CN106815470A - 一种办公场景照明环境对视觉健康影响的评估方法 - Google Patents

Abstract

一种办公场景照明环境对视觉健康影响的评估方法，测量当前工作面照度、亮度、色温、灯具位置、工作环境面积和照明功率，采用视觉舒适度、照度均匀度、频闪、亮度分布、眩光、色温和照明功率密度等7个指标，经过多次测量实际照明场景的数据计算得到这7个指标的数据，运用熵权法确定指标权重，最后得出综合评分。本发明提供了一种指标系统完善、易操作、且能对办公场景照明环境进行视觉健康评估的评价方法。

Description

一种办公场景照明环境对视觉健康影响的评估方法

技术领域

本发明涉及办公场景照明环境的综合评价领域，尤其是一种采用熵权法针对办公场景照明环境对视觉健康的影响进行评估的方法。

背景技术

随着我国经济的繁荣和城镇化进程的发展，照明设备由传统的煤油灯转变为蜡烛、灯泡等更为便利的工具。照明工具在带来光明的同时，也带来了对生活的影响，过强的灯光还会危及到人体的健康。现代社会里，大多数人都在办公场景下进行生产作业，譬如教室，办公室，会议室等，并且作业平均时间较之以前都相对较长。然而，长期在不协调，不健康的光照环境下进行作业，对人体的健康尤其是最直接影响到的视觉健康，有着非常大的危害。随着现代人普遍视力下降，人们越来越关注办公场景照明条件对视觉健康的影响，因此对此类办公场景照明环境对视觉健康的影响进行一种综合评估，使其量化表现出来就显得十分的必要。

目前，专门针对视觉健康影响的照明环境评估的技术方案没有很多。比如林丹丹在《关于中小学生视力健康与光照环境关系的实验研究》中利用定制的实验室模拟出中小学生教室和家庭的用光环境，通过视觉作业功效分析、医疗仪器检测及主观评价的方法来分析和研究最适合中小学生学习环境作业的照明条件；杨帆在《多款不同光参数LED教室灯对视觉健康舒适度的影响》中从LED教室灯对人眼的影响角度，对LED光源频闪和波动深度两个重要光参数入手，研究LED光源对人眼视觉健康舒适度的影响。但对室内光环境的综合评估的技术方案已然很多，具有借鉴意义。比如李书明在《办公建筑室内环境质量评价模型研究》中通过热环境、空气品质、声环境、光环境等对室内环境进行了评价；黄彦在《城市建筑物景观照明标准值确定方法研究》中对建筑物景观照明光环境进行了研究；张飞在《混合照明环境下室内照度均一性控制》中应用自适应模糊控制对混合照明光环境进行了相关研究。

发明内容

为了解决现有技术方案评价指标不完善，评估对象单一等缺点，同时针对视觉健康这一方面进行分析评估，本发明提供了一种指标系统完善、易操作、且能对办公场景照明环境进行视觉健康评估的评价方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种办公场景照明环境对视觉健康影响的评估方法，所述评估方法包括如下步骤：

1)测量当前工作面的照度值E并计算视觉舒适度Z。所述视觉舒适度Z按照公式(1)计算，

对Z无量纲标准化处理视觉舒适度水平ZL，包括：①当Z＜0时,Z＝0；②当Z≥0时，ZL＝Z；

2)测量工作表面的最小照度值E_m和平均照度值计算照度均匀度F，所述均匀度F按照公式(2)计算，

对照度均匀度进行无量纲标准化处理得到照度均匀度水平FL，所述照度均匀度水平包括：①当F<0.7或F>1时，照度均匀度水平FL为0；②当F在0.7-1时在，亮度水平FL按照公式(3)计算，

3)测量室内照明环境的最大光通量A和最小光通量B，计算室内照明环境的闪烁百分比PF来衡量频闪的影响，所述闪烁百分比PF按照公式(4)计算，

其中，A为最大光通量，B为最小光通量，PF为闪烁百分比；

对照明环境的闪烁百分比进行无量纲标准化处理得到频闪水平，频闪水平按照公式(5)计算：

PFL＝1-PF (5)

4)测量周围环境亮度L_b和作业面亮度L，计算亮度分布LD，所述亮度分布LD根据公式(6)计算，

对亮度分布进行无量纲标准化处理得到亮度分布水平S,包括：①当LD<2/3或LD>1结果为S＝0；②当LD处于(2/3,1)之间，S根据公式(7)计算，

5)计算不舒适眩光指数UGR并无量纲标准化处理得到不舒适眩光水平B，所述不舒适眩光指数UGR按照公式(8)计算，

其中，UGR为统一眩光指数；L_b为背景亮度；L_n为观测点方向灯具的亮度；a为UGR计算系数；Ω_n为灯具有效发光面积对测试点形成的可视立体角；P为灯具的位置指数；

对求得不舒适眩光指数UGR进行无量纲标准化处理得到不舒适眩光水平，所述不舒适亮光水平包括：①当0＜UGR＜10时，不舒适眩光水平B为1；②10＜UGR＜13时，不舒适眩光水平B为5/6；③13＜UGR＜16时，不舒适眩光水平B为2/3；④16＜UGR＜19时，不舒适眩光水平B为1/2；⑤19＜UGR＜22时，不舒适眩光水平为1/3；⑥22＜UGR＜25时，不舒适眩光水平B为1/6；⑦25＜UGR＜28时，不舒适眩光水平B为0；

6)测量当前工作面主要照明灯具的色温，用色温舒适度P来对色温这一指标进行无量纲标准化处理，所述色温舒适度按照公式(10)计算，

其中，P为色温舒适感，T为色温，以百万开尔文为单位，α、β为预设系数；

7)获取当前办公场景下所有照明设备的总功率P，测量当前被照明空间的平面面积S，计算照明功率密度D，所述照明功率密度按照公式(11)计算，

对照明功率密度进行无量纲标准化处理得到照明功率密度水平DL，包括：①当D≤8W/m²时，照明功率密度水平DL为1；②当D≥9W/m²时，照明功率密度水平DL为0；③当亮度在8-9W/m²时，照明功率密度水平DL＝9-D；

8)获取多组上述所提7项指标的数据结果，如表1所示

表1

m指数据组数，I₁-I₇代表上述7个指标,r_ij代表第j个指标第i次的评价值，i∈(1,m),j∈(1,7)；

按照公式(12)计算第j个指标下第i个项目的指标值的比重，

按照公式(13)计算第j个指标的熵值，

按照公式(14)计算第j个指标的熵权，

最终得出各个指标权重，如表2所示，

表2

9)根据视觉舒适度、照度均匀度、频闪、亮度分布、眩光、色温和照明功率密度等7个指标的评价值和权重分布，得出办公场景照明环境对视觉健康影响的综合评分Q，所述综合评分Q按照公式(15)计算，

Q＝w₁·ZL+w₂·FL+w₃·PFL+w₄·S+w₅·B+w₆·P+w₇·DL (15)。

进一步，所述5)中，灯具的位置指数P按照公式(9)计算，

其中，α为光源光线与视线方向以及垂直方向所在平面的夹角；β为光源与观察者连线与视线方向的夹角。

本发明的技术构思为：采用视觉舒适度、照度均匀度、频闪、亮度分布、眩光、色温和照明功率密度等7个指标，多次测量数据得到这7个指标的多组数据，运用熵权法确定指标权重，得出综合评分。

本发明的有益效果主要表现在：通过已有数据，运用熵权法对照明环境对视觉健康的影响做综合评价，受主观因素影响小，且评估结果较为全面，能说明问题。

附图说明

图1是办公场景光照环境对视觉健康影响的评估体系结构图。

图2是计算位置指数P的角度示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1、图2，一种办公场景照明环境对视觉健康影响的评估方法，所述评估方法包括如下步骤：

1)测量当前工作面的照度值E并计算视觉舒适度Z。所述视觉舒适度Z按照公式(1)计算，

对Z无量纲标准化处理得到视觉舒适度水平ZL，包括：①当Z＜0时,Z＝0；②当Z≥0时，ZL＝Z；

2)测量工作表面的最小照度值E_m和平均照度值计算照度均匀度F，所述均匀度F按照公式(2)计算，

对照度均匀度进行无量纲标准化处理得到照度均匀度水平FL，所述照度均匀度水平包括：①当F<0.7或F>1时，照度均匀度水平FL为0；②当F在0.7-1时在，亮度水平FL按照公式(3)计算，

3)测量室内照明环境的最大光通量(A)和最小光通量(B)，计算室内照明环境的闪烁百分比(PF)来衡量频闪的影响，所述闪烁百分比(PF)按照公式(4)计算，

其中，A为最大光通量，B为最小光通量，PF为闪烁百分比。

对照明环境的闪烁百分比进行无量纲标准化处理得到频闪水平，所述频闪水平按照公式(5)计算，

PFL＝1-PF (5)

4)测量周围环境亮度L_b和作业面亮度L，计算亮度分布LD，所述亮度分布LD根据公式(6)计算，

再进一步，对亮度分布进行无量纲标准化处理得到亮度分布水平S,包括：①当LD<2/3或LD>1结果为S＝0；②当LD处于(2/3,1)之间，S根据公式(7)计算，

5)计算不舒适眩光指数UGR并无量纲标准化处理得到不舒适眩光水平B，所述不舒适眩光指数UGR按照公式(8)计算，

其中，UGR为统一眩光指数；L_b为背景亮度；L_n为观测点方向灯具的亮度；a为UGR计算系数；Ω_n为灯具有效发光面积对测试点形成的可视立体角；P为灯具的位置指数。

进一步，灯具的位置指数P按照公式(9)计算，

其中，α为光源光线与视线方向以及垂直方向所在平面的夹角；β为光源与观察者连线与视线方向的夹角。

对求得不舒适眩光指数UGR进行无量纲标准化处理得到不舒适眩光水平，所述不舒适亮光水平包括：①当0＜UGR＜10时，不舒适眩光水平B为1；②10＜UGR＜13时，不舒适眩光水平B为5/6；③13＜UGR＜16时，不舒适眩光水平B为2/3；④16＜UGR＜19时，不舒适眩光水平B为1/2；⑤19＜UGR＜22时，不舒适眩光水平为1/3；⑥22＜UGR＜25时，不舒适眩光水平B为1/6；⑦25＜UGR＜28时，不舒适眩光水平B为0。

6)测量当前工作面主要照明灯具的色温，用色温舒适度P来对色温这一指标进行无量纲化，所述色温舒适度按照公式(10)计算，

其中为色温舒适感，T为色温(以百万开尔文为单位)，α、β分别取160.37、185.51。

所述色温舒适感P在色温值T＝6236K时达到最大值1。

7)获取当前办公场景下所有照明设备的总功率P，测量当前被照明空间的平面面积S，计算照明功率密度D。所述照明功率密度按照公式(11)计算，

对照明功率密度进行无量纲标准化得到照明功率密度水平DL，包括：①当D≤8W/m²时，照明功率密度水平DL为1；②当D≥9W/m²时，照明功率密度水平DL为0；③当亮度在8-9W/m²时，照明功率密度水平DL＝9-D。

8)获取多组上述所提7项指标的数据结果，如表1所示

表1

注：m指数据组数，为叙述方便I₁-I₇代表上述7个指标,r_ij代表

第j个指标第i次的评价值，i∈(1,m),j∈(1,7)

按照公式(12)计算第j个指标下第i个项目的指标值的比重，

按照公式(13)计算第j个指标的熵值，

按照公式(14)计算第j个指标的熵权，

最终得出各个指标权重，如表2所示，

表2

9)根据视觉舒适度、照度均匀度、频闪、亮度分布、眩光、色温和照明功率密度等7个指标的评价值和权重分布，进一步得出办公场景照明环境对视觉健康影响的综合评分Q，所述综合评分Q按照公式(15)计算，

Q＝w₁·ZL+w₂·FL+w₃·PFL+w₄·S+w₅·B+w₆·P+w₇·DL (15)。

如图1所示，图1中目标层为视觉健康影响综合评分，决策层为视觉舒适度、照度均匀度、频闪、亮度分布、眩光、色温和照明功率密度等7个指标。

如图2所示，图2中α为光源光线与视线方向以及垂直方向所在平面的夹角；β为光源与观察者连线与视线方向的夹角。

实例：在室内办公环境用眼健康影响评估方法中，测得室内光照度E为358Lx，通过公式计算得到视觉舒适度Z为0.12，进行无量纲标准化处理得到视觉舒适度水平ZL＝0.12。测得最小照度值E_m为282Lx和平均照度值为358Lx，根据公式计算得到照度均匀度F为0.80，通过无量纲标准化处理得到照度均匀度水平FL为0.34。测得室内照明环境的最大光通量A为360Lm/m²和最小光通量B为269.94Lm/m²，计算得出闪烁百分比PF为0.14，无量纲标准化后得到频闪水平PFL为0.86。测得周围环境亮度L_b为67.32cd/m²和作业面亮度L为85.46cd/m²，计算亮度分布LD为0.79，进一步，无量纲标准化处理计算得到亮度分布水平S为0.36。测得观测点方向灯具的亮度L_n为72.57cd/m²，所述光源光线与视线方向以及垂直方向所在平面的夹角α为21.78，以及该光源与观察者连线和视线方向的夹角β为56.18，进一步，计算可得所述位置指数P为1.03再进一步，计算可得所述不舒适眩光指数UGR为9.21，再进一步，无量纲标准化处理可得所述不舒适眩光水平B为1。测量当前工作面主要照明灯具的色温T为5712K，进行无量纲标准化计算得到色温舒适度P为0.99。测量当前办公场景下所有照明设备的总功率P为80W以及当前被照明空间的平面面积S为9.5m²，计算照明功率密度D为8.42，进一步进行无量纲标准化处理得到照明功率密度水平DL为0.58。测量多组实际场景数据并用熵权法得到所述视觉舒适度水平ZL、照度均匀度水平FL、频闪水平PFL、亮度分布水平S、不舒适眩光水平B、色温舒适度P和照明功率密度水平DL各项指标权重，权重分别为0.165、0.271、0.030、0.248、0.038、0.032、0.214。计算可得所述办公场景照明环境对视觉健康影响的综合评分Q＝0.165×ZL+0.271×FL+0.030×PFL+0.248×S+0.038×B+0.032×P+0.214×DL＝0.422。

Claims (2)

1.一种办公场景照明环境对视觉健康影响的评估方法，其特征在于：所述评估方法包括如下步骤：

1)测量当前工作面的照度值E并计算视觉舒适度Z，所述视觉舒适度Z按照公式(1)计算，

$\begin{array}{c}Z=\frac{1}{1.06}\&lsqb;-3268.88+2615.94\ln E-783.467{\left(\ln E\right)}^2\\ +104.054{\left(\ln E\right)}^3-5.16891{\left(\ln E\right)}^4\&rsqb;\end{array}---\left(1\right)$

对Z无量纲标准化处理得到视觉舒适度水平ZL，包括：①当Z＜0时,Z＝0；②当Z≥0时，ZL＝Z；

2)测量工作表面的最小照度值E_m和平均照度值计算照度均匀度F，所述均匀度F按照公式(2)计算，

$F=\frac{E_m}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}---\left(2\right)$

对照度均匀度进行无量纲标准化处理得到照度均匀度水平FL，所述照度均匀度水平包括：①当F<0.7或F＞1时，照度均匀度水平FL为0；②当F在0.7-1时在，亮度水平FL按照公式(3)计算，

$FL=\frac{F-0.7}{1-0.7}---\left(3\right)$

3)测量室内照明环境的最大光通量A和最小光通量B，计算室内照明环境的闪烁百分比PF来衡量频闪的影响，所述闪烁百分比PF按照公式(4)计算，

$PF=\frac{A-B}{A+B}\&CenterDot;100\%---\left(4\right)$

其中，A为最大光通量，B为最小光通量，PF为闪烁百分比；

对照明环境的闪烁百分比进行无量纲标准化处理得到频闪水平，频闪水平按照公式(5)计算：

PFL＝1-PF (5)

4)测量周围环境亮度L_b和作业面亮度L，计算亮度分布LD，所述亮度分布LD根据公式(6)计算，

$LD=\frac{L_b}{L}---\left(6\right)$

对亮度分布进行无量纲标准化处理得到亮度分布水平S,包括：①当LD<2/3或LD＞1结果为S＝0；②当LD处于(2/3,1)之间，S根据公式(7)计算，

$S=\frac{LD-2/3}{1-2/3}---\left(7\right)$

5)计算不舒适眩光指数UGR并无量纲标准化处理得到不舒适眩光水平B，所述不舒适眩光指数UGR按照公式(8)计算，

$UGR=alg\&lsqb;\frac{b}{L_b}\&times;\mathrm{\&Sigma;}\frac{L_n^2\&times;{\mathrm{\&Omega;}}_n}{P_n^2}\&rsqb;---\left(8\right)$

其中，UGR为统一眩光指数；L_b为背景亮度；L_n为观测点方向灯具的亮度；a为UGR计算系数；Ω_n为灯具有效发光面积对测试点形成的可视立体角；P为灯具的位置指数；

对求得不舒适眩光指数UGR进行无量纲标准化处理得到不舒适眩光水平，所述不舒适亮光水平包括：①当0＜UGR＜10时，不舒适眩光水平B为1；②10＜UGR＜13时，不舒适眩光水平B为5/6；③13＜UGR＜16时，不舒适眩光水平B为2/3；④16＜UGR＜19时，不舒适眩光水平B为1/2；⑤19＜UGR＜22时，不舒适眩光水平为1/3；⑥22＜UGR＜25时，不舒适眩光水平B为1/6；⑦25＜UGR＜28时，不舒适眩光水平B为0；

6)测量当前工作面主要照明灯具的色温，用色温舒适度P来对色温这一指标进行无量纲标准化，所述色温舒适度按照公式(10)计算，

$P=100\%\&times;e^{-\left(\frac{(1/T)-\mathrm{\&alpha;}}{\mathrm{\&beta;}}\right)}---\left(10\right)$

其中，P为色温舒适感，T为色温，以百万开尔文为单位，α、β为预设系数；

7)获取当前办公场景下所有照明设备的总功率P，测量当前被照明空间的平面面积S，计算照明功率密度D，所述照明功率密度按照公式(11)计算，

$D=\frac{P}{S}---\left(11\right)$

对照明功率密度进行无量纲标准化处理得到照明功率密度水平DL，包括：①当D≤8W/m²时，照明功率密度水平DL为1；②当D≥9W/m²时，照明功率密度水平DL为0；③当亮度在8-9W/m²时，照明功率密度水平DL＝9-D；

8)获取多组上述所提7项指标的数据结果，如表1所示

表1

m指数据组数，I₁-I₇代表上述7个指标,r_ij代表第j个指标第i次的评价值，i∈(1,m),j∈(1,7)；

按照公式(12)计算第j个指标下第i个项目的指标值的比重，

$P_{ij}=r_{ij}/{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^m{r}_{ij}---\left(12\right)$

按照公式(13)计算第j个指标的熵值，

$e_j=-{\mathrm{k\&Sigma;}}_{i=1}^m{P}_{ij}\&CenterDot;\ln P_{ij},k=1/\ln m---\left(13\right)$

按照公式(14)计算第j个指标的熵权，

$w_j=(1-e_j)/{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^7(1-e_j)---\left(14\right)$

最终得出各个指标权重，如表2所示，

表2

9)根据视觉舒适度、照度均匀度、频闪、亮度分布、眩光、色温和照明功率密度等7个指标的评价值和权重分布，得出办公场景照明环境对视觉健康影响的综合评分Q，所述综合评分Q按照公式(15)计算，

Q＝w₁·ZL+w₂·FL+w₃·PFL+w₄·S+w₅·B+w₆·P+w₇·DL (15)。

2.如权利要求1所述的一种办公场景照明环境对视觉健康影响的评估方法，其特征在于：所述步骤5)中，灯具的位置指数P按照公式(9)计算，

$p=\exp \&lsqb;(35.2-0.31889\mathrm{\&alpha;}-1.22e^{\frac{-2\mathrm{\&alpha;}}{9}}){10}^{-3}\mathrm{\&beta;}+(21+$

$0.26667\mathrm{\&alpha;}-0.002963{\mathrm{\&alpha;}}^2){10}^{-5}{\mathrm{\&beta;}}^2\&rsqb;---\left(9\right)$

其中，α为光源光线与视线方向以及垂直方向所在平面的夹角；β为光源与观察者连线与视线方向的夹角。