CN114046877B - 一种基于光照度的照明设备故障判断方法 - Google Patents

一种基于光照度的照明设备故障判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于光照度的照明设备故障判断方法，包括以下步骤：设置至少2个采集点和若干照明设备，获取对应每个采集点的照明设备的正常照度贡献值；若干照明设备组成光源组，获取光源组所有工作状态，根据正常照度贡献值算出每种工作状态对应初始照度贡献值；利用照度传感器在采集点上获取光源组的实际照度值，选取与实际照度值最接近的初始照度贡献值对应的光源组的工作状态；根据选取的工作状态判断照明设备是否存在故障。本发明实时收集照明环境的照度变化情况，根据照明环境的照度变化情况判断照明灯具是否故障，准确获得照明灯的具体位置。

Description

一种基于光照度的照明设备故障判断方法
技术领域
本发明涉及光照度技术领域，尤其是一种基于光照度的照明设备故障判断方法。
背景技术
在大型室内工作场地如火车站、厂房、大型商场等，在控制照明灯具传统使用的是人为定时开关或根据环境如太阳光等提供的照度值达到一定的数值时进行自动开关等方法，都是人为主动对照明灯具进行开关控制，并没有反馈实际环境的亮度情况，从而也不能准确给运维人员提供真实的现场亮度情况及设备工作状况，比如线路控制开关失效或发生照明灯具破损、老化、照明回路故障等引起的不发光或发光变暗的情况引起的亮度不能满足日常的工作和生活要求的情况，参考中国专利公开号为CN206713116U的建筑照明故障监控系统，其监控节点通过CAN总线连接着上位机，监控节点中的红外探测模块、照度检测模块、故障检测模块、调压模块的输出端连接着主控制器的输入端，主控制器的输出端连接着故障提醒模块、备用照明灯组、照明灯组的输入端，照明灯组连接着故障检测模块，交流电源的输出端连接着备用电源模块、调压模块的输入端，备用电源模块的输出端连接着调压模块的输入端，总线控制器连接着主控制器、总线驱动器，总线驱动器连接着CAN总线。现有技术通过对照明回路的负载数据监测，可以获得回路存在照明灯具故障的现象，但是无法准确了解故障灯具的具体位置。
发明内容
本发明解决了现有技术仅通过对照明回路的负载数据监测，只能获得回路存在照明灯具故障的现象，无法准确获知故障灯具的具体位置的问题，提出一种基于光照度的照明设备故障判断方法，实时收集照明环境的照度变化情况，根据照明环境的照度变化情况判断照明灯具是否故障，准确获得照明灯的具体位置。
为实现上述目的，提出以下技术方案：
一种基于光照度的照明设备故障判断方法，包括以下步骤：
S1，设置至少2个采集点和若干照明设备，获取对应每个采集点的所有照明设备的正常照度贡献值；
S2，若干照明设备组成光源组，获取光源组所有工作状态，根据正常照度贡献值算出每种工作状态对应初始照度贡献值；
S3，构建光场分布判断模型，所述光场分布判断模型包括总判断层和至少2个子判断层，每个采集点对应一个子判断层，将每个采集点采集到的每种工作状态对应初始照度贡献值作为子判断层的判断阈值；
S4，利用照度传感器在采集点上获取光源组的实际照度值，子判断层选取与实际照度值最接近的初始照度贡献值对应的光源组的工作状态发送到总判断层，所述总判断层整合判断子判断层选取的工作状态，得到最终的工作状态；
S5，根据最终的工作状态判断照明设备是否存在故障。
本发明在设置时采集点与照明设备的相对位置是固定的，采集点上的照度传感器实时收集照明环境的照度变化情况，还可以根据照度变化情况绘制现场亮度分布图，让工作人员能够及时准确的了解工作现场实际用亮情况。每种工作状态对应初始照度贡献值为预设理想的照度值，实际照度值为测量照度值，根据预设理想照度值和采集到的测量照度值比较，来判断当前照明灯具有效发光情况，如果有理想照度值与测量照度值有差异，根据每个照明灯具对光照传感器的照度贡献值大小，来判断是否满足该差异值，如满足，即选出与实际照度值最接近的初始照度贡献值对应的光源组的工作状态，表明该照明灯具未在该时刻提供有效的光照照度，即可准确判定该照明灯具发生故障。
作为优选，所述S1具体包括以下步骤：
S101，照明设备逐一安装，每个照明设备安装完毕后开启；
S102，每个采集点上设有照度传感器，第一个照明设备安装完毕并开启后，该采集点上的照度传感器获取的照度值为第一个照明设备对应该采集点的正常照度贡献值；
S103，从第二个照明设备开始，照明设备安装完毕并开启后，该采集点上的照度传感器获取的照度值与上一次获得的照度值的差值为第二个照明设备对应该采集点的正常照度贡献值。
本发明在照明设备安装时顺带获取照明设备对采集点的正常照度贡献值，方便后续计算每种工作状态对应初始照度贡献值，初始照度贡献值即预设理想的照度值。
作为优选，所述照明设备的状态分为亮和灭，所述光源组所有工作状态包括所有照明设备的亮灭组合。由于照明设备的状态分为亮和灭，因此光源组的工作状态包括全部亮、部分亮和全部灭的亮灭组合。
作为优选，根据正常照度贡献值算出每种工作状态对应初始照度贡献值的过程如下：
S201，选取每种工作状态下对应状态为亮的照明设备的正常照度贡献值；
S202，计算所有对应状态为亮的照明设备的正常照度贡献值的和作为对应每种工作状态的初始照度贡献值。
本发明利用多光源对同一物体的光照度值具有线性叠加性的原理，将所有对应状态为亮的照明设备的正常照度贡献值的和作为对应每种工作状态的初始照度贡献值。
作为优选，所述S4具体包括以下步骤：
S401，利用照度传感器在采集点上获取光源组的实际照度值；
S402，计算每种工作状态对应初始照度贡献值与实际照度值的比值；
S403，算出每种工作状态对应初始照度贡献值与实际照度值的比值减去1的差值；
S404，选出大于0的最小差值对应的初始照度贡献值作为与实际照度值最接近的初始照度贡献值；
S405，选取与该初始照度贡献值对应的工作状态。
本发明考虑到照明光源的照度贡献值不可能大于初始照度贡献值，只能在0到初始照度贡献值之间。所以比例值只能小于1，大于1为不可能的情况。当计算比例为小于1且更接近1时，表示实际照度值就更可能是初始照度贡献值本身，也即表示照明灯具为亮的状态，反之，就越是不为亮的情况。
作为优选，所述S5具体包括以下步骤：
S501，启动要测试的光源组的所有照明设备，此时默认所有照明设备的状态全亮；
S502，根据选取的工作状态的照明设备的亮灭组合，获得照明设备的亮灭状态；
S503，判断是否出现状态为灭的照明设备，若是则判断该照明设备为故障照明设备，若否则判断光源组无故障。
作为优选，所述总判断层整合判断子判断层选取的工作状态，得到最终的工作状态的过程包括：
a）判断是否存在选取的工作状态相同的子判断层，若是，进入b）；若否，认定判断失败；
b）判断每两个子判断层选取的工作状态对应的初始照度贡献值的比值是否在设定阈值内，若是，则认定判断成功，总判断层输出该相同的工作状态作为最终的工作状态，若否，则认定判断失败。本发明能够扩展到多个照度传感器同时照明灯具的故障方法，即分别计算本传感器下的灯具发光情况，再将结果统计计算比较，可踢去误报或数据计算偏差引起的不准确的情况，得到更准确的检测结果。
本发明的有益效果是：
1、存在预先根据照度传感器下多光源状态计算各类状态的估计值方法，能够减少实际运行的计算工作量；
2、存在预先根据照度传感器下多光源状态计算各类状态的估计值方法，能够扩展到多个照度传感器同时照明灯具的故障方法，即分别计算本传感器下的灯具发光情况，再将结果统计计算比较，可踢去误报或数据计算偏差引起的不准确的情况，得到更准确的检测结果；
3、存在预先根据照度传感器下多光源状态计算各类状态的估计值方法，能够扩展到不是一个开关控制照度传感器下的所有灯源发光的情况。
附图说明
图1是实施例1的流程图；
图2是实施例1的照度传感器与照明设备位置关系图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提出一种基于光照度的照明设备故障判断方法，参考图1，包括以下步骤：
S1，设置2个采集点和3照明设备，以2个照度传感器（T1、T2）收集3个照明光源(P0、P1、P2)的照度值为例，获取对应每个采集点的照明设备的正常照度贡献值；S1具体包括以下步骤：
S101，照明设备逐一安装，每个照明设备安装完毕后开启；
S102，每个采集点上设有照度传感器，第一个照明设备安装完毕并开启后，该采集点上的照度传感器获取的照度值为第一个照明设备对应该采集点的正常照度贡献值；
S103，从第二个照明设备开始，照明设备安装完毕并开启后，该采集点上的照度传感器获取的照度值与上一次获得的照度值的差值为第二个照明设备对应该采集点的正常照度贡献值。
多光源对同一物体的光照度值具有线性叠加性。将一个照度传感器置于一个具有多光源的工作环境，参考图2，每个照明设备都会对该照明传感器有固定的正常照度贡献值，其中照明设备P0的正常照度贡献值E0距离平方反比定律的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中I0为被照点光强；
按照光强定义：光源在立体角度内发出的光通量，可推算出照明设备P0当前具体的光通量
Figure DEST_PATH_IMAGE004
数值，推算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为立体角，即物体表面对点光源形成的角，为常量。
通过如上的公式换算，可以推算出当前对影响照度传感器数值变化的所有光源的光通量
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（其中i为1、2、3、……）。
在通过平均照度计算公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中：Eav为工作面平均照度，单位为lx；N为照明设备数；A为工作面面积，单位为平方米；K为维护系数，通常取值范围0.3-0.8；U为利用系数。
利用系数U换算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
其中:
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为照明设备发出的最后落到工作面上的光通量，单位为lm；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为每个照明设备中光源额定总通量，单位为lm；
可计算出当前时刻工作环境下任意一个点的照度值。并可通过计算出的照度值绘出光亮分布图。
S2，3个照明设备组成光源组，获取光源组所有工作状态，根据正常照度贡献值算出每种工作状态对应初始照度贡献值；照明设备的状态分为亮和灭，光源组所有工作状态包括所有照明设备的亮灭组合，参考表一。
表一 照明设备的亮灭组合表
状态 照明设备1 照明设备2 照明设备3
1 亮 亮 亮
2 亮 亮 暗
3 亮 暗 亮
4 亮 暗 暗
5 暗 亮 亮
6 暗 亮 暗
7 暗 暗 亮
8 暗 暗 暗
根据正常照度贡献值算出每种工作状态对应初始照度贡献值的过程如下：
S201，选取每种工作状态下对应状态为亮的照明设备的正常照度贡献值；
S202，计算所有对应状态为亮的照明设备的正常照度贡献值的和作为对应每种工作状态的初始照度贡献值。
本实施例以单个照度传感器收集3个照明光源的照度值为例：由于照度传感器T1（x,y,z）与照明灯源P0(x0,y0,z0)具有相对固定的安装位置，所以按照照度与光强的距离换算关系
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，可以推算出在照明光源发光的情况下，即光强I0有输出时，该照明灯源为照度传感器的照度贡献值有非0值，其大小与光强I0有固定比率关系。
因为照度传感器的照度值Emax为3个照明光源提供的贡献值之和，换算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
。
S3，构建光场分布判断模型，所述光场分布判断模型包括总判断层和至少2个子判断层，每个采集点对应一个子判断层，将每个采集点采集到的每种工作状态对应初始照度贡献值作为子判断层的判断阈值；得到最终的工作状态的过程包括：
a）判断是否存在选取的工作状态相同的子判断层，若是，进入b）；若否，认定判断失败；
b）判断每两个子判断层选取的工作状态对应的初始照度贡献值的比值是否在设定阈值内，若是，则认定判断成功，总判断层输出该相同的工作状态作为最终的工作状态，若否，则认定判断失败。
利用照度传感器在采集点上获取光源组的实际照度值，子判断层选取与实际照度值最接近的初始照度贡献值对应的光源组的工作状态发送到总判断层，所述总判断层整合判断子判断层选取的工作状态，得到最终的工作状态；S4具体包括以下步骤：
S401，利用照度传感器在采集点上获取光源组的实际照度值；
S402，计算每种工作状态对应初始照度贡献值与实际照度值的比值；
S403，算出每种工作状态对应初始照度贡献值与实际照度值的比值减去1的差值；
S404，选出大于0的最小差值对应的初始照度贡献值作为与实际照度值最接近的初始照度贡献值；
S405，选取与该初始照度贡献值对应的工作状态。
假设3个照明设备对照度探测器正常照度贡献值分别为E10、E20、E30，则照度传感器在3个照明设备全亮时初始照度贡献值EC0=E10+E20+E30。
定义某时刻照度传感器获得的照度值为EC1，3个照明光源的估算照度值分别为E11、E21、E31；
假设当前三个照明光源全亮,即满足下列公式：
EC0=E10+E20+E30；
EC1=E11+E21+E31；
按照与初始照度贡献值同分布来估算各个照度贡献值，计算公式为：
E11=(E10/EC0)*EC1；
E21=(E20/EC0)*EC1；
E31=(E30/EC0)*EC1；
定义估算照度贡献值与初始照度贡献值关系如下：
E11=K1*E10；
E21=K2*E20；
E31=K3*E30；
则可推出：
K1*E10=(E10/EC0)*EC1；
K2*E20=(E20/EC0)*EC1；
K2*E30=(E20/EC0)*EC1；
结果为：
K1=EC1/EC0；
K2=EC1/EC0；
K3=EC1/EC0；
得出在任何时刻如果光照度贡献值满足同分布，所有照明设备的正常照度贡献值与初始照度贡献值是同比例的，只与当前测得的照度值和初始照度值大小相关，与照明光源的多少无关，均满足“当前照度值/初始照度值”。
考虑到照明设备的正常照度贡献值不可能大于初始照度贡献值，只能在0到初始照度贡献值之间。所以比例值只能小于1，大于1为不可能的情况。
当计算比例为小于1且更接近1时，表示当前估算照度值就更可能是初始照度贡献值本身，也即表示照明灯具为亮的状态，反之，就越是不为亮的情况。
具体处理过程如下：
当前为1个照度传感器和3个照明设备，能够推算8个状态下的计算出的初始照度贡献值EGi，其中i=1/2/3/4/5/6/7/8的数据分布。具体照度初始分布换算如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
假设当前获得的照度传感器测量的实际照度值为EC，比较（EG1/EC-1、EG2/EC-1、EG3/EC-1、EG4/EC-1、EG5/EC-1、EG6/EC-1、EG7/EC-1、EG8/EC-1）,按大于0的最小值情况判断为当前光源工作状态的分布位置，推出当前情况下的各个照明光源的亮/不亮工作情况。
本实施例选取了具体场景进行说明：一个照度传感器探测三个照明设备（p0、p1、p2）,额定功率均为400w，光通量为32000lm，三个照明设备离照明传感器T1水平距离分别为（1.1m,4.3m,9.6m），垂直高度为1.5m,通过换算公式得到每个光源的光度（217.525cd,80.75cd,14.65cd），每个照明设备对照度传感器额定的正常贡献照度值分别为（175.335lx,26.62lx,2.25lx），通过照度初始分布换算获得光源组所有工作状态对应的初始照度贡献值的分布值为（204.21,201.96,177.59、175.34,28.87,26.62,2.25,0.00），单位为lx，如果当前照度探测器探测的照度值EC为176，按照计算公式（EG1/EC-1、EG2/EC-1、EG3/EC-1、EG4/EC-1、EG5/EC-1、EG6/EC-1、EG7/EC-1、EG8/EC-1）得结果值（0.160、0.158、0.009、-0.004、-0.836、-0.849、-0.987、-1.00），比较结果大于0的最小值为0.009，为第3种情况，即p0和p2灯亮，p1不亮。
由于对于照明光源P0，根据其光通量
Figure DEST_PATH_IMAGE025
与光强I0的关系（
Figure DEST_PATH_IMAGE026
）和照度E0与光强I0的关系（
Figure DEST_PATH_IMAGE028
）可以推出光通量
Figure 178707DEST_PATH_IMAGE025
与照度E0的关系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
由于照明设备P0到照度传感器T1在使用过程中距离保持不变，立体角固定，所以照度额定贡献值E01与照明光源P0的光通量为线性关系，同理，照明光源P0与照度传感器T2也存在照度额定贡献值E02与照明光源P0的光通量为线性关系，由于照明光源P0的光通量是唯一值，所以可以推导出E01与E02为线性关系为：
E02=K0*E01；
其比例系数K0为固定值，其值大小为：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
其中：r0为P0到T1的距离；
r1为P0到T2的距离；
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为T1与P0形成的立体角；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为T2与P0形成的立体角；
通过此线性关系，来判断当前通过照度传感器T1获得的照度值推断的照明灯源的光亮分布情况，和通过照度传感器T2获得的照度值推断的照明设备的光亮分布情况是否一致来确定推断的准确性，具体过程如下：
假设照明照明设备P0在实际开灯的情况下，对照度传感器T1和T2的照度值都有贡献值；推断分为几种情况：
a)当其在照度传感器T1的照度值下判断为亮，如果其在照度传感器T2的照度值下判断判断为不亮，两个推断不一致，推断失败；
b)当其在照度传感器T1的照度值下判断判断为亮，推算出照度贡献值为E11，另一方面其在照度传感器T2的照度值下判断判断也为亮，推算出照度贡献值为E12，如果E12=K1*E11，K1为比例系数，推断照明光源P0在通过两个照明传感器的获得值的推算为亮的结果是一致的；依次类推，当所有相关的照明光源在两个照明传感器下获得的亮的推断结果均一致，则表明当前推断为真实的；如果有照明光源不满足比例关系，则推断结果为失败；
c)如果本次推断结果判断为失败，则可依次获取其他判断结果进行对比，直到满足b）步下的结果；
d)如果所有的推断结果都判断为失败，则表明照明传感器出现故障；
通过对比照明光源工作正常与否，判断照明光源是否有故障，可结合具体照明灯源是否应该工作的情况，来判断该光源是否有故障发生，只有在该灯源应该发亮时能够获得判断结果。
S5，根据选取的工作状态判断照明设备是否存在故障。
S5具体包括以下步骤：
S501，启动要测试的光源组的所有照明设备，此时默认所有照明设备的状态全亮，即p0、p1和p2全亮；
S502，根据选取的工作状态的照明设备的亮灭组合，获得照明设备的亮灭状态，即p0和p2灯亮，p1不亮；
S503，判断是否出现状态为灭的照明设备，若是则判断该照明设备为故障照明设备，若否则判断光源组无故障，此时出现p1不亮，判断照明设备p1为故障照明设备。

Claims (5)

1.一种基于光照度的照明设备故障判断方法，其特征是，包括以下步骤：
S1，设置至少2个采集点和若干照明设备，获取对应每个采集点的所有照明设备的正常照度贡献值；
S2，若干照明设备组成光源组，获取光源组所有工作状态，根据正常照度贡献值算出每种工作状态对应的初始照度贡献值；所述照明设备的状态分为亮和灭，所述光源组所有工作状态包括所有照明设备的亮灭组合；
S3，构建光场分布判断模型，所述光场分布判断模型包括总判断层和至少2个子判断层，每个采集点对应1个子判断层，将每个采集点采集到的每种工作状态对应初始照度贡献值作为子判断层的判断阈值；
S4，利用照度传感器在采集点上获取光源组的实际照度值，子判断层选取与实际照度值最接近的初始照度贡献值对应的光源组的工作状态发送到总判断层，所述总判断层整合判断子判断层选取的工作状态，得到最终的工作状态；
S5，根据最终的工作状态判断照明设备是否存在故障；包括以下步骤：
S501，启动要测试的光源组的所有照明设备，此时默认所有照明设备的状态全亮；
S502，根据选取的工作状态的照明设备的亮灭组合，获得照明设备的亮灭状态；
S503，判断是否出现状态为灭的照明设备，若是则判断该照明设备为故障照明设备，若否则判断光源组无故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于光照度的照明设备故障判断方法，其特征是，所述S1具体包括以下步骤：
S101，照明设备逐一安装，每个照明设备安装完毕后开启；
S102，每个采集点上设有照度传感器，第一个照明设备安装完毕并开启后，该采集点上的照度传感器获取的照度值为第一个照明设备对应该采集点的正常照度贡献值；
S103，从第二个照明设备开始，照明设备安装完毕并开启后，该采集点上的照度传感器获取的照度值与上一次获得的照度值的差值为第二个照明设备对应该采集点的正常照度贡献值。
3.根据权利要求1所述的一种基于光照度的照明设备故障判断方法，其特征是，根据正常照度贡献值算出每种工作状态对应初始照度贡献值的过程如下：
S201，选取每种工作状态下对应状态为亮的照明设备的正常照度贡献值；
S202，计算所有对应状态为亮的照明设备的正常照度贡献值的和作为对应每种工作状态的初始照度贡献值。
4.根据权利要求1所述的一种基于光照度的照明设备故障判断方法，其特征是，所述S4具体包括以下步骤：
S401，利用照度传感器在采集点上获取光源组的实际照度值；
S402，计算每种工作状态对应初始照度贡献值与实际照度值的比值；
S403，算出每种工作状态对应初始照度贡献值与实际照度值的比值减去1的差值；
S404，选出大于0的最小差值对应的初始照度贡献值作为与实际照度值最接近的初始照度贡献值；
S405，选取与该初始照度贡献值对应的工作状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于光照度的照明设备故障判断方法，其特征是，所述总判断层整合判断子判断层选取的工作状态，得到最终的工作状态的过程包括：
a）判断是否存在选取的工作状态相同的子判断层，若是，进入b）；若否，认定判断失败；
b）判断每两个子判断层选取的工作状态对应的初始照度贡献值的比值是否在设定阈值内，若是，则认定判断成功，总判断层输出该相同的工作状态作为最终的工作状态，若否，则认定判断失败。
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Citations (5)

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