CN111970790B - 一种具有天气交互功能的景观照明*** - Google Patents

一种具有天气交互功能的景观照明*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有天气交互功能的景观照明***，该景观照明***采用物联网技术，融合多种环境传感器，并结合机器视觉的颜色识别技术，建立环境天气的天气实时感知程序，再通过景观灯光设计程序，完成多种灯光设计要素的融合，设计完成随机的、包含天气信息的灯光显示方案，最终根据设计好的灯光显示方案，控制每一个灯光节点，使景观灯光呈现出能够体现当时当地天气情况的显示和演绎效果。本发明***可让景观灯光实时反应出当时当地的天气情况，而不需要额外的手动设置，表现出景观灯光的智能化水平和科技感。

Description

一种具有天气交互功能的景观照明***
技术领域
本发明涉及景观照明的技术领域，尤其是指一种具有天气交互功能的景观照明***。
背景技术
在城市景观照明项目中，灯光是建筑的语言，也是城市的容颜，为了让建筑灯光更智慧，打造智慧城市的智慧景观，需要让景观灯光能够自动响应天气的变化，在提高灯光科技水平和艺术美感的同时，避免繁杂的动画画面设计和灯光编码设置，减少后台设计和维护的工作量，提高城市景观灯光智慧化运营管理水平。
随着新基建的推进，越来越多的智慧多功能杆出现在城市的各个地方。但是即使在智慧多功能杆上同时搭载了环境感知设备和照明设备，两者之间也是缺少数据联系和互动关系的，现有的环境感知设备主要用于气象预报和大气质量监测。本发明通过物联网技术，结合机器视觉的颜色识别，将环境感知设备、监控摄像头等设备与景观结合起来，实现天气与景观灯光的互动新体验。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种具有天气交互功能的景观照明***，可让景观灯光实时反应出当时当地的天气情况，而不需要额外的手动设置，表现出景观灯光的智能化水平和科技感。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种具有天气交互功能的景观照明***，该景观照明***采用物联网技术，融合多种环境传感器，并结合机器视觉的颜色识别技术，建立环境天气的天气实时感知程序，再通过景观灯光设计程序，完成多种灯光设计要素的融合，设计完成随机的、包含天气信息的灯光显示方案，最终根据设计好的灯光显示方案，控制每一个灯光节点，使景观灯光呈现出能够体现当时当地天气情况的显示和演绎效果。
进一步，所述的具有天气交互功能的景观照明***，包括：
数据采集模块，通过一体化环境监测传感器采集环境信息，以及通过摄像头拍摄天气图像；
边缘计算模块，用于对数据采集模块获取的天气图像进行分区，分为天空、建筑和地面三部分，并利用颜色识别技术对天空部分的颜色进行识别，得到天空颜色识别结果；
天气实时感知模块，根据数据采集模块获取的环境信息和边缘计算模块计算得到的天空颜色识别结果来综合判断天气情况，并给出相应的天气代码；其中，不同的天气代码对应不同的天气现象、环境信息和天空颜色；
景观灯光设计模块，根据天气实时感知模块给出的天气代码，设计图像的显示效果，完成多种灯光设计要素的融合，得到随机的、包含天气信息的灯光显示方案；
灯光控制模块，用于控制每一个灯光节点，依据景观灯光设计模块给出的灯光显示方案，使景观灯光呈现出与环境天气相一致的灯光效果。
进一步，所述一体化环境监测传感器监测到的环境信息包括有温湿度、风向、风速、雨量和PM10。
进一步，所述摄像头为RGB摄像头，能够获取图像的颜色信息。
进一步，所述边缘计算模块利用颜色识别技术对天空部分的颜色进行识别，获得多种颜色，然后再输出获得的颜色、各种颜色面积占比和面积由大到小的排序；其中，当天空出现连续的红橙黄绿蓝靛紫不间断彩色时，识别结果为彩虹色。
进一步，所述天气现象有晴、朝/晚霞、太阳雨、雨后彩虹、毛毛雨、小雨、中雨、大雨、小雪、中雪、大雪和扬尘；所述环境信息有降雨量R、扬尘S和温度T，降雨量R范围为0-5mm/min，扬尘S范围为0-1000g/m3，温度T范围为-50～80℃；所述天空颜色有蓝色、白色、红色和彩虹色；其中，所述天气实时感知模块会根据降雨量R结合温度T参数，判断是降雨还是降雪，并结合降雨量的大小，区分出大、中、小。
进一步，所述环境信息还包括风向WD和风速WS参数，取值分别为0～360°和0～75m/s，并分别配置有风向代码和风速代码。
进一步，所述景观灯光设计模块配置有图像库和音频库，用于储存对应不同天气代码的图像集和音频集，且不同天气对应的图像集中应有至少一张该天气的图像，音频集中音频所表现的内容也应反映出对应的天气，并定义某个时间点t'的景观灯光显示函数如下：
f(t')＝f(W,WD,WP,t)·f(Pi,W)·f(Vi,W)
式中，f(t')为某个时间点t'的景观灯光显示结果；f(W,WD,WP,t)为t时间点对应的天气要素，所述天气要素包括天气代码、风向代码、风速代码、天气现象、风向和风速；f(Pi,W)为天气W对应的图像集Pi，f(Vi,W)为天气W对应的音频集Vi；考虑到景观灯光可能与天气实时数据存在时间差，所以时间点t'与时间点t可以不同。
进一步，所述景观灯光设计模块执行以下步骤：
步骤一：设置现场初始参数
根据景观灯光的现场安装方向，对风向WD的角度值360°按照垂直直角坐标区分为五个区，分别为东风WE、南风WS、西风WW、北风WN和无风0；
步骤二：输入天气要素，包括天气代码、风向代码、风速代码、天气现象、风向和风速；
步骤三：根据天气代码，在图像库和音频库中搜索对应的图像集和音频集，再根据定义的景观灯光显示函数，得到灯光显示的图像效果；
步骤四：设计图像的显示效果，得出灯光显示方案；
当出现某种天气时，所有灯光显示的图像效果上都会叠加该种天气的图像，并且根据显示景观灯光的现场安装方向，设置图像的倾斜角度，图像倾斜方向与风的去向一致，且图像倾斜角度0-75°与风速0～75m/s对应，并根据风力大小调节倾斜的角度，进而将天气要素中的风向、风力转换为图像显示的倾斜方向和倾斜角度，使得某个时间点t'的景观灯光显示函数表示为：
f(t')＝f(Pi,W)·f(D,W)·f(Vi,W)
式中，f(D,W)为不同天气效果对应的图像显示效果。
进一步，所述灯光控制模块根据灯光显示方案，通过总控机下发控制信号给分控器，再到每一个灯光节点，按照统一的时间轴，进行图像集、音频集文件的显示和变化，呈现出与环境天气相一致的灯光效果。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明利用物联网技术，利用摄像头和一体化环境监测传感器采集数据，结合天气实时感知模块和景观灯光设计模块，使景观灯光能够体现出当时、当地的天气情况，并及时反馈出对应的灯光演示效果，表现出景观灯光的智能化水平和科技感，可以为人们的出行提供指导。同时，与周边环境相融合的建筑景观灯光，也使灯光与环境融为一体，体现了灯光与自然的和谐。
附图说明
图1为本发明所述景观照明***的架构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例所提供的具有天气交互功能的景观照明***，采用了物联网技术，融合多种环境传感器，并结合机器视觉的颜色识别技术，建立环境天气的天气实时感知程序，再通过景观灯光设计程序，完成多种灯光设计要素的融合，设计完成随机的、包含天气信息的灯光显示方案，最终根据设计好的灯光显示方案，控制每一个灯光节点，使景观灯光呈现出能够体现当时当地天气情况的显示和演绎效果；如图1所示，其区分有以下几个模块：
数据采集模块，通过一体化环境监测传感器采集环境信息，以及通过摄像头拍摄天气图像；
边缘计算模块，用于对数据采集模块获取的天气图像进行分区，分为天空、建筑和地面三部分，并利用颜色识别技术对天空部分的颜色进行识别，得到天空颜色识别结果；
天气实时感知模块，根据数据采集模块获取的环境信息和边缘计算模块计算得到的天空颜色识别结果来综合判断天气情况，并给出相应的天气代码；其中，不同的天气代码对应不同的天气现象、环境信息和天空颜色；
景观灯光设计模块，根据天气实时感知模块给出的天气代码，设计图像的显示效果，完成多种灯光设计要素的融合，得到随机的、包含天气信息的灯光显示方案；
灯光控制模块，用于控制每一个灯光节点，依据景观灯光设计模块给出的灯光显示方案，使景观灯光呈现出与环境天气相一致的灯光效果。
考虑到多要素的一体化环境监测传感器开始在智慧灯杆上广泛使用，不仅重量轻、美观，也节约空间，因此，本方案可以直接调取一体化环境监测传感器以下环境信息用于天气的感知：包括但不限于温湿度、风向、风速、雨量、PM10。另外，一体化环境监测传感器应具有无线或有线输出接口，如RS485、GPRS、4G、5G等。
本方案用到的摄像头应为RGB摄像头，能够获取图像的颜色信息。
本方案的边缘计算模块可以是智能网关，对RGB摄像头获取的图像进行分区，分为“天空”、“建筑”、“地面”三部分。利用颜色识别技术对“天空”部分的颜色进行识别，获得多种颜色，如蓝、白、灰、红等，特殊地，当天空出现连续的红橙黄绿蓝靛紫不间断彩色时，识别结果为彩虹色。最后，输出获得的颜色、各种颜色面积占比和面积由大到小的排序。
天气实时感知模块的主要技术关键点如下：
根据降雨量R、扬尘S、温度T和天空颜色识别结果综合判断天气，并给出相应的天气代码。其中对降雨量R结合温度T参数，判断是降雨还是降雪，并结合降雨量的大小，区分出大、中、小。
Figure BDA0002648347440000061
Figure BDA0002648347440000071
说明：表中●表示必有，○表示可能有。
环境信息中还包括风向WD和风速WS参数,取值分别为0～360°和0～75m/s，代码分别为B和C。
景观灯光设计模块配置有图像库和音频库，用于储存对应不同天气代码的图像集和音频集，且不同天气对应的图像集中应有至少一张该天气的图像(例如大雨天气对应的图像集中应有大雨的图像，雨后彩虹天气对应的图像集中应有雨后彩虹的图像)，音频集中音频所表现的内容也应反映出对应的天气，并定义某个时间点t'的景观灯光显示函数如下：
f(t')＝f(W,WD,WP,t)·f(Pi,W)·f(Vi,W)
式中，f(t')为某个时间点t'的景观灯光显示结果；f(W,WD,WP,t)为t时间点对应的天气要素，所述天气要素包括天气代码、风向代码、风速代码、天气现象、风向和风速；f(Pi,W)为天气W对应的图像集Pi，f(Vi,W)为天气W对应的音频集Vi；考虑到景观灯光可能与天气实时数据存在一定时间差，所以时间点t'可以与时间点t不同。
景观灯光设计模块的主要技术关键点如下：
步骤一：设置现场初始参数
根据景观灯光的现场安装方向，对风向WD的角度值360°按照垂直直角坐标区分为五个区，例如，分别为东风WE、南风WS、西风WW、北风WN和0。
步骤二：输入天气要素有：
Figure BDA0002648347440000072
Figure BDA0002648347440000081
风向WD 风向代码
东风WE BWE
南风WS BWS
西风WW BWW
北风WN BWN
无风 B0
风速代码直接用“CWS+风速数值”表示。
步骤三：根据天气代码，在图像库和音频库中搜索对应的图像集和音频集，再根据定义的景观灯光显示函数，得到灯光显示的图像效果。
步骤四：设计图像的显示效果，得出灯光显示方案。
一种典型的效果是：当出现某种天气时，所有灯光显示的图像效果上都会叠加该种天气的图像。例如：当下雨天时，灯光展示的图像上叠加了一层雨滴下落的图像；当下雪天时，灯光展示的图像上叠加了一层雪花飘落的图像。
根据显示景观灯光的现场安装方向，设置图像的倾斜角度，图像倾斜方向与风的去向(并非风的来向)一致，图像倾斜角度0-75°与风速0～75m/s对应；例如：当景观灯光的立面为水平东西方向时，对于东向的风，使图像向西倾斜，西向的风，使图像向东倾斜，并根据风力大小调节倾斜的角度。
当然，设计效果不是固定的，并随着不同景观灯光的实际情况不同而可以有不同的设计方法。
经过以上换算，将天气要素中的风向、风力转换为图像显示的倾斜方向和倾斜角度，因此，某个时间点t'的景观灯光显示函数可以表示为：
f(t')＝f(Pi,W)·f(D,W)·f(Vi,W)
其中，f(D,W)为不同天气效果对应的图像显示效果，并根据每个景观灯光项目不同而可以改变其中的设计方法。
灯光显示方案提交给灯光控制模块后，灯光控制模块通过总控机下发控制信号给分控器，再到每一个灯光节点，按照统一的时间轴，进行图像集、音频集文件的显示和变化，呈现出与环境天气相一致的灯光效果。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有天气交互功能的景观照明***，其特征在于，包括：
数据采集模块，通过一体化环境监测传感器采集环境信息，以及通过摄像头拍摄天气图像；
边缘计算模块，用于对数据采集模块获取的天气图像进行分区，分为天空、建筑和地面三部分，并利用颜色识别技术对天空部分的颜色进行识别，得到天空颜色识别结果；
天气实时感知模块，根据数据采集模块获取的环境信息和边缘计算模块计算得到的天空颜色识别结果来综合判断天气情况，并给出相应的天气代码；其中，不同的天气代码对应不同的天气现象、环境信息和天空颜色；
景观灯光设计模块，根据天气实时感知模块给出的天气代码，设计图像的显示效果，完成多种灯光设计要素的融合，得到包含天气信息的灯光显示方案；
灯光控制模块，用于控制每一个灯光节点，依据景观灯光设计模块给出的灯光显示方案，使景观灯光呈现出与环境天气相一致的灯光效果；
其中，所述景观灯光设计模块配置有图像库和音频库，用于储存对应不同天气代码的图像集和音频集，且不同天气对应的图像集中应有至少一张该天气的图像，音频集中音频所表现的内容也应反映出对应的天气，并定义某个时间点t'的景观灯光显示函数如下：
f(t')＝f(W,WD,WP,t)·f(Pi,W)·f(Vi,W)
式中，f(t')为某个时间点t'的景观灯光显示结果；f(W,WD,WP,t)为t时间点对应的天气要素，所述天气要素包括天气代码、风向代码、风速代码、天气现象、风向和风速；f(Pi,W)为天气W对应的图像集Pi，f(Vi,W)为天气W对应的音频集Vi；考虑到景观灯光与天气实时数据存在时间差，所以时间点t'与时间点t是不同的。
2.根据权利要求1所述的一种具有天气交互功能的景观照明***，其特征在于：所述一体化环境监测传感器监测到的环境信息包括有温湿度、风向、风速、雨量和PM10。
3.根据权利要求1所述的一种具有天气交互功能的景观照明***，其特征在于：所述摄像头为RGB摄像头，能够获取图像的颜色信息。
4.根据权利要求1所述的一种具有天气交互功能的景观照明***，其特征在于：所述边缘计算模块利用颜色识别技术对天空部分的颜色进行识别，获得多种颜色，然后再输出获得的颜色、各种颜色面积占比和面积由大到小的排序；其中，当天空出现连续的红橙黄绿蓝靛紫不间断彩色时，识别结果为彩虹色。
5.根据权利要求1所述的一种具有天气交互功能的景观照明***，其特征在于：所述天气现象有晴、朝/晚霞、太阳雨、雨后彩虹、毛毛雨、小雨、中雨、大雨、小雪、中雪、大雪和扬尘；所述环境信息有降雨量R、扬尘S和温度T，降雨量R范围为0-5mm/min，扬尘S范围为0-1000g/m3，温度T范围为-50～80℃；所述天空颜色有蓝色、白色、红色和彩虹色；其中，所述天气实时感知模块会根据降雨量R结合温度T参数，判断是降雨还是降雪，并结合降雨量的大小，区分出大、中、小。
6.根据权利要求5所述的一种具有天气交互功能的景观照明***，其特征在于：所述环境信息还包括风向WD和风速WS参数，取值分别为0～360°和0～75m/s，并分别配置有风向代码和风速代码。
7.根据权利要求1所述的一种具有天气交互功能的景观照明***，其特征在于：所述景观灯光设计模块执行以下步骤：
步骤一：设置现场初始参数
根据景观灯光的现场安装方向，对风向WD的角度值360°按照垂直直角坐标区分为五个区，分别为东风WE、南风WS、西风WW、北风WN和无风0；
步骤二：输入天气要素，包括天气代码、风向代码、风速代码、天气现象、风向和风速；
步骤三：根据天气代码，在图像库和音频库中搜索对应的图像集和音频集，再根据定义的景观灯光显示函数，得到灯光显示的图像效果；
步骤四：设计图像的显示效果，得出灯光显示方案；
当出现某种天气时，所有灯光显示的图像效果上都会叠加该种天气的图像，并且根据显示景观灯光的现场安装方向，设置图像的倾斜角度，图像倾斜方向与风的去向一致，且图像倾斜角度0-75°与风速0～75m/s对应，并根据风力大小调节倾斜的角度，进而将天气要素中的风向、风力转换为图像显示的倾斜方向和倾斜角度，使得某个时间点t'的景观灯光显示函数表示为：
f(t')＝f(Pi,W)·f(D,W)·f(Vi,W)
式中，f(D,W)为不同天气效果对应的图像显示效果。
8.根据权利要求1所述的一种具有天气交互功能的景观照明***，其特征在于：所述灯光控制模块根据灯光显示方案，通过总控机下发控制信号给分控器，再到每一个灯光节点，按照统一的时间轴，进行图像集、音频集文件的显示和变化，呈现出与环境天气相一致的灯光效果。
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