CN106028525A - 基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统，方法包括：DALI接口调光单元通过RS485总线与室内的M个红外照度计进行通信，通过DALI总线与LED灯具进行通信，通过所述红外照度计读取当前环境的照度，并根据当前环境的照度判断使用场景：当所述DALI接口通过所述红外照度计监测到超过预定时间t时，有预定个数n个以上的红外照度计没有检测到人体信号时，则判断当前的使用场景为特殊使用场景，反之则为正常使用场景；当判断使用场景为特殊使用场景时，表示当前室内需要提供部分照明，所述DALI接口调光单元执行差分进化算法，得到最优的灯具亮度组合，将特定区域调光到预设的照度值。

Description

基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统

技术领域

本申请涉及室内调光及绿色节能技术领域，具体地说，涉及一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统。

背景技术

随着智能控制技术的快速发展，智能化已经渗透到我们生活中的方方面面，并逐步成为国民经济中不可或缺的一部分。智能建筑节能正是在这样的条件下被提出来的。国外的部分发达国家早在二十世纪七十年代就开始关注智能建筑方面的研究，发展到今天，已经能够把自然光采光、室内灯光、空调等纳入到智能控制的网络中来，且实现了控制的协调性，可以说是实现了物联网的模式，在节约能源方面取得了不错的效果。

目前针对室内照明调光的方式方法有以下几种，且都存在不足之处：

1、分时间段采用不同的照明方式

例如，有些建筑采用早上九点到下午五点采用自然光照明，其他时间段采用人工光源。这种方法虽然在一定程度上可以达到减少建筑用电量，但是它忽视了室内照明舒适度的问题。

2、传统照明控制方式

这种控制方式主要是以手动控制为主。其利用在灯具回路中加装开关元件的方式来控制电路的通断，从而实现灯具开关控制。这种控制方式过于简单、低效，且适应性和自动化程度低。

3、自动照明控制方式

自动照明控制采用数字化控制技术远程控制灯具开关。一般情况是控制台发出控制信号，通过数字控制器来控制回路中接触器的开合，进而实现灯具的开光控制。这种方式虽然解决了低效率的问题，但是仍然不能实现室内根据照度调光的目的。

4、自动调光方式

这种方式通过数字化控制技术远程控制灯具开关和照度计的光照度采集，实现室内调光目的。这种方式虽然实现了自动调光功能，但是仍然处于统控统调的阶段，室内调光效果不能保证室内光照度的舒适度和均一度。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统，能够自动适应有窗、无窗、有自然光、无自然光等各种复杂的建筑环境，通过传感器对自然光和人工照明进行实时采集，在保证最大程度节约能耗的前提下，保证室内灯光的均一性和舒适度。

为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：

一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法，其特征在于，包括：

DALI接口调光单元通过RS485总线与室内的M个红外照度计进行通信，通过DALI总线与LED灯具进行通信，通过所述红外照度计读取当前环境的照度，并根据当前环境的照度判断使用场景：当所述DALI接口通过所述红外照度计监测到超过预定时间t时，有预定个数n个以上的红外照度计没有检测到人体信号时，则判断当前的使用场景为特殊使用场景，反之则为正常使用场景；

当判断使用场景为正常使用场景时，表示当前室内需提供整体照明，所述DALI接口调光单元执行区域划分模式调光算法，使得每个红外照度计与室内所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，比较各红外照度计反馈的当前照度值与预设照度值，进行步进自适应调光，使得当前照度值与预设照度值相同；

当判断使用场景为特殊使用场景时，表示当前室内需要提供部分照明，所述DALI接口调光单元执行差分进化算法，得到最优的灯具亮度组合，将特定区域调光到预设的照度值。

优选地，其中：

使得每个红外照度计与所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，进一步为：

点亮室内的单个LED灯具，分别测试M个红外照度计对亮灯信号的敏感度，并将对应的灯具编入敏感度最高的红外照度计的调光区域，

依次完成对室内所有LED灯具的点亮、敏感度测试及区域划分，使得每个红外照度计与所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，并将室内分割为M个调光区域。

优选地，其中：

比较各红外照度计反馈的当前照度值与预设照度值，进行步进自适应调光，使得当前照度值与预设照度值相同，进一步为：

当当前照度值与预设照度值相差超过50％时，按照步进值20进行调光；当当前照度值与预设照度值相差小于50％时，按照小于等于20的预设步进值进行调光；当当前照度值与预设照度值的差值到达预设临界点时，按照步进值1进行调光，直至当前照度值与预设照度值的差值达到预设范围。

优选地，其中：

所述执行差分进化算法，进一步为：

使用D维参数向量作为初始LED灯群，D维参数向量表示为：

$X\left(t\right)=\{x_1^t,x_2^t,x_2^t,...,x_{NP}^t\}$

其中，X_iD表示单灯向量，NP表示灯群规模，

采用随机的方式对LED灯群进行初始化，得出灯群中所有单灯的适应度值，

按照变异公式对灯群中的所有单灯进行变异计算，得到新的个体，变异公式为：

V_i，G+1＝X_r1，G+F×(X_r2，G-X_r3，G)

其中，X_r1,G、X_r2,G、X_r3,G代表第G代的单灯个体，V_i,G+1表示变异后的G+1代单灯个体，缩放因子F取[0，2]之间的实数，

按照个体交叉公式对所有灯群中的单灯进行交叉计算，获得新的子代个体，个体交叉公式为：

$U_{ij,G}=\left\{\begin{array}{c}{V}_{ij,G+1}\\ X_{ij,G}\end{array}\right.,ifrand\≤CRorj=I_G$

其中，CR代表全体中的个体交叉概率，CR和rand为在[0,1]之间的随机数，I_G为在[1,N]之间随机挑选的一个整数，V_ij,G+1为变异产生的子代单灯个体，X_ij,G为父代单灯个体，

根据选择公式对得到的子代个体进行计算并获得新的子代个体，当计算的最优解达到了使室内照度值误差小于10LUX时，停止计算，其中，选择公式为：

$U_{i,G+1}=\left\{\begin{array}{cc}{U}_{i,G},& f(U_i,G)>f(X_i,G)\\ X_{i,G},& f(U_i,G)\≤f(X_i,G)\end{array}\right.$

其中，U_i,G为交叉计算产生的单灯个体、X_i,G为父代单灯个体，U_i,G+1为计算产生的新一代单灯个体。

优选地，其中：

所述预定个数n＝M/2+1，所述预定时间t≥10min。

一种基于差分进化算法的自适应室内调光系统，其特征在于，包括：

DALI接口调光单元、M个红外照度计和多个LED灯具，

所述DALI接口调光单元，通过RS485总线与所述N个红外照度计连接，

所述DALI接口调光单元，用于通过RS485总线与室内的N个红外照度计进行通信，通过DALI总线与LED灯具进行通信，通过所述红外照度计读取当前环境的照度，并根据当前环境的照度判断使用场景：当所述DALI接口通过所述红外照度计监测到超过预定时间t时，有预定个数n个以上的红外照度计没有检测到人体信号时，则判断当前的使用场景为特殊使用场景，反之则为正常使用场景，

所述DALI接口调光单元，还用于当判断使用场景为正常使用场景时，执行区域划分模式调光算法，使得每个红外照度计与室内所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，比较各红外照度计反馈的当前照度值与预设照度值，进行步进自适应调光，使得当前照度值与预设照度值相同，

所述DALI接口调光单元，进一步用于当判断使用场景为特殊使用场景时，执行差分进化算法，得到最优的灯具亮度组合，将特定区域调光到预设的照度值，

所述红外照度计，用于读取当前当前环境的照度，并将读取的当前环境的照度发送至所述DALI接口调光单元，

所述LED灯具，用于根据DALI接口调光单元的控制进行照度值的调整。

优选地，其中：

所述DALI接口调光单元，进一步用于点亮室内的单个LED灯具，分别测试M个红外照度计对亮灯信号的敏感度，并将对应的灯具编入敏感度最高的红外照度计的调光区域，依次完成对室内所有LED灯具的点亮、敏感度测试及区域划分，使得每个红外照度计与所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，并将室内分割为M个调光区域。

优选地，其中：

所述DALI接口调光单元，进一步用于当当前照度值与预设照度值相差超过50％时，按照步进值20进行调光；当当前照度值与预设照度值相差小于50％时，按照小于等于20的预设步进值进行调光；当当前照度值与预设照度值的差值到达预设临界点时，按照步进值1进行调光，直至当前照度值与预设照度值的差值达到预设范围。

优选地，其中：

所述DALI接口调光单元，进一步用于采用以下方法执行差分进化算法：

使用D维参数向量作为初始LED灯群，D维参数向量表示为：

$X\left(t\right)=\{x_1^t,x_2^t,x_2^t,...,x_{NP}^t\}$

其中，X_iD表示单灯向量，NP表示灯群规模，

采用随机的方式对LED灯群进行初始化，得出灯群中所有单灯的适应度值，

按照变异公式对灯群中的所有单灯进行变异计算，得到新的个体，变异公式为：

V_i，G+1＝X_r1，G+F×(X_r2，G-X_r3，G)_H-16-32

其中，X_r1,G、X_r2,G、X_r3,G代表第G代的单灯个体，V_i,G+1表示变异后的G+1代单灯个体，缩放因子F取[0，2]之间的实数，

按照个体交叉公式对所有灯群中的单灯进行交叉计算，获得新的子代个体，个体交叉公式为：

$U_{ij,G}=\left\{\begin{array}{c}{V}_{ij,G+1}\\ X_{ij,G}\end{array}\right.,ifrand\≤CRorj=I_G$

其中，CR代表全体中的个体交叉概率，CR和rand为在[0,1]之间的随机数，I_G为在[1,N]之间随机挑选的一个整数，V_ij,G+1为变异产生的子代单灯个体，X_ij,G为父代单灯个体，

根据选择公式对得到的子代个体进行计算并获得新的子代个体，当计算的最优解达到了使室内照度值误差小于10LUX时，停止计算，其中，选择公式为：

$U_{i,G+1}=\left\{\begin{array}{cc}{U}_{i,G},& f(U_i,G)>f(X_i,G)\\ X_{i,G},& f(U_i,G)\≤f(X_i,G)\end{array}\right.$

其中，U_i,G为交叉计算产生的单灯个体、X_i,G为父代单灯个体，U_i,G+1为计算产生的新一代单灯个体。

优选地，其中：

所述预定个数n＝M/2+1，所述预定时间t≥10min。

与现有技术相比，本申请所述的方法及系统，达到了如下效果：

第一，本发明基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统，能够通过DALI接口调光单元及红外照度计自动检测并适应室内的各种环境，调光过程不需要人工干预即可满足室内照明需求。

第二，本发明基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统，能够自动判断室内场景，分别针对特殊使用场景和正常使用场景进行不同的调光模式，在最大程度节约能耗的前提下，保证了室内照明需求的舒适度。

第三，本发明基于差分进化算法的自适应室内调光方法和系统，调光过程中的步进值能够根据照度差自动调整，能够短时间内达到预定照度值，并且有效避免因步进值过大引起的照度突变而带来的视觉短暂失明和眩晕感。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的所述一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法流程图；

图2为本发明的所述一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法的具体实现流程图；

图3为本发明的所述一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法中正常场景调光流程图；

图4为本发明一种基于差分进化算法的自适应室内调光系统的室内区域划分示意图；

图5为本发明的所述一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法中差分进化算法运算流程图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

实施例1

参见图1和图2所示为本申请所述一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法，包括：

步骤101、DALI接口调光单元通过RS485总线与室内的M个红外照度计进行通信，通过所述红外照度计读取当前环境的照度，并根据当前环境的照度判断使用场景：当所述DALI接口通过所述红外照度计监测到超过预定时间t时，有预定个数n个以上的红外照度计没有检测到人体信号时，则判断当前的使用场景为特殊使用场景，反之则为正常使用场景；

步骤102、当判断使用场景为正常使用场景时，表示当前室内需提供整体照明，所述DALI接口调光单元执行区域划分模式调光算法，使得每个红外照度计与室内所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，比较各红外照度计反馈的当前照度值与预设照度值，进行步进自适应调光，使得当前照度值与预设照度值相同；

步骤103、当判断使用场景为特殊使用场景时，表示当前室内需要提供部分照明，所述DALI接口调光单元执行差分进化算法，得到最优的灯具亮度组合，将特定区域调光到预设的照度值。

本申请的基于差分进化算法的自适应室内调光方法，DALI接口调光单元和红外照度计相配合，能够自动检测并适应室内有窗、无窗、有自然光、无自然光等各种复杂的建筑环境，通过红外照度计对自然光和人工照明进行实时采集，通过DALI接口调光单元自动进行调光，保证室内灯光的均一性和舒适度，无需人工干预。

上述方法中，DALI接口调光单元通过DALI总线与LED灯具通信执行调光操作，通过485总线与红外照度计通信读取当前环境的照度和使用场景，使用场景分为正常使用场景和特殊使用场景。以教室为例，当教室处于正常上课状态时，室内学生数量较多，需要提供整体照明，这种场景视为正常使用场景；当教室处于空闲状态时，室内仅有几个学生，这种场景视为特殊使用场景，只需要提供局部区域照明。本申请的方法基于差分进化算法进行自适应室内调光，通过算法判断当前使用场景并执行相应的调光操作以达到预期的调光效果。

本申请中DALI接口调光单元为实现本方法的关键部分，要求CPU内核为8052及以上配置，负责执行算法运算任务和对LED灯具的调光指令的发送，以及对红外照度计的采集任务。

本申请中的红外照度计为自适应调光方法实现过程中的现场感知部分，通过多个传感器对整个室内环境人员流动和照度值进行正确反馈，为算法对现场环境的分析计算提供依据。通过红外传感器的实时巡测，若超过预定时间有超过预定个数或以上的传感器没有检测到人体信号，则判断当前场景为特殊使用场景，否则为正常使用场景。

上述步骤102中，使得每个红外照度计与所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，进一步为：

点亮室内的单个LED灯具，分别测试M个红外照度计对亮灯信号的敏感度，并将对应的灯具编入敏感度最高的红外照度计的调光区域，

依次完成对室内所有LED灯具的点亮、敏感度测试及区域划分，使得每个红外照度计与所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，并将室内分割为M个调光区域。

上述步骤102中，比较各红外照度计反馈的当前照度值与预设照度值，进行步进自适应调光，参见图3，使得当前照度值与预设照度值相同，进一步为：

当当前照度值与预设照度值相差超过50％时，按照步进值20进行调光；当当前照度值与预设照度值相差小于50％时，按照小于等于20的预设步进值进行调光；当当前照度值与预设照度值的差值到达预设临界点时，按照步进值1进行调光，以减小照度误差，直至当前照度值与预设照度值的差值达到预设范围。此处，达到预设范围可理解为当前照度值与预设照度值无限接近时，也就是差值为0或接近0时。

上述步骤103中，所述执行差分进化算法，进一步为：

使用D维参数向量作为初始LED灯群，D维参数向量表示为：

$X\left(t\right)=\{x_1^t,x_2^t,x_2^t,...,x_{NP}^t\}$

其中，X_iD表示单灯向量，NP表示灯群规模，

采用随机的方式对LED灯群进行初始化，得出灯群中所有单灯的适应度值，

按照变异公式对灯群中的所有单灯进行变异计算，得到新的个体，变异公式为：

V_i，G+1＝X_r1，G+F×(X_r2，G-X_r3，G)

其中，X_r1,G、X_r2,G、X_r3,G代表第G代的单灯个体，V_i,G+1表示变异后的G+1代单灯个体，缩放因子F取[0，2]之间的实数，

随机选取的位置序号i≠r₁≠r₂≠r₃。变异算子F∈[0，2]是一个实的常数因子，作用是用来调节偏差变量的放大效果。

按照个体交叉公式对所有灯群中的单灯进行交叉计算，获得新的子代个体，个体交叉公式为：

$U_{ij,G}=\left\{\begin{array}{c}{V}_{ij,G+1}\\ X_{ij,G}\end{array}\right.,ifrand\≤CRorj=I_G$

其中，CR代表全体中的个体交叉概率，CR和rand为在[0,1]之间的随机数，I_G为在[1,N]之间随机挑选的一个整数，作用是保证了从V_i,G+1中获得的V_i,G数不少于一个，V_ij,G+1为变异产生的子代单灯个体，X_ij,G为父代单灯个体。

进一步地，根据选择公式对得到的子代个体进行计算并获得新的子代个体，当计算的最优解达到了使室内照度值误差小于10LUX(勒克斯)时，停止计算，其中，选择公式为：

$U_{i,G+1}=\left\{\begin{array}{cc}{U}_{i,G},& f(U_i,G)>f(X_i,G)\\ X_{i,G},& f(U_i,G)\≤f(X_i,G)\end{array}\right.$

其中，U_i,G为交叉计算产生的单灯个体、X_i,G为父代单灯个体，U_i,G+1为计算产生的新一代单灯个体。

上述方法中，预定个数n＝M/2+1，所述预定时间t≥10min。

上述方法中的红外照度计进一步为红外传感器。红外照度计的个数可根据室内LED灯的个数进行设置。

实施例2

本发明还提供一种基于差分进化算法的自适应室内调光系统，其特征在于，包括：

DALI接口调光单元、M个红外照度计和多个LED灯具，

所述DALI接口调光单元，通过RS485总线与所述N个红外照度计连接，

所述DALI接口调光单元，用于通过RS485总线与室内的N个红外照度计进行通信，通过DALI总线与LED灯具进行通信，通过所述红外照度计读取当前环境的照度，并根据当前环境的照度判断使用场景：当所述DALI接口通过所述红外照度计监测到超过预定时间t时，有预定个数n个以上的红外照度计没有检测到人体信号时，则判断当前的使用场景为特殊使用场景，反之则为正常使用场景，

所述DALI接口调光单元，还用于当判断使用场景为正常使用场景时，执行区域划分模式调光算法，使得每个红外照度计与室内所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，比较各红外照度计反馈的当前照度值与预设照度值，进行步进自适应调光，使得当前照度值与预设照度值相同，

所述DALI接口调光单元，进一步用于当判断使用场景为特殊使用场景时，执行差分进化算法，得到最优的灯具亮度组合，将特定区域调光到预设的照度值，

所述红外照度计，用于读取当前当前环境的照度，并将读取的当前环境的照度发送至所述DALI接口调光单元，

所述LED灯具，用于根据DALI接口调光单元的控制进行照度值的调整。

所述DALI接口调光单元，进一步用于点亮室内的单个LED灯具，分别测试M个红外照度计对亮灯信号的敏感度，并将对应的灯具编入敏感度最高的红外照度计的调光区域，依次完成对室内所有LED灯具的点亮、敏感度测试及区域划分，使得每个红外照度计与所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，并将室内分割为M个调光区域。

所述DALI接口调光单元，进一步用于当当前照度值与预设照度值相差超过50％时，按照步进值20进行调光；当当前照度值与预设照度值相差小于50％时，按照小于等于20的预设步进值进行调光；当当前照度值与预设照度值的差值到达预设临界点时，按照步进值1进行调光，直至当前照度值与预设照度值的差值达到预设范围。

所述DALI接口调光单元，进一步用于采用以下方法执行差分进化算法：

使用D维参数向量作为初始LED灯群，D维参数向量表示为：

$X\left(t\right)=\{x_1^t,x_2^t,x_2^t,...,x_{NP}^t\}$

其中，X_iD表示单灯向量，NP表示灯群规模，

采用随机的方式对LED灯群进行初始化，得出灯群中所有单灯的适应度值，

按照变异公式对灯群中的所有单灯进行变异计算，得到新的个体，变异公式为：

V_i，G+1＝X_r1，G+F×(X_r2，G-X_r3，G)

其中，X_r1,G、X_r2,G、X_r3,G代表第G代的单灯个体，V_i,G+1表示变异后的G+1代单灯个体，缩放因子F取[0，2]之间的实数，

按照个体交叉公式对所有灯群中的单灯进行交叉计算，获得新的子代个体，个体交叉公式为：

$U_{ij,G}=\left\{\begin{array}{c}{V}_{ij,G+1}\\ X_{ij,G}\end{array}\right.,ifrand\≤CRorj=I_G$

其中，CR代表全体中的个体交叉概率，CR和rand为在[0,1]之间的随机数，I_G为在[1,N]之间随机挑选的一个整数，V_ij,G+1为变异产生的子代单灯个体，X_ij,G为父代单灯个体，

根据选择公式对得到的子代个体进行计算并获得新的子代个体，当计算的最优解达到了使室内照度值误差小于10LUX时，停止计算，其中，选择公式为：

$U_{i,G+1}=\left\{\begin{array}{cc}{U}_{i,G},& f(U_i,G)>f(X_i,G)\\ X_{i,G},& f(U_i,G)\≤f(X_i,G)\end{array}\right.$

其中，U_i,G为交叉计算产生的单灯个体、X_i,G为父代单灯个体，U_i,G+1为计算产生的新一代单灯个体。

上述预定个数n＝M/2+1，所述预定时间t≥10min。

上述方法中的红外照度计进一步为红外传感器。红外照度计的个数可根据室内LED灯的个数进行设置。

实施例3

以下提供本发明基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统的应用实施例。

参见图4，以教室为例，建立教室灯具和传感器的位置模型，根据红外照度传感器的探测扇形面积，在教室内分别安装5个红外照度传感器。

参见图2，系统初始化完成后，首先读取红外照度计采集的当前室内的照度值，同时采集红外传感器检测到的人体红外信号，通过模糊判断判定当前室内场景。判定方法，以校园教室为例，系统实时采集5个红外传感器的检测状态，当3个或者以上红外传感器超过10分钟检测到各自区域不存在人体红外信号，表明目前室内超过3个区域没有照明需求。则可判定当前教室不在正常使用中，存在人员较少，系统将这种场景定义为特殊使用场景。在这种模式下，系统只需要将特定区域调光到预设的照度值即可，通过差分进化算法得到最优的灯具亮度组合。系统实时采集5个红外传感器，且3个或者以上红外传感器高频率同时触发，表明当前教室为正常使用模式，系统通过区域划分方法，将室内分为5个区域，根据每个区域的自然光和人工照明的混合度，利用照度计和灯具一对多的函数关系，遵从步进值自适应的原则调光到预设值，并且调光过程中快速高效，并不出现照度闪变导致的视觉短暂失明和眩晕现象。

系统第一次初始化时依次点亮1到12号灯具，5个照度计分别检测灯具亮灭对其的敏感度，将灯具编入对其敏感度最高的照度计分组。这种操作只在系统第一次初始化时进行。系统记忆第一次的分组信息，在之后的调光过程中直接调用分组信息即可。则照度计所在平面的照度值等于该组灯具照度值的矢量和，如下式所示：

y＝f(a)+f(b)+f(c)+…

y表示照度计区域的照度值。f(a)、f(b)、f(c)分别表示改组灯具的在照度计区域的照度值，与相应灯具功率成正比，与灯具到照度平面的距离成反比。根据实验规则，图4中分组为：

红外照度计10：灯具1、灯具4；

红外照度计20：灯具3、灯具6；

红外照度计30：灯具2、灯具5、灯具8、灯具11；

红外照度计40：灯具7、灯具10；

红外照度计50：灯具9、灯具12。

5个区域分别与5个红外照度计一一对应。

如图3所示，当系统完成室内区域划分后，对各个区域首先采集原始照度值，根据灯具的分组信息，判定当前控制模式取相应的预设照度值，预设值可以是人工设定值也可以是系统下发的设定值。然后将当前的照度值与预设的照度值相比对，当当前照度与目标照度相差超过50％时，执行步进20的调光，随着照度值差值减小步进值相应减小，直到照度无限接近为止。其中步进值与照度差值成正相关；最终通过上调或下调调光比，以及步进值的相应变化达到预设的照度值。通过区域划分的方式能够使照度计的有效检测面积全面覆盖整个室内环境，保证室内照度的均一性。

如图5所示，差分进化算法是一种全局搜索最优算法。算法使用D维的参数向量作为初始种群，个体向量用字母i进行表示，其中i＝(1，2，…，N)，代表了个体所在的位置。记群体的进化代数为G。群体的规模大小固定为N。采用随机的方式对室内灯群进行初始化操作，经过单灯的开关亮灭得出灯群中所有单灯的适应度值。按变异公式对灯群中的所有单灯进行变异计算，并获得新的单灯。按交叉公式对群体中的所有单灯进行交叉计算，获得实验单灯。按照选择公式对上一代得到的单灯进行计算获得新一代的单灯，直到目标区域照度值达到预设值或达到预设的最大迭代次数。

通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：

第一，本发明基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统，能够通过DALI接口调光单元及红外照度计自动检测并适应室内的各种环境，调光过程不需要人工干预即可满足室内照明需求。

第二，本发明基于差分进化算法的自适应室内调光方法及系统，能够自动判断室内场景，分别针对特殊使用场景和正常使用场景进行不同的调光模式，在最大程度节约能耗的前提下，保证了室内照明需求的舒适度。

第三，本发明基于差分进化算法的自适应室内调光方法和系统，调光过程中的步进值能够根据照度差自动调整，能够短时间内达到预定照度值，并且有效避免因步进值过大引起的照度突变而带来的视觉短暂失明和眩晕感。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于差分进化算法的自适应室内调光方法，其特征在于，包括：

DALI接口调光单元通过RS485总线与室内的M个红外照度计进行通信，通过DALI总线与LED灯具进行通信，通过所述红外照度计读取当前环境的照度，并根据当前环境的照度判断使用场景：当所述DALI接口通过所述红外照度计监测到超过预定时间t时，有预定个数n个以上的红外照度计没有检测到人体信号时，则判断当前的使用场景为特殊使用场景，反之则为正常使用场景；

当判断使用场景为正常使用场景时，表示当前室内需提供整体照明，所述DALI接口调光单元执行区域划分模式调光算法，使得每个红外照度计与室内所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，比较各红外照度计反馈的当前照度值与预设照度值，进行步进自适应调光，使得当前照度值与预设照度值相同；

当判断使用场景为特殊使用场景时，表示当前室内需要提供部分照明，所述DALI接口调光单元执行差分进化算法，得到最优的灯具亮度组合，将特定区域调光到预设的照度值。

2.根据权利要求1所述基于差分进化算法的自适应室内调光方法，其特征在于，

使得每个红外照度计与所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，进一步为：

点亮室内的单个LED灯具，分别测试M个红外照度计对亮灯信号的敏感度，并将对应的灯具编入敏感度最高的红外照度计的调光区域，

依次完成对室内所有LED灯具的点亮、敏感度测试及区域划分，使得每个红外照度计与所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，并将室内分割为M个调光区域。

3.根据权利要求1所述基于差分进化算法的自适应室内调光方法，其特征在于，

比较各红外照度计反馈的当前照度值与预设照度值，进行步进自适应调光，使得当前照度值与预设照度值相同，进一步为：

当当前照度值与预设照度值相差超过50％时，按照步进值20进行调光；当当前照度值与预设照度值相差小于50％时，按照小于等于20的预设步进值进行调光；当当前照度值与预设照度值的差值到达预设临界点时，按照步进值1进行调光，直至当前照度值与预设照度值的差值达到预设范围。

4.根据权利要求1所述基于差分进化算法的自适应室内调光方法，其特征在于，

所述执行差分进化算法，进一步为：

使用D维参数向量作为初始LED灯群，D维参数向量表示为：

$X\left(t\right)=\{x_1^t,x_2^t,x_2^t,...,x_{NP}^t\}$

其中，X_iD表示单灯向量，NP表示灯群规模，

采用随机的方式对LED灯群进行初始化，得出灯群中所有单灯的适应度值，

按照变异公式对灯群中的所有单灯进行变异计算，得到新的个体，变异公式为：

V_i，G+1＝X_r1，G+F×(X_r2，G-X_r3，G)

其中，X_r1,G、X_r2,G、X_r3,G代表第G代的单灯个体，V_i,G+1表示变异后的G+1代单灯个体，缩放因子F取[0，2]之间的实数，

按照个体交叉公式对所有灯群中的单灯进行交叉计算，获得新的子代个体，个体交叉公式为：

$U_{ij,G}=\left\{\begin{array}{ccc}\begin{array}{c}{V}_{ij,G+1}\\ X_{ij,G}\end{array}& if& rand\≤CRorj=I_G\end{array}\right.$

其中，CR代表全体中的个体交叉概率，CR和rand为在[0,1]之间的随机数，I_G为在[1,N]之间随机挑选的一个整数，V_ij,G+1为变异产生的子代单灯个体，X_ij,G为父代单灯个体，

根据选择公式对得到的子代个体进行计算并获得新的子代个体，当计算的最优解达到了使室内照度值误差小于10LUX时，停止计算，其中，选择公式为：

$U_{i,G+1}=\left\{\begin{array}{cc}{U}_{i,G},& f(U_i,G)>f(X_i,G)\\ X_{i,G},& f(U_i,G)\≤f(X_i,G)\end{array}\right.$

其中，U_i,G为交叉计算产生的单灯个体、X_i,G为父代单灯个体，U_i,G+1为计算产生的新一代单灯个体。

5.根据权利要求1所述基于差分进化算法的自适应室内调光方法，其特征在于，

所述预定个数n＝M/2+1，所述预定时间t≥10min。

6.一种基于差分进化算法的自适应室内调光系统，其特征在于，包括：

DALI接口调光单元、M个红外照度计和多个LED灯具，

所述DALI接口调光单元，通过RS485总线与所述N个红外照度计连接，

所述DALI接口调光单元，用于通过RS485总线与室内的N个红外照度计进行通信，通过DALI总线与LED灯具进行通信，通过所述红外照度计读取当前环境的照度，并根据当前环境的照度判断使用场景：当所述DALI接口通过所述红外照度计监测到超过预定时间t时，有预定个数n个以上的红外照度计没有检测到人体信号时，则判断当前的使用场景为特殊使用场景，反之则为正常使用场景，

所述DALI接口调光单元，还用于当判断使用场景为正常使用场景时，执行区域划分模式调光算法，使得每个红外照度计与室内所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，比较各红外照度计反馈的当前照度值与预设照度值，进行步进自适应调光，使得当前照度值与预设照度值相同，

所述DALI接口调光单元，进一步用于当判断使用场景为特殊使用场景时，执行差分进化算法，得到最优的灯具亮度组合，将特定区域调光到预设的照度值，

所述红外照度计，用于读取当前当前环境的照度，并将读取的当前环境的照度发送至所述DALI接口调光单元，

所述LED灯具，用于根据DALI接口调光单元的控制进行照度值的调整。

7.根据权利要求6所述基于差分进化算法的自适应室内调光系统，其特征在于，

所述DALI接口调光单元，进一步用于点亮室内的单个LED灯具，分别测试M个红外照度计对亮灯信号的敏感度，并将对应的灯具编入敏感度最高的红外照度计的调光区域，依次完成对室内所有LED灯具的点亮、敏感度测试及区域划分，使得每个红外照度计与所有LED灯具之间形成一对多的函数关系，并将室内分割为M个调光区域。

8.根据权利要求6所述基于差分进化算法的自适应室内调光系统，其特征在于，

所述DALI接口调光单元，进一步用于当当前照度值与预设照度值相差超过50％时，按照步进值20进行调光；当当前照度值与预设照度值相差小于50％时，按照小于等于20的预设步进值进行调光；当当前照度值与预设照度值的差值到达预设临界点时，按照步进值1进行调光，直至当前照度值与预设照度值的差值达到预设范围。

9.根据权利要求6所述基于差分进化算法的自适应室内调光系统，其特征在于，

所述DALI接口调光单元，进一步用于采用以下方法执行差分进化算法：

使用D维参数向量作为初始LED灯群，D维参数向量表示为：

$X\left(t\right)=\{x_1^t,x_2^t,x_2^t,...,x_{NP}^t\}$

其中，X_iD表示单灯向量，NP表示灯群规模，

采用随机的方式对LED灯群进行初始化，得出灯群中所有单灯的适应度值，

按照变异公式对灯群中的所有单灯进行变异计算，得到新的个体，变异公式为：

V_i，G+1＝X_r1，G+F×(X_r2，G-X_r3，G)

其中，X_r1,G、X_r2,G、X_r3,G代表第G代的单灯个体，V_i,G+1表示变异后的G+1代单灯个体，缩放因子F取[0，2]之间的实数，

按照个体交叉公式对所有灯群中的单灯进行交叉计算，获得新的子代个体，个体交叉公式为：

$U_{ij,G}=\left\{\begin{array}{ccc}\begin{array}{c}{V}_{ij,G+1}\\ X_{ij,G}\end{array}& if& rand\≤CRorj=I_G\end{array}\right.$

其中，CR代表全体中的个体交叉概率，CR和rand为在[0,1]之间的随机数，I_G为在[1,N]之间随机挑选的一个整数，V_ij,G+1为变异产生的子代单灯个体，X_ij,G为父代单灯个体，

根据选择公式对得到的子代个体进行计算并获得新的子代个体，当计算的最优解达到了使室内照度值误差小于10LUX时，停止计算，其中，选择公式为：

$U_{i,G+1}=\left\{\begin{array}{cc}{U}_{i,G},& f(U_i,G)>f(X_i,G)\\ X_{i,G},& f(U_i,G)\≤f(X_i,G)\end{array}\right.$

其中，U_i,G为交叉计算产生的单灯个体、X_i,G为父代单灯个体，U_i,G+1为计算产生的新一代单灯个体。

10.根据权利要求6所述基于差分进化算法的自适应室内调光系统，其特征在于，

所述预定个数n＝M/2+1，所述预定时间t≥10min。