转模块为固定在固定座直筒45上的旋杆47，所述窗帘开度传感器为角度传感器46。

上述卷帘轴、旋杆通过自动控制模块或手动进行操作，使得它们转动，从而调节窗帘的开度，使得从窗户进入的强烈直射光被遮挡或减弱，从而在防止室外眩光的同时还能获得适量的自然光。

结合图5b、图7a所示，作为优选，窗帘开度还可以基于分别位于窗户内、外侧的固定光色检测模块112、111来获取：

建立一个窗内外光强度映射表，离线状态时，在不同窗帘开度下，通过所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强，并用窗内外光强度映射表的一行记录相对应的窗户内光强、窗户外光强及窗帘开度。

在线状态时，基于所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强In₀、 Iw₀，并基于窗内外光强度映射表通过查找和插值获取所述窗帘开度ck₀。先找到窗内外光强度映射表中P(In₀，Iw_o)周围的四个点：A(In₁，Iw₁)，B(In₂，Iw₁)，C(In₁，Iw₂)及D (In₂，Iw₂)，其中In₁≤In₀≤In₂，Iw₁≤Iw₀≤Iw₂，窗帘开度ck0用距离做加权值进行插值，

其中，d₁代表P到四个点距离中的最短距离，d₂为第二短的点，依次类推，d_T为四个距离之和；ck₁为距离最短点的窗帘开度值；与待查找的P点最近的四个点依据距离长短不同被分别加上不同权重，距离最短权重最重。

结合图5b、图6、图7a所示，在不开启办公室灯组的纯自然光环境中，基于窗帘开度检测，离线状态下，改变窗帘开度，在各窗帘开度下，通过窗户外侧固定光色检测模块获取室外光强，同时通过室内光色检测模块获取其对应的各光照测试点的照度值，在光强映射表中记录对应的室外光强、及各光照测试点的照度值。从而，在线控制时，基于窗户外侧固定光色检测模块的检测信号，可以获得当前自然光室外光强，通过对光强映射表的查找与插值则可以获取自然光在各光照测试点的第二照度值；同时，还可以获得自然光对应在各光照测试点的第二色温值。所述第二照度值、第二色温值对应的自然光，与可调光灯组在各光照测试点形成的第一照度值、第一色温值所对应的人工光，两种光混合后照射在办公室各办公位。

办公室主要是白天办公，有时晚上也要加班。办公室的照明要面向白天自然光的补光照明，以及夜间照明。白天，自然光从窗户11入射，在经过窗帘12的遮挡后进入到室内。一般而言，在天气晴朗时，窗口侧区域的照度明显比靠门一侧要强。对于进深比较大的办公室，如果不控制好照度的分布，很容易造成窗口侧亮度远大于内侧亮度的问题，在这种空间中，员工容易受到空间压抑的情绪影响。为避免这种现象，应尽量让办公室空间的照度分布均匀、减小照度的梯度变化。

为此，在对办公室的照度进行优化控制时，在对照度分布进行优化的过程中，补充了一个照度梯度的评分指标。由于办公位上每个用户的光色评分偏好是有区别的，而过道上测试点还能对应办公室整体照明效果，因此，所述照度梯度为沿窗户平行线各列过道的照度梯度值，即将与窗户平行各列过道上的测试点求取其照度均值；之后，从窗口相邻一列往内侧，逐列将本列的照度均值与前一列过道的照度均值进行差分。

对于过道这种作业面邻近区域，如果在优化照明中简单地将办公人员不在位的办公位的目标照度设置得太低甚至关闭对应的照明灯，则过道上很容易形成亮一段暗一段的光斑，这对其他办公人员的作业非常不利，将大大降低他们的照明舒适感。为此，在照明优化目标中，还包括了过道的照度均匀度。一般来说，作业面邻近区域周围的照度均匀度不应小于0.5。

对于办公室的用户，为了良好的视觉性能和舒适性，通常直接观看的任何表面的亮度不应大于作业面亮度的5倍。且无论其在房间中的位置，应没有大的区域的亮度小于作业面亮度的1/3。根据视觉舒适性要求及过道照明特点，定义了类似平顶山坡形的过道照度评分函数并将其保存在存储模块中。

结合图2、图3、图4所示，无自然光环境下，调光模块154通过改变办公室内由可调光顶灯170等组成的可调光灯组内的各LED串的驱动电流值，并记录其对应的各LED串组合发光照明时各照明测试点的色温值、照度值，来获得各LED串的调光照明分布表；将所述调光照明分布表保存在存储模块中。基于调光照明分布表、各在位的办公用户的光色评分表，就可以对可调光灯组中各LED串不同取值组合对应的照明效果进行用户评分值计算。

由此，基于所述调光照明分布表、光色评分表和当前时间，照明优化处理模块153通过多目标优化算法，在可调光灯组各LED串驱动电流值的可取值空间范围内，对其进行寻优，并将寻优结果经调光模块和输出模块传送给对应LED串的驱动器，执行调光控制。其中，寻优过程分为两个阶段：

第一阶段，基于过道照度评分函数，针对所有用户不在位、且与在位用户共享同一过道的办公位，定义与这些办公位相邻的过道上的光照测试点称为第一类过道光照测试点，将第一类过道光照测试点的期望照度区间即评分最高的照度区间设置为办公室桌面推荐照度的 1/3至1/2，基于所述第一类过道光照测试点的照度、可调光顶灯的功耗、所有过道的照度均匀度、各列过道间照度梯度等4个评分指标，对可调光顶灯各LED串驱动电流组合进行寻优，其中，寻优过程中对各LED串驱动电流组合的评分基于所述驱动电流组合对应出光及当前自然光混光照明的总光照；

第二阶段，针对办公室所有在位用户，扣除已寻优可调光顶灯出光和自然光后，基于所有在位用户的用户总评分、可调光台灯的功耗等2个评分指标，对各可调光台灯的LED串驱动电流组合进行寻优。

作为优选，所述第一类过道光照测试点的期望照度区间设定为150～250Lx。

离线状态下，调光模块154通过输出模块156向可调光灯组输出调光指令，在指令中调光参数集包括各LED串的驱动电流值。作为优选，可调光灯组包括可调光顶灯的p路、可调光台灯的q路共n路LED串。

结合图4、图5b所示，这些LED串发光后，在办公室的光照被分布在办公位、过道的共m个测试点的采样所表征，传感信号经光色处理模块152处理后获得各测试点处的色温、照度值。

控制单元通过调光模块和输出模块以步进改变的方式向可调光灯组发出调光信号，对变化后的光环境进行检测并获取所述测试点处的色温、照度值，不断重复直至所记录的样本覆盖各LED串驱动电流的取值区间。

在调光照明分布表中，每条记录都包括可调光灯组的n路LED串驱动电流值，以及其对应的经光色处理模块对光色传感单元采样的m个光照测试点传感信号处理后所获取的色温、照度值，

作为优选，所述调光照明分布表还可以用一个BP神经网络表示，以实现对各种驱动电流组合对应光色的估测。在调光模块中的BP神经网络，分别从输入模块接收m个光照测试点的传感信号处理后所获取的色温与照度值、以及对应于所述色温与照度值的发送给可调光灯组的n路LED串驱动电流参数。在调光模块以步进改变的方式向可调光灯组发出调光信号或其他调光操作时，采集不同光环境下神经网络的输入输出量组合成的训练样本集；并用所述训练样本集离线训练所述神经网络，调整神经网络的连接权值。

在多目标优化处理过程中，将待评价的n路LED串驱动电流值组合传送给经训练的BP 神经网络，由其将所述电流值组合映射为各测试点的色温、照度值并输出。

作为优选，所述BP神经网络的模型为：

隐含层第j个节点输出为

输出层第p个节点输出为

其中，f()函数取为sigmoid函数，w_ij和v_jp分别为输入层到隐含层的连接权值和隐含层到输出层的连接权值，a_j和b_p分别为隐含层和输出层阈值，p＝1，2，...，2m，k为隐含层节点数，采用梯度下降法进行网络训练。

基于调光照明分布表，控制单元被配置为进行如下处理：

在所述多目标优化算法的第一阶段中，首先，进行初始化，确定n路LED串驱动电流参数进行编码的策略，并确定其各自取值区间；其次，令可调光台灯的q路LED串驱动电流为零值，针对可调光顶灯搜索空间内进化群体中的各个体，基于其p路驱动电流参数值，查找调光照明分布表获取其对应人工光在各测试点的色温、照度值，计算所述人工光与当前自然光混合照明的总光照对应在第一类过道各光照测试点的色温、照度值，根据所计算出的所述第一类过道光照测试点的照度值，基于过道照度评分函数计算所述个体对应的用户总评分值 f₁；然后，根据可调光顶灯的耗电功率计算节能评分值f₂，还通过计算获得与窗户平行的各列过道测试点的照度均匀度、及各列过道间照度梯度值，进而分别根据所设定的评分函数计算照度均匀度评分值f₃、照度梯度评分值f₄，对所述4个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值f＝k₁·f₁+k₂·f₂+k₃·f₃+k₄·f₄，其中k_i(i＝1，2，3，4)为预设的加权系数，并根据所述总体评分值进行遗传、交叉和变异操作，更新进化群体；之后，反复进化群体，直至寻优结束后，输出寻优结果。

其中，所述人工光与当前自然光混合照明的总光照的计算过程为：

首先，针对所述个体的p路驱动电流参数值、及q路可调光台灯零值LED串驱动电流共 n路驱动电流，查找调光照明分布表获取其对应组合单独发光时各光照测试点的第一色温值、第一照度值；通过窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获得当前自然光的第二色温值，同时基于窗帘开度，通过查找光强映射表获取对应于各测试点位置上当前自然光的第二照度值；接着，基于色温到色坐标的转换关系式，将所述第一、第二色温值转换为第一、第二xyz色坐标，同时基于所预设的照度到亮度转换比例，将所述第一、第二照度值转换为第一、第二亮度；并将所述第一xyz色坐标、第一亮度转换为第一XYZ三刺激值，将所述第二xyz色坐标、第二亮度转换为第二XYZ三刺激值，将第一、第二XYZ三刺激值种的X、Y、Z三刺激值分别相加后获得总XYZ三刺激值；将总XYZ三刺激值转换为总xyz色坐标，并进一步转换为总色温，同时，将第一、第二照度相加得到总照度；最后，根据所述总照度、总色温值以及计算出的照度梯度、照度均匀度值，计算所述个体的各因素评分值。

作为优选，所述照度到亮度转换比例按照光色传感单元所采用传感器特性确定。

在光色参数检测的基础上，根据办公室办公对照明的需求，定义了过道照度、照度均匀度、照度梯度的评分函数。

如图9f所示，作为优选，所述过道照度评分函数为，

其中，e为当前照度，be、ce为根据统计所获得的、覆盖了设定比例人数的理想过道期望照度区间的下限值与上限值，ae、de则分别为另两个预设下限值与上限值；其中，所述设定比例在0.85～0.95之间取值。

对于照度均匀度，如图9b所示，其评分函数为，

其中，U为办公室过道的当前照度均匀度，bU是按标准所设定的参考值，aU是一个预设的下限值；

照度均匀度取为办公室内过道测试点最小照度与平均照度的比值，根据一般标准，bU取值为0.5或更高，aU在0.35到0.45之间取值。

对于照度均匀梯度，如图9c所示，其评分函数为，

其中，d为当前照度梯度，D是所设定的参考值，σ是一个预设的宽度值。

作为优选，D在5～20勒克斯/米之间取值。

作为优选，D取值为15勒克斯/米。

优化算法的第二阶段中，所述已寻优可调光顶灯出光和自然光按如下过程进行扣除：

首先，针对所述个体的q路驱动电流参数值，及已寻优的p路可调光顶灯LED串驱动电流共n路驱动电流，

查找调光照明分布表获取其对应组合单独发光时所有对应有在位用户测试点各点的第一色温值、第一照度值；通过窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获得当前自然光的第二色温值，同时基于窗帘开度，通过查找光强映射表获取对应于各测试点位置上当前自然光的第二照度值；接着，基于色温到色坐标的转换关系式，将所述第一、第二色温值转换为第一、第二xyz色坐标，同时基于所预设的照度到亮度转换比例，将所述第一、第二照度值转换为第一、第二亮度；并将所述第一xyz色坐标、第一亮度转换为第一XYZ三刺激值，将所述第二xyz色坐标、第二亮度转换为第二XYZ三刺激值，将第一、第二XYZ三刺激值种的X、Y、Z 三刺激值分别相加后获得总XYZ三刺激值；将总XYZ三刺激值转换为总xyz色坐标，并进一步转换为总色温，同时，将第一、第二照度相加得到总照度；最后，根据所述总照度、总色温以及当前时间段，查找所有对应有在位用户测试点所对应用户的光色评分表得到各在位用户的独立评分，将所述独立评分求和获得所述个体对应的用户总评分值f₁；然后，根据耗电功率计算节能评分值f₂，对所述2个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值 f＝k₁·f₁+k₂·f₂，其中k_i(i＝1，2)为预设的加权系数，并根据所述总体评分值进行遗传、交叉和变异操作，更新进化群体；之后，反复进化群体，直至寻优结束后，输出寻优结果。

本***基于每个在位用户的办公桌面光色偏好进行用户评分的计算，体现了个性化光照需求；除了个性化需求，由于所有用户共享同一个办公空间，因此，还可以从办公室的总体亮度、及照度与色温的搭配上对待寻优参数对应的照明效果进行评分调整。结合图9a、图9d、图9e所示，作为优选，第二阶段优化中，对用户总评分值f₁，还要乘以照度系数η₁、及色温照度相关系数η₂，

f₁′＝f₁·η₁·η₂，

其中，f₁和f₁′分别为调整前后的用户总评分值，E为覆盖了设定比例当前在位用户数的办公室区域天花顶中心的照度，W为对应的色温，aE为根据统计所获得的、覆盖了评分为满意的设定比例人数的、照度值的区间的上限值，EW1、EW2为对应于当前色温W的两个照度限值函数，且

EW1＝972.2/[1+(W/5413.8)-3.7]-4.2，

EW2＝0.0565·e^0.003W，

EW0、EW3则分别为另两个分别与EW1、EW2联动的预设下限值与上限值。

作为优选，aE在500～800Lx之间取值。

作为优选，aE取值为650Lx。

作为优选，EW0取值为EW1的0.5倍，EW3在EW2的1.3～1.6倍之间取值。

作为优选，仅当办公室在位用户数相对总用户数占比超过一设定值时，才对用户总评分值f₁，乘以照度系数η₁；作为优选，所述占比的设定值为70％。

作为优选，天花顶中心基于各在位用户位置用重心法求得，并通过所求得中心点附近的设定个数光色测试点来计算天花顶中心的照度及色温。

作为优选，可以在中心点周围设置几个采样点，所述照度与色温取为几个采样点检测结果的中值。

对一个白天上班族而言，恒定不变的光线难以动态调节褪黑激素分泌，这种状态一直持续时可能打乱上班族的生理时钟。为此，本***采用动态调整评分指标的方法，使得优化出的照明环境能模拟日光光色的改变，使办公室人员生物节律保持协调状态。

作为优选，所述多目标优化算法处理过程中，如果当前时间属于上午7点至下午6点范围内，还要根据待评分光色参数与当前日光色的相似度，对所述各在位用户的独立评分值进行调整：

f₁₀′＝f₁₀·(1+η)，

η＝α·sim(K，Know)+(1-α)·sim(L，Lnow)，

其中，α为设定系数，K、L分别为待评分总光照的色温值、照度与预设的最大照度的比值这两个值，Know、Lnow分别为当前日光的色温和相对亮度，所述相对亮度为当前日光亮度与正午日光亮度的比值，相似度函数sim(，)采用以第二个参数为中心的正态分布函数或三角形分布函数且其分布的幅度根据第一个参数的取值范围进行设定，η为调整系数，f₁₀和f₁₀′分别为调整前后的评分值。

作为优选，所述Know、Lnow通过窗户外侧的固定光色检测模块对自然光进行检测后处理获得；作为优选，所述Know、Lnow根据从天气预报服务器160获得的天气预报来计算获取。

另外，实验表明，长时间的工作容易使人疲劳犯困，而高色温光线中蓝色分量高，有助于提高用户的警醒能力，使用户保持思想集中状态。为此，在光色评分中体现累积工作时间和色温因素。

通过对应办公位的人体检测模块来连续检测用户是否在办公位上，并通过累积得到用户的连续工作时间，相应地，控制单元还被配置为：

在多目标优化处理过程中，对办公室各用户，根据光色评分表对不同光色参数条件进行光色评分值计算后，再根据连续工作时间长度t和色温值K，对所述各在位用户的独立评分值进行调整：

f₁₀′＝f₁₀·η，

其中，t的单位为分钟，K为待评分的光的色温，K_S为设定的中间色温值，如可将K_S值取为4500K，η为调整系数，f₁₀和f₁₀′分别为调整前后的评分值。

作为优选，在利用本发明方案进行照明自动优化控制时，不同照明参数切换之间用步进方式过渡，切换以各LED串驱动电流在一设定时间渐变的方式完成。

作为优选，每次优化控制之间以设定的周期作为间隔。

作为优选，通过窗户外侧的固定光色检测模块对自然光强进行检测，在光强变化超过设定阈值时才再次优化；作为优选，所述阈值在3～15％之间取值，并且阴天对应的阈值比晴朗天气的阈值小。

作为优选，控制单元还可以从服务器160中获取日光光强预报数据，并根据日光光强的改变量来启动优化控制。

作为优选，当有新的在位用户时启动优化控制；作为优选，当一在位用户离开办公位超过一预设时长时，才重新进行优化控制。

作为优选，可调光灯组包括高色温、低色温两种LED串且每串LED各对应一个驱动电流通道，所述调光照明分布表为一个双通道电流值(i1，i2)组合至各测试点色温、照度值的映射表，

在所述多目标优化算法的处理过程中，对于进化群体中的各个体所对应的双通道电流值 (i01，i02)组合，通过在所述映射表中进行插值查找来获取各测试点色温、照度值；

所述灯组通过驱动器调节其内部各LED串的驱动电流值，且所述多目标优化算法的寻优结果为LED串驱动电流的PWM波占空比数值。

作为优选，按时间段对各预设参数进行调整，并在所述时间段用多目标优化算法进行参数寻优时，根据所调整的预设参数进行各因素评分值计算。

作为优选，所述时间段包括白天、晚上、周末、午饭、上班开始、接近下班、茶歇等。

作为优选，按场景模式对各预设参数进行调整，在用户接口单元上进行所述场景的切换，并在所述场景模式下用多目标优化算法进行参数寻优时，根据所调整的预设参数进行各因素评分值计算。

作为优选，所述场景模式包括上班、下班、暂歇、加班、清扫、安全、讨论等。

结合图1、图10所示，作为优选，所述多目标优化算法按如下步骤进行处理：

S1、建立办公室内可调光灯组的调光照明分布表、窗外光色检测模块到办公室内m个光照测试点照度的光强映射表，为各办公室用户建立光色评分表，针对过道光照要求建立光色评分函数，

针对可调光灯组的n路驱动电流值，建立总体评价函数F，

式中，k_i为设定的加权系数，f_i为各因素评价值，

S2、初始化进化种群规模、交叉概率、变异概率等参数，确定可调光灯组的各路驱动电流参数的取值区间和编码策略以及每代群体中被全局Pareto最优解替换的个数N_rp；

S3、令当前待寻优参数集为可调光顶灯的p路LED串驱动电流，并令可调光台灯的q路 LED串驱动电流为0；

S4、世代数k＝0，对当前待寻优驱动电流集合，随机产生初始种群P(0)；

S5、令k＝k+1；如果达到结束条件，转第S11，否则接下一步；

S6、将本代群体P(k-1)中所有个体解码得到各路驱动电流值，根据所有n路LED串电流值通过多维插值查找调光照明分布表获取其对应人工光在各测试点的色温、照度值，

若对可调光顶灯进行寻优，则：

计算所述人工光与当前自然光混合照明的总光照对应在第一类过道各光照测试点的色温、照度值，根据所计算出的所述第一类过道光照测试点的照度值，基于过道照度评分函数计算所述个体对应的用户总评分值f₁；然后，根据可调光顶灯的耗电功率计算节能评分值f₂，还通过计算获得总光照在与窗户平行的各列过道测试点的照度均匀度、及各列过道间照度梯度值，进而分别根据所设定的评分函数计算照度均匀度评分值f₃、照度梯度评分值f₄，对所述4个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值；

否则，若对可调光台灯进行寻优，则：

计算所述人工光与当前自然光混合照明的总光照对应在有在位用户的各光照测试点的总色温、总照度值，根据所述总照度、总色温以及当前时间段，查找所有对应有在位用户测试点所对应用户的光色评分表得到各在位用户的独立评分，将所述独立评分求和获得所述个体对应的用户总评分值f₁；然后，根据可调光台灯进耗电功率计算节能评分值f₂，对所述2个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值；

比较获得本代的Pareto最优解集PT_k，并更新全局Pareto最优解集PT_g；

S7、如果PT_k集的个体数N(PT_k)为奇数，随机选择一个个体加入到PT_k集，使之能相互配对，计算出本代群体中PT_k集外各个体的总体评价函数F值，并根据各个体的F值按轮盘赌法选择出其它(N(gp)-N(PT_k))/2对父体；得到的父代群体为P′(k)；

S8、对P′(k)中的个体进行交叉和变异操作，产生群体P″(k)；

S9、对于P″(k)中PT_k集的子代个体，如果其总体评价函数F值不能优于其父体，则用其父体回代，得到群体P″′(k)；

S10、将P″′(k)中非PT_k集子代的N_rp个个体随机地用全局Pareto最优解个体作替换，产生下一代群体P(k)；

S11、转步骤S5；

S12、搜索结束，基于最后得到的Pareto最优解集，选出总体评价函数F值最优的解，保存最优解；如果可调光台灯已寻优，则转S14，否则转下一步；

S13、第二阶段，令当前待寻优参数集为可调光台灯的q路LED串驱动电流，并令可调光顶灯的p路LED串驱动电流为已搜索到的最优解，转步骤S4；

S14、优化结束，将所获取的最优解组合输出。

以上，说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的方式，并没有限定发明的范围。这些实施方式可以通过其他的各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、组合、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或主旨，并同样地包含于权利要求书记载的发明及其等同的范围内。

Claims (4)

1.基于混合照明的开放式办公室照明***，其包括用户接口单元、光色传感单元、位置识别单元、用户身份识别单元、可调光灯组和服务器，以及与所述用户接口单元、光色传感单元、位置识别单元、用户身份识别单元、可调光灯组和服务器均相连的控制单元，

所述用户接口单元包括总开关、显示屏和操作面板，用来键入参数和发起操作，

所述光色传感单元包括两个分别位于窗户内、外侧的固定光色检测模块、以及对应于办公位及过道的室内光色检测模块，所述光色检测模块用来检测自然光的光强与色温、及各光照测试点的照度、色温光色参数，

所述位置识别单元用来检测开放式办公室用户的在位信息，

所述用户身份识别单元用来对开放式办公室用户进行身份识别，

所述可调光灯组包括多个可调光顶灯、以及对应于办公室用户个数的可调光台灯，所述顶灯及台灯均采用LED串作为光源、且各LED串都具有在色温、颜色之中至少一种光性质可调且亮度可调的特性，

所述控制单元又包括输入模块、光色处理模块、照明优化处理模块、调光模块、输出模块和存储模块，且控制单元被配置为：

输入模块从***的光色传感单元、位置识别单元分别获取开放式办公室多个光照测试点的色温与照度信号、每个办公位的人员在位信号，

基于各测试点的检测信号，光色处理模块计算获取办公室各预设区域的照度梯度值及照度均匀度值，

离线状态下，通过用户接口单元及用户身份识别单元，接受办公室用户的注册，并将用户注册表保存在存储模块中，所述用户注册表包括用户识别号、用户身份识别特征、办公位置号；纯自然光环境中，在不同窗帘开度下通过对所述窗户外侧固定光色检测模块、室内光色检测模块的传感信号标定，获取光强映射表并保存在存储模块中，

对每一个经注册的用户，通过用户接口单元，输入一个光色评分表并将其保存在存储模块中，所述光色评分表的每条记录中，包括办公时间段、色温、照度、评分值，

无自然光环境下，调光模块通过改变办公室内可调光顶灯、可调光台灯的各LED串的驱动电流值，并记录其对应的各LED串组合发光照明时各光照测试点的色温值、照度值，来获得各LED串的调光照明分布表，并将所述光色评分表保存在存储模块中，

根据过道照明特点，定义过道照度、照度均匀度及照度梯度的评分函数并将其保存在存储模块中，

在线控制时，处理模块基于窗帘开度及窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获取各测试点处当前自然光的光色参数，并根据当前时间、以及通过位置识别单元检测到的用户在位信息，基于所述调光照明分布表、各办公位用户的光色评分表，通过多目标优化算法，

第一阶段，基于过道照度评分函数，针对所有用户不在位、且与在位用户共享同一过道的办公位，将所述办公位相邻的过道上的第一类过道光照测试点的期望照度区间即评分最高的照度区间设置为办公室桌面推荐照度的1/3至1/2，基于所述第一类过道光照测试点的照度、可调光顶灯的功耗、所有过道的照度均匀度、各列过道间照度梯度4个评分指标，对可调光顶灯各LED串驱动电流组合进行寻优，其中，寻优过程中对各LED串驱动电流组合的评分基于所述驱动电流组合对应出光及当前自然光混光照明的总光照，

第二阶段，针对办公室所有在位用户，扣除已寻优可调光顶灯出光和自然光后，基于所有在位用户的用户总评分、可调光台灯的功耗2个评分指标，对各可调光台灯的LED串驱动电流组合进行寻优，

照明优化处理模块将寻优结果经调光模块和输出模块传送给对应LED串的驱动器，执行调光控制。

2.根据权利要求1所述的基于混合照明的开放式办公室照明***，其特征在于，

所述过道照度评分函数为，

其中，e为当前照度，be、ce为根据统计所获得的、覆盖了设定比例人数的理想过道期望照度区间的下限值与上限值，ae、de则分别为另两个预设下限值与上限值；

所述照度均匀度评分函数为，

其中，U为当前照度均匀度，bU是按标准所设定的参考值，aU是一个预设的下限值；

所述照度梯度评分函数为，

其中，d为当前照度梯度，D是所设定的参考值，σ是一个预设的宽度值。

3.根据权利要求1所述的基于混合照明的开放式办公室照明***，其特征在于，

所述固定光色检测模块包括光色传感器，所述光色传感器容纳于内侧有反光涂层的球冠状取光球中，取光球通过支柱连接在固定座上，在取光球的顶部有几个采光用的小孔，临近取光球与支柱接点处还设有一个连接件，连接件的外侧端部设有一个用于旋转防尘罩的转轴，所述防尘罩在闭合时贴合于取光球的外壁，

所述室内光色检测模块采用悬挂于办公位上方天花板上的移动光色检测模块，所述移动光色检测模块包括光色传感器，所述光色传感器容纳于圆柱筒形取光直筒内，所述取光直筒依次通过第二转轴、连杆、第一转轴连接于底座上，所述第一转轴、第二转轴分别在两个正交的横滚方向、俯仰方向上旋转移动，

所述控制单元还被配置为：

在办公室过道每隔一段距离、以及每个办公位上设置一个光照测试点，控制移动光色检测模块中的第一转轴、第二转轴旋转，使其取光直筒依次对准预设的所述光照测试点，对所述光色传感器的传感信号，光色处理模块进行处理获取所述各办公位、及过道光照测试点的色温与照度值，

通过示教多次改变第一转轴、第二转轴旋转角度，在所述取光直筒对准预设的各光照测试点时记录所述第一转轴、第二转轴旋转角度。

4.根据权利要求3所述的基于混合照明的开放式办公室照明***，其特征在于，

所述***还包括一个与控制单元相连的窗帘开度检测单元，基于所述窗帘开度检测单元的传感信号，控制单元处理获取窗帘开度，

所述窗帘开度检测单元包括一个与窗帘旋转模块联动的窗帘开度传感器，

纯自然光环境中，基于所述窗帘开度检测单元获取所述窗帘开度，离线状态下，改变窗帘开度，在各窗帘开度下，通过所述窗户外侧固定光色检测模块获取室外光强，同时通过室内光色检测模块获取其对应的各光照测试点的照度值，在光强映射表中记录所述室外光强及各光照测试点的照度值；

而在缺少窗帘开度检测单元时，所述窗帘开度通过以下处理获取：

离线状态时，在不同窗帘开度下，通过所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强，并用一个窗内外光强度映射表记录相应的窗户内光强、窗户外光强及窗帘开度，

在线状态时，基于所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强，并通过查找所述窗内外光强度映射表获取所述窗帘开度。

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