KR102526607B1

KR102526607B1 - 광센서 조광제어 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR102526607B1
Application number: KR1020210010261A
Authority: KR
Inventors: 김인태; 조미령; 김유신; 우기찬
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2023-04-27
Also published as: KR20220107529A

Abstract

본 발명은 광센서 조광제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 천장면 또는 조명 기구에 부착되어, 기 설정된 실내 공간에 유입되는 광량을 감지하여 센싱값을 제공하는 적어도 하나 이상의 광센서; 상기 조명 기구와 대면 방향에 위치하는 실내 작업면에 설치되어, 상기 조명 기구의 직하 작업면 조도값과 상기 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 간접 조도값을 측정하여 상기 직하 작업면 조도값과 간접 조도값을 통합하여 최종 작업면 조도를 제공하는 적어도 하나 이상의 조도계; 및 상기 광센서의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습하고, 상기 학습된 일광 조도 예측 알고리즘에 따라 상기 광센서에서 감지한 센싱값에 따라 작업면 조도를 예측하고, 상기 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도를 유지하도록 하는 조명 제어기를 포함하는 것이다.

Description

광센서 조광제어 시스템 및 그 방법{Photosensor daylight dimming control system and method thereof}

본 발명은 조명 에너지 소비를 줄이기 위해 실내 입사 일광을 활용하는 광센서 조광제어 기술에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

전 세계적으로 에너지 절감에 대한 이슈가 커짐에 따라 제로에너지빌딩 구현을 위한 연구가 많이 진행되고 있고, 건물에서 소비되는 다양한 설비 중에서 조명이 차지하는 에너지 소비는 건물의 특성에 따라 다르지만 약 20~25% 정도로 큰 비중을 차지하고 있다.

최근, 건물 내 조명 에너지 절감을 위한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 특히 건물 내로 주광 유입을 이용하여 조명 에너지를 절감하는 시스템 개발이 진행되고 있다. 우리나라는 제로 에너지 빌딩을 통한 온실 가스 감축 정책을 추진하면서, 2020년부터 공공건물은 제로 에너지 건물로 기능 해야 하고, 2025년 이후에는 개인 건물이 제로 에너지 건물로 기능해야 한다.

실내 조명환경에서 요구되는 기본적인 기준인 목표 조도는 조명 기구에 의하여 유지된다. 이를 위해 조명기구는 적정 간격으로 배치되어 공간 전체에 균등한 조도를 공급할 수 있는 조건을 형성한다. 실내에서 소비되는 조명에너지는 상업용 건물에서 소비되는 전체 에너지 중에서 가장 높은 비율을 구성하고 있는 것으로 알려져 있다.

조광제어 시스템(daylight dimming control system)은 소비되는 조명에너지를 절약하기 위해, 주광(daylight)을 실내에 도입하여 조명기구와 연계하여 사용하는 것이다.

도 1은 일반적인 광센서 조광제어 시스템을 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 광센서 조광제어시스템은 실내로 유입되는 주광량을 광센서(11)가 인지하여 실내 공간에 설정된 목표 조도에 맞도록 조명기구(10)의 밝기를 조절하여 에너지를 절감하는 시스템이다. 광센서 조광 제어 시스템은 천장 또는 조명기구(10)에 부착된 광센서(11)에 의해 센싱된 주광양을 통해 실내 작업면 조도 분포를 예측할 수 있어야 한다.

이러한 광센서 조광제어시스템은 공간의 방위 및 형태, 창문의 면적, 위치 및 형태, 유리의 투과율과 반사율 등 다양한 요소에 의한 영향을 고려하더라도 조명에 사용되는 에너지의 약 30~60%를 절감할 수 있다.

광센서 조광제어 시스템은 인공조명의 에너지 소비를 최소화하면서 실내 작업면 조도가 외부 일조량의 변화에 관계없이 항상 설정값을 유지하도록 하는 것이지만, 현재 계절이나 시간에 따라 변하는 태양의 고도와 천공에 의한 다양한 주광 조건에서 광센서의 신호를 정확히 예측하지 못하고 있는 실정이다.

현재 광센서 조광제어 시스템은 조명기구의 작업면 조도만 감지하기 위해 특정 조명기구를 제외한 나머지 다른 조명기구들은 보정 프로세스 진행중에 꺼지게 된다. 그러나 조명기구의 작업면 조도는 실제로 다른 조명기구의 영향을 받고 있고 있어, 실제 광센서 조광제어 시스템의 최종 작업면 조도는 목표 작업면 조도보다 높기 때문에 시스템의 에너지 절약 효율성이 감소하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 조명기구들 간의 간접 조도 영향을 고려하여 일광 조도 예측 알고리즘의 정확성을 높이고, 시스템에서 설정된 목표 조도를 정확하게 유지하면서 실시간 전력 소비량을 절감할 수 있도록 하는 것에 목적이 있다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 시스템은, 천장면 또는 조명 기구에 부착되어, 기 설정된 실내 공간에 유입되는 광량을 감지하여 센싱값을 제공하는 적어도 하나 이상의 광센서; 상기 조명 기구와 대면 방향에 위치하는 실내 작업면에 설치되어, 상기 조명 기구의 직하 작업면 조도값과 상기 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 간접 조도값을 측정하여 상기 직하 작업면 조도값과 간접 조도값을 통합하여 최종 작업면 조도를 제공하는 적어도 하나 이상의 조도계; 및 상기 광센서의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습하고, 상기 학습된 일광 조도 예측 알고리즘에 따라 상기 광센서에서 감지한 센싱값에 따라 작업면 조도를 예측하고, 상기 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도를 유지하도록 하는 조명 제어기를 포함하는 것이다.

이때, 광센서 조광제어 시스템은, 상기 실내 공간이 기 설정된 개수의 조명그룹으로 구분되어 있는 경우, 상기 조명 제어기는 상기 조명 그룹별로 구비되고, 상기 조명 그룹별 조명 제어기와 연계하여 데이터 수집 및 전송 처리를 통해 각 조명 그룹의 목표 조도 설정 및 조명 밝기 조절을 포함한 조명 운영을 담당하는 중앙 제어 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 조명 제어기는 상기 실내 공간의 조명 밝기를 제어하기 위한 조명제어신호를 상기 조명 기구로 전송하고, 상기 조명 기구는 상기 조명제어신호를 디지털/아날로그 변환을 통해 조명구동신호로 변환하여 조명의 밝기를 조절하는 것이다.

상기 일광 조도 예측 알고리즘은 학습 과정에서 각 조명기구의 디밍 레벨에 따라 작업면 조도와 광센서의 센싱값에 대한 일광 조도 예측 기울기를 산출하고, 학습이 완료되면 상기 일광 조도 예측 기울기에 기초하여 광센서의 센싱값에 해당하는 작업면 조도의 예측값을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법은, 광센서 조광제어 시스템에 의해 수행되는 광센서 조광제어 방법에 있어서, a) 광센서에 의해 기 설정된 실내 공간에 유입되는 광량을 감지하여 센싱값을 수신하는 단계; b) 조명 기구와 대면 방향에 위치하는 조도계를 통해 상기 조명 기구의 직하 작업면 조도값과 상기 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 간접 조도값이 합쳐진 최종 작업면 조도를 수신하는 단계; c) 상기 광센서의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습하는 단계; 및 d) 상기 학습된 일광 조도 예측 알고리즘을 통해 상기 광센서로부터 제공되는 센싱값을 이용하여 작업면 조도를 예측하는 단계; 및 e) 상기 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도로 유지하는 단계를 포함하는 것이다.

상기 e) 단계는, 상기 예측된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 요구 디밍값을 계산하고, 요구 디밍값에 기초하여 디밍 레벨을 계산하여 조명제어신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것이다.

상기 d) 단계에서 센싱값을 송신한 광센서가 부착된 조명 기구는 상기 조명제어신호를 디지털/아날로그 변환을 통해 조명구동신호로 변환하여 조명의 밝기를 조절하는 것이다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 시스템은, 천장면 또는 조명 기구에 부착되어, 기 설정된 실내 공간에 유입되는 광량을 감지하여 센싱값을 제공하는 적어도 하나 이상의 광센서; 상기 조명 기구와 대면 방향에 위치하는 실내 작업면에 설치되어, 상기 조명 기구의 직하 작업면 조도값, 상기 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 제1 간접 조도값 및 실내 공간에 설치된 차양의 높이에 의한 제2 간접 조도값을 측정하고, 상기 직하 작업면 조도값과 제1 및 제2 간접 조도값을 통합하여 최종 작업면 조도를 제공하는 적어도 하나 이상의 조도계; 및 상기 광센서의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습하고, 상기 학습된 일광 조도 예측 알고리즘에 따라 상기 광센서에서 감지한 센싱값에 따라 작업면 조도를 예측하고, 상기 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도를 유지하도록 하는 조명 제어기를 포함하는 것이다.

상기 조명 제어기는, 상기 차양의 높이별로 각 조명기구의 작업면 조도의 예측값과 실제 작업면 조도의 실측값에 대한 비율을 계산하여 차양 효과를 산출하는 것이다.

상기 조명 제어기는 차양 효과를 반영하여 상기 일광 조도 예측 기울기를 보정하는 것이다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법은, 광센서 조광제어 시스템에 의해 수행되는 광센서 조광제어 방법에 있어서, a) 광센서에 의해 기 설정된 실내 공간에 유입되는 광량을 감지하여 센싱값을 수신하는 단계; b) 조명 기구와 대면 방향에 위치하는 조도계를 통해 상기 조명 기구의 직하 작업면 조도값, 상기 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 제1 간접 조도값 및 실내 공간에 설치된 차양의 높이에 의한 제2 간접 조도값을 측정하고, 상기 직하 작업면 조도값과 제1 및 제2 간접 조도값을 통합하여 최종 작업면 조도를 수신하는 단계; c) 상기 광센서의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습하는 단계; 및 d) 상기 학습된 일광 조도 예측 알고리즘을 통해 상기 광센서로부터 제공되는 센싱값을 이용하여 작업면 조도를 예측하는 단계; 및 e) 상기 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도로 유지하는 단계를 포함하는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법은, 광센서 조광제어 시스템에 의해 수행되는 광센서 조광제어 방법에 있어서, a) 기 설정된 실내 공간에 대한 목표 조도를 설정하는 단계; b) 조명기구에 부착된 광센서를 통해 실내 공간에 유입되는 광량에 대한 센싱값을 측정하고, 천장면 또는 조명기구 부착된 광센서를 통해 천장 조도값을 측정하는 단계; c) 일광 조도 예측 알고리즘을 통해 상기 각 광센서의 센싱값에 따른 작업면 조도를 예측하고, 상기 예측된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 조명 기구별로 요구 디밍값을 계산하는 단계; 및 d) 상기 조명 기구를 점등한 후 상기 광센서를 통해 조명기구의 직하 작업면 조도를 측정하고, 상기 측정된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 목표 조도 정확도를 검증하는 단계를 포함하는 것이다.

상기 목표 조도 정확도는 목표 조도 대비 부족 조도가 발생한 측정지점의 직하 작업면 조도의 측정값만을 대상으로 계산하는 것이다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 조명기구들 간의 간접 조도 영향을 고려하여 일광 조도 예측 알고리즘의 정확성을 높이고, 시스템에서 설정된 목표 조도를 정확하게 유지하면서 실시간 전력 소비량을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 목표 조도 정확도를 높이기 위해 광센서를 사용하여 일광 조도 예측의 정확도를 높이는 일광 조도 예측 알고리즘을 제공하고, 일광 조도 예측 알고리즘을 통해 조명 에너지 절약을 극대화하고 쾌적한 조명 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 광센서 조광제어 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일광 조도 예측 알고리즘에 따른 일광 조도 학습하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3에 의한 일광 조도 예측 기울기를 설명하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명기구 1에 대한 일광 조도 예측 알고리즘의 학습 과정을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5에 의한 조명기구 1의 일광 조도 예측 기울기를 설명하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명기구 2에 대한 일광 조도 예측 알고리즘의 학습 과정을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7에 의한 조명기구 2의 일광 조도 예측 기울기를 설명하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 조명기구들 간의 간접 조도로 인한 실제 조명 환경을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 시스템의 목표 조도 유지 상태를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조광제어 알고리즘의 조도 계산 과정을 설명하는 순서도이다.
도 13은 본 발명에 일 실시예에 따른 간접 조도 영향을 고려한 조명기구 1에 대한 일광 조도 예측 알고리즘의 학습 과정을 설명하는 도면이다.
도 14는 도 13 의한 조명기구 1의 일광 조도 예측 기울기를 설명하는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 조광제어 알고리즘에 의해 조도 계산하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 17은 도 16에 의해 차양 및 간접 조도의 영향을 고려한 일광 조도 예측 기울기를 설명하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 19는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법의 차양 효과 반영 과정을 설명하는 순서도이다.
도 20은 도 19에서 차양 높이별 차양 효과 산출 과정을 설명하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라 실내 공간의 위치별 차양 효과 산출 결과를 설명하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 실내 공간에서 조도 측정 지점을 설명하는 도면이다.
도 23은 차양 높이에 따른 일광 조도 예측 기울기 보정값과 주체식을 도출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 25는 도 24에 의한 디밍 레벨에 따른 작업면 조도를 설명하는 그래프이다.
도 26은 도 24에 의한 각 조도계의 회귀 분석 결과를 설명하는 그래프이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1에서의 목표 조도 정확도 평가 결과를 설명하는 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 2에서의 목표 조도 정확도 평가 결과를 설명하는 도면이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 3에서의 목표 조도 정확도 평가 결과를 설명하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 광센서 조광제어 시스템은 적어도 하나 이상의 광센서(120), 적어도 하나 이상의 조도계(130) 및 조명 제어기(200)를 포함한다.

광센서(120)는 천장면 또는 조명 기구(110)에 부착되어, 기 설정된 실내 공간에 유입되는 일광 조도(Day light, 주광 조도)를 감지하여 센싱값을 제공한다. 이러한 광센서(120)는 조명기구(110)의 개수만큼 구비된다.

조도계(130)는 조명 기구(110)와 대면 방향에 위치하는 실내 작업면에 설치되어, 조명 기구(110)의 직하(Direct light) 작업면 조도값과 조명 기구(110)의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구(110)에 의한 간접 조도값을 측정하고, 직하 작업면 조도값과 간접 조도값을 통합하여 최종 작업면 조도를 제공한다.

조명 제어기(200)는 광센서(120)의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습한다. 이후, 조명 제어기(200)는 조도계(130)를 사용하지 않고, 학습된 일광 조도 예측 알고리즘을 이용하여 광센서(120)에서 감지한 센싱값에 따라 작업면 조도를 예측하고, 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도를 유지하도록 한다.

즉, 조명 제어기(200)는 실내 공간의 조명 밝기를 제어하기 위한 조명제어신호를 조명 기구(110)로 전송하고, 조명 기구(110)는 조명제어신호를 디지털/아날로그 변환을 통해 PWM 신호(조명구동신호)로 변환하여 조명의 밝기를 조절할 수 있다.

이러한 조명 제어기(200)는 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, 조명 제어기(200)는 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치일 수도 있다.

이때, 광센서 조광제어 시스템은 실내 공간이 기 설정된 개수의 조명그룹으로 구분되어 있는 경우, 조명 제어기(200)는 조명 그룹별로 구비되고, 조명 그룹별 조명 제어기(200)와 연계하여 데이터 수집 및 전송 처리를 통해 각 조명 그룹의 목표 조도 설정 및 조명 밝기 조절을 포함한 조명 운영을 담당하는 중앙 제어 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.

광센서 조광제어 시스템은 작업면 조도를 목표 조도로 정확하게 유지하기 위해 조명기구(110)에 부착된 광센서(120)를 사용하여 일광 조도를 정확하게 예측하는 것이 중요하다. 따라서, 광센서 조광제어 시스템은 일광 조도를 정확하게 예측하기 위해, 조도계(130)를 설치하여 작업면 조도를 실시간으로 모니터링할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일광 조도 예측 알고리즘에 따른 일광 조도 학습하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 4는 도 3에 의한 일광 조도 예측 기울기를 설명하는 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 광센서 조광제어 시스템은 일광이 쉽게 감지되는 위치의 작업면 환경에 제1 및 제2 조도계(131, 132)를 설치하고, 제1 및 제2 광센서(121, 122)와 제1 및 제2 조도계(131, 132)를 이용하여 센싱값과 작업면 조도를 측정하고, 광센서(120)의 센싱값의 함수로 작업면 조도 값 회귀 방정식을 계산하여, 일광 조도 예측 알고리즘을 학습한다. 이때, 일광 조도 예측 알고리즘은 디밍 레벨을 단계적으로 올린 센싱값, 센싱값(디밍 레벨)에 따른 작업면 조도의 측정값을 이용하여 학습함으로써 일광조도 예측 기울기를 산출할 수 있다.

일광 조도 예측 알고리즘의 학습이 완료되면, 조명 제어기(200)는 조도계(130)가 제거된 상태에서 조명기구(110)에 설치된 광센서(120)에서 감지한 센싱값에 따라 작업면 조도를 예측할 수 있다. 일광 조도 예측 알고리즘은 다양한 외부 환경, 계절 미 날씨 유형을 고려하여 학습 과정을 확장하여 일광 조도의 예측값의 정확도가 증가할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명기구 1에 대한 일광 조도 예측 알고리즘의 학습 과정을 설명하는 도면이고, 도 6은 도 5에 의한 조명기구 1의 일광 조도 예측 기울기를 설명하는 그래프이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명기구 2에 대한 일광 조도 예측 알고리즘의 학습 과정을 설명하는 도면이고, 도 8은 도 7에 의한 조명기구2의 일광조도 예측 기울기를 설명하는 그래프이다.

도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 광센서 조광제어 시스템이 일몰 후에 조명 기구 1(111)과 조명 기구 2(112)의 디밍 레벨에 따라 작업면 조도와 센싱값을 측정한다. 이때, 조명기구 1(111)에는 제1 광센서(121)가 부착되고, 제1 조도계(131)를 조명기구 1(111)의 바로 아래(바닥으로부터 75cm 상부에 위치)에 배치한다.

조명기구 1(111)의 바로 아래의 작업면 조도 및 센싱값은 조명기구의 디밍 레벨에 따라 측정하고, 일광 조도 예측 알고리즘은 조명기구 1(111)에 부착된 광센서(120)의 센싱값과 작업면 조도의 측정값, 조명기구 1(111)의 디밍 레벨을 함께 저장하여 학습한다.

기존의 일광 조도 예측 알고리즘은 조명기구 1(111)에 대해 학습하는 과정에서 조명기구 1(111)은 점등되고 조명기구 2(112)는 점멸된 상태로 조명기구 2(112)에 대한 작업면 조도는 학습되지 않았다. 또한, 조명기구 2(112)에 대해 학습하는 과정에서도 조명기구 1(111)은 점멸되고 조명기구 2(112)만 점등되어 조명 기구 2(112)의 센싱값과 작업면 조도만 학습되고, 조명기구 1(111)의 작업면 조도는 학습되지 않았다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 조명기구들 간의 간접 조도로 인한 실제 조명 환경을 설명하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 시스템의 목표 조도 유지 상태를 설명하는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 실제 조명 환경에서는 조명기구 1(111)과 조명기구(110)가 모두 점등된 상태에서 조명기구 1(111)의 바로 아래의 작업면 조도는 조명기구 2(112) 뿐만 아니라 주변의 다른 조명기구에 의해 영향을 받게 된다. 광센서 조광제어 시스템은 최종 작업면 조도가 목표 조도보다 높게 나타나고, 전체 시스템의 에너지 절약 효율성을 감소시킨다.

조명 제어기(200)는 광센서(120)의 센싱값을 통해 측정된 작업면 조도가 목표 조도를 초과하는 경우에, 해당 조명기구(110)의 조명 밝기를 어둡게 한다. 해당 조명기구(110)는 목표 조도와 실제 조도 사이의 차이로 인해 어두워지게 되는데, 이는 해당 조명 기구(110) 외에 다른 조명기구의 조도를 고려하지 않았기 때문에 조명기구가 지나치게 어두어지게 된다.

도 10은 광센서 조광제어 시스템이 조명 및 조광을 과도하게 반복적으로 사용하면서 목표 조도 유지할 수 있고((a) 수렴), 원거리 조명기구의 조도가 가장 근접한 조명기구의 조도보다 클 경우에 최종 작업면 조도는 발산되어 목표 조도를 유지할 수 없게 된다((b) 분기).

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법을 설명하는 순서도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조광제어 알고리즘의 조도 계산 과정을 설명하는 순서도이다.

도 11을 참조하면, 조명 제어기(200)는 모든 조명 기구(110)에 부착된 광센서(120)의 센싱값과 디밍 레벨을 수신하여 저장하고(S11), 각 조명기구(110)에 대응되는 조도계(130)로부터 해당 조명 기구(110)의 직하 작업면 조도값과 조명 기구(110)의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 간접 조도값이 합쳐진 최종 작업면 조도를 수신하여 저장한다(S12).

일광 조도 예측 알고리즘은 광센서(120)의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 학습 과정을 수행하고, 학습이 완료되면 해당 조명기구에 대한 일광 조도 예측 기울기를 산출한다(S13).

조명제어기(200)는 조도계(130)가 제거된 상태에서 광센서(120)를 통해 센싱값을 수신하고, 일광 조도 예측 기울기를 이용하여 센싱값에 해당하는 작업면 조도의 예측값을 출력한다(S14, S15).

조명제어기(200)는 조광제어 알고리즘을 수행하여 작업면 조도의 예측값에 따라 기 설정된 목표 조도와 주광 조도를 비교하여 요구 디밍값을 계산하고(S16), 계산된 요구 디밍값에 기초하여 조명제어신호를 생성하여 해당 조명기구(110)에 전송한다(S17). 조명 기구(110)는 조명제어신호에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도가 유지될 수 있도록 한다(S18).

도 12에 도시된 바와 같이, 조광제어 알고리즘은 메모리(미도시)에 저장되어 있는 이전의 디밍 레벨을 불러오고(S21), 현재 측정된 광센서의 센싱값을 불러온다(S22). 조광제어 알고리즘은 광센서의 센싱값을 보정하여 센싱 보정값을 산출하고(S23), 일광 조도 예측 알고리즘을 이용하여 작업면 조도 예측값을 산출하고, 목표 조도와 산출된 작업면 조도 예측값을 비교하여 부족 조도를 계산한 후 최종 디밍 레벨을 계산한다(S24~S26). 이때, 광센서의 센싱 보정값은 해당 조명기구의 점등과 점멸 동작을 통해 광센서의 보정치를 산출하거나, 해당 광센서의 인접한 천장면에 별도의 조도계를 설치한 후 광센서의 센싱값와 조도계에서 측정된 천장 조도값을 비교하여 광센서의 보정치를 산출하여 광센서의 센싱값에 대한 센싱 보정값을 산출할 수 있다.

이때, 광센서 조광제어 시스템은 주간, 일몰 후(야간)에 따라 일광 조도 예측 알고리즘이 학습 데이터를 다르게 설정한다. 일광 조도 예측 알고리즘은 주간에 창문을 통해 실내로 유입되는 태양광의 영향에 의한 조도값을 학습데이터로 사용하고, 야간에 실내로 태양광이 유입되지 않으므로 조명기구(110)에 의한 조도값을 학습데이터로 사용한다.

도 13은 본 발명에 일 실시예에 따른 간접 조도 영향을 고려한 조명기구 1에 대한 일광 조도 예측 알고리즘의 학습 과정을 설명하는 도면이고, 도 14는 도 13 의한 조명기구1의 일광조도 예측 기울기를 설명하는 그래프이다.

도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 일광 조도 예측 알고리즘은 야간 상태에서 조명 기구 1(111)에 대한 일광 조도 예측 기울기를 산출하기 위해 모든 조명 기구의 광센서(120)의 센싱값과 각 조명 기구(110)의 디밍 레벨을 저장한다. 이때, 조명 기구 1(111)은 점등 상태이고, 조명기구 2(112)는 점멸 상태이지만, 조명기구 2(112)의 바로 아래 설치된 제2 조도계(132)는 조명기구 1(111)의 간접 조도 영향으로 작업면 조도가 측정됨을 알 수 있다.

마찬가지로, 일광 조도 예측 알고리즘은 조명기구 2(112)에 대한 일광 조도 예측 기울기를 산출하는 경우에도, 조명기구 1(111)이 점멸 상태이고, 조명기구 2(112)가 점등상태이지만, 조명기구 1(111)의 바로 아래 설치된 제1 조도계(131)에서 조명기구2(112)의 간접 조도 영향으로 작업면 조도가 측정된다.

따라서, 일광 조도 예측 알고리즘은 조명기구별 직하 작업면 조도값만 학습하는 것이 아니라 조명기구(110) 주변의 모든 작업면의 간접 조도의 측정값까지 학습한다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 조광제어 알고리즘에 의해 조도 계산하는 방법을 설명하는 도면이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 실내 공간에 6개의 조명 기구가 배치된 상태에서 조명기구 1(111)의 바로 아래 위치한 제1 조도계(131)는 하기 수학식 1을 이용하여 최종 작업면 조도(ET₁)를 산출할 수 있다.

[수학식 1]

수학식 1에서, ED₁는 조명기구 1 바로 아래 위치의 일광 조도이고, E_IJ는 조명기구i에서 조명기구j의 바로 아래 위치에서의 작업면 조도를 나타낸다. 이와 같이, 최종 작업면 조도는 일광 조도, 가장 가까운 조명기구의 조도 및 멀리 있는 조명기구의 조도의 합이고, 모든 측정 지점의 최종 작업면 조도(ET_j)는 표준화된 방정식인 수학식 2를 이용하여 계산할 수 있다.

[수학식 2]

수학식 2에서 n은 조명기구의 개수를 나타낸다.

목표 작업면 조도가 500lx로 설정된 경우에　ED₁이 200lx이면 작업면 조도1 (ER₁)에서 필요한 작업면 조도는　수학식 3를 사용하여 계산할 수 있다.　조명기구j(ER_j)　바로 아래 위치에서 필요한 조도는　수학식 4에 따라 수학식 3를 사용하여 정의할 수 있다.

[수학식 3]

[수학식 4]

디밍 레벨에 따른 작업면 조도의 회귀 방정식이 수학식 5로 정의된 경우에, 수학식 4을 사용하여 6개의 변수가 있는 선형 방정식을 수학식 6에 의해 동시에 정의할 수 있다.

[수학식 5]

수학식 5에서 g(L_j)는 조명기구j의 디밍 레벨에 따라 조명기구j의 바로 아래 위치에서 작업면 조도의 회귀 방정식이고, IE_ij는 조명기구i에 의해 조명기구j의 직하 비율에서 작업면 조도와 조명기구 i의 바로 아래 위치에서 작업면 조도의 비율을 나타내는 것이다.

[수학식 6]

수학식 7는 수학식 6에 의해 변환된 것이고, g(L_j)를 계산하기 위해 수학식 7의 작업면 조도 행렬의 역 비율이 수학식 8으로 변환된다. 조광 제어 알고리즘은 계산된 g(L_j)를 사용하여 각 측정 지점의 필요한 조도 값을 충족시키기 위한 디밍 레벨을 계산할 수 있다.

[수학식 7]

[수학식 8]

도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 시스템의 구성을 설명하는 도면이고, 도 17은 도 16에 의해 차양 및 간접 조도의 영향을 고려한 일광 조도 예측 기울기를 설명하는 도면이다.

도 16 및 도 17을 참고하면, 광센서 조광제어 시스템은 광센서(120)에 의한 작업면 조도의 예측값을 학습하는 과정에서 롤 스크린 등의 차양(140) 효과를 고려할 수 있다.

주간에 실내 공간에는 태양광, 조명기구(110), 태양광을 일정 수준 차단하는 차양(140) 등에 의해 작업면 조도는 간접적으로 영향을 받게 된다. 따라서, 광센서 조광제어 시스템은 조명기구별 직하 작업면 조도값 뿐만 아니라 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 제1 간접 조도값과, 실내 공간에 설치된 차양(140)의 높이에 의한 제2 간접 조도 값을 측정하고, 직하 작업면 조도값과 제1 및 제2 간접 조도값을 통합하여 최종 작업면 조도를 조명제어기(200)에 제공한다.

따라서, 조명제어기(200)는 일광 조도 예측 알고리즘에 광센서(120)의 센싱값과 최종 작업면 조도의 측정값을 적용하여, 도 17에 도시된 바와 같이 일광 조도 예측 기울기를 산출할 수 있다. 특히, 차양이 설치된 창문 가에 위치한 작업면은 다른 작업면에 비해 태양광과 차양(140)에 의한 간접 조도 영향을 제일 크게 받음을 알 수 있다.

도 18은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법을 설명하는 순서도이다.

도 18을 참조하면, 조명 제어기(200)는 모든 조명 기구(110)에 부착된 광센서(120)의 센싱값과 디밍 레벨을 수신하여 저장하고(S31), 각 조명기구(110)에 대응되는 조도계(130)로부터 해당 조명 기구(110)의 직하 작업면 조도값, 조명 기구(110)의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 제1 간접 조도값, 실내 공간에 설치된 차양(140)의 높이에 의한 제2 간접 조도 값을 측정한 후 직하 작업면 조도값, 제1 간접 조도값과 제2 간접 조도값을 모두 합하여 최종 작업면 조도를 수신하여 저장한다(S32).

일광 조도 예측 알고리즘은 광센서(120)의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 학습 과정을 수행한다(S33). 조명제어기(200)는 조도계(130)가 제거된 상태에서 광센서(120)를 통해 센싱값을 수신하고, 일광 조도 예측 기울기를 이용하여 센싱값에 해당하는 작업면 조도의 예측값을 출력한다(S34, S35).

조명제어기(200)는 조광제어 알고리즘을 수행하여 작업면 조도의 예측값에 따라 기 설정된 목표 조도와 주광 조도를 비교하여 요구 디밍값을 계산하고(S36), 계산된 요구 디밍값에 기초하여 조명제어신호를 생성하여 해당 조명기구(110)에 전송한다(S37). 조명 기구(110)는 조명제어신호에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도가 유지될 수 있도록 한다(S38).

도 19는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법의 차양 효과 반영 과정을 설명하는 순서도이다. 도 20은 도 19에서 차양 높이별 차양 효과 산출 과정을 설명하는 도면이고, 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라 실내 공간의 위치별 차양 효과 산출 결과를 설명하는 도면이고, 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 실내 공간에서 조도 측정 지점을 설명하는 도면이며, 도 23은 차양 높이에 따른 일광 조도 예측 기울기 보정값과 주체식을 도출하는 과정을 설명하는 도면이다.

도 19 내지 도 23을 참조하면, 광센서 조광제어 시스템은 차양(140) 없이 주광 조도 예측 기울기를 사전에 학습한 후(S41), 차양을 적용하여 차양 높이를 변경해가면서 사전 학습된 주광 조도 예측 기울기(Pre-learned slope)를 통해 작업면 조도 예측값을 계산한다(S42).

이와 동시에 실제 작업면 조도의 실측값 측정하고(S43), 차양 높이별 작업면 조도 예측 값 대비 실측값의 비율(차양 효과, %)을 산출한다(S44). 도 21에 도시된 바와 같이, 실내 공간에서 창가, 중앙, 문가에 따라 차양 효과가 다르게 측정됨을 알 수 있다.

도 22 및 도 23을 참조하면, P3와 P5의 측정 지점에서 차양 높이에 따른 차양 효과를 확인할 수 있고, 차양 높이에 따른 일광 조도 예측 기울기의 보정값 및 주체식을 도출할 수 있다.

따라서, 광센서 조광 제어 시스템은 일광 조도 예측 알고리즘에서 산출된 알광조도 예측 기울기에 차양 높이에 따른 일광조도 예측 기울기의 보정값을 적용하여 일광 조도 예측 기울기(Shading effect slope)를 산출하고, 차양효과가 반영된 일광조도 예측 기울기를 통해 광센서(120)에서 감지된 센싱값에 따라 작업면 조도의 예측값을 정확하게 산출할 수 있다.

도 24는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광센서 조광제어 방법을 설명하는 순서도이고, 도 25는 도 24에 의한 디밍 레벨에 따른 작업면 조도를 설명하는 그래프이며, 도 26은 도 24에 의한 각 조도계의 회귀 분석 결과를 설명하는 그래프이다.

도 24를 참조하면, 광센서 조광제어 시스템은, 작업면 조도, 일광 조도, 광센서의 센싱값, 조명 전력 소비 및 외부 수평 일사량 등을 측정하고, 이 측정 결과에 근거하여 목표 조도 정확도, 일광 조도 예측 정확도 및 조명 에너지 절감 효과를 분석할 수 있다.

이를 위해, 광센서 조광제어 시스템은, 기 설정된 실내 공간에 대한 목표 조도를 설정하고(S51), 조명기구(110)에 부착된 광센서(120)를 통해 실내 공간에 유입되는 광량에 대한 센싱값을 측정하며, 조명기구에 부착된 광센서를 통해 천장면 조도에 대한 천장 조도값을 측정한다(S52).

도 22에 도시된 바와 같이, P1~P6는 조명기구 1~조명기구 6에 대한 직하 작업면 조도를 측정하는 조도계이고, 각 조명기구에 부착된 광센서(PS1~PS6)는 일광 유입에 의한 일광 조도를 예측하기 위해 천정면 조도를 측정한다.

광센서 조광제어 시스템은 일광 조도 예측 알고리즘을 통해 각 광센서의 센싱값에 따른 작업면 조도를 예측하고, 예측된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 조명 기구별로 요구 디밍값을 계산한다(S53).

조명 기구를 점등한 후(S55), 광센서(120)를 통해 조명기구의 직하 작업면 조도를 측정하고(S56), 측정된 직하 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 목표 조도 대비 부족 조도가 발생한 측정지점의 직하 작업면 조도의 측정값만을 대상으로 목표 조도 정확도를 검증한다(S57, S58).

이때, 목표 조도 정확도는 하기 수학식 9에 의해 계산되고, 표 1에 나타나 있듯이 광센서 조광제어 시스템은 간접 조도의 영향을 고려하여 97%의 목표 조도 정확도를 보여주고 있음을 알 수 있다.

[수학식 9]

수학식 9에서 n은 정확도 평가 대상 측정지점 개수를 나타낸다.

[표 1]

도 22의 실내 공간을 테스트 베드로 사용하여 6개의 조명기구(LED, 1200 × 300mm2　, 40W, 내장형 광센서)를 설치하고, 방위각은 23°(SW), P1~P6의 조도계를 각 조명기구 아래 작업면 높이(750mm)에 배치하고 조광 제어 알고리즘을 수행하면, g(L_j)(수학식 5 참조)는 조명기구j의 바로 아래 위치에서 작업면 조도는 디밍 레벨에 따라 도 25와 같이 나타날 수 있다.

g의 최대 조도 값(L ₁) 및　g(L ₂)는 창 근처에서 약 400lx로 측정되었고, 이에 비해　문가와 중앙부 부근의　g(L ₃),　g(L ₄),　g(L ₅),　g(L ₆)의 최대 조도 값은　약 500lx로 측정되었다.　g(L ₁)와　g(L ₂)는 창문이 인공광을 반사하지 않고 외부로 투과시키기 때문에 낮은 조도 값을 갖는　것으로 간주된다.

작업면의 일광 조도 예측 알고리즘은 각 측(P1-P6)에서 측정된 값에 대해 회귀 분석을 수행하면 도 26과 같이 광센서의 센싱값 대 일광 조도의 회귀 분석 결과가 나타난다. 이때, 목표 조도는 500lx(한국 기준, KS 조도 기준)이고, 일광 조도가 500lx를 초과하면 회귀 분석에서 제외되었다. 도 26에 도시된 바와 같이, 결정 계수 (R²)는 단일성에 가깝고 뚜렷한 추세를 나타냄을 알 수 있고, 회귀 분석 결과 방 중앙에 위치한 P1의 조정 결정 계수(0.9695)가 가장 낮았고, 문 근처에 위치한 P5의 조정 결정 계수(0.9976)가 가장 높은 것으로 나타났다.　실내 공간의 영역별 결과를 분류 및 비교해보면 문, 창, 중간 영역에서 조정된 결정 계수가 높은 것으로 나타난다.

표 2에 나타나 있듯이, RMSE(root-mean-square error) 값이 0에 가깝다는 사실은 예측된 모델(일광 조도 예측 알고리즘)과 측정된 값 간의 오류가 적다는 것을 나타낸다.

[표 2]

RMSE 분석 결과, 실내 공간의 중앙에 위치한 P3의 RMSE 값(64.86)이 가장 높았고, 창가에 위치한 P5의 RMSE 값(17.60)이 가장 낮았다.　실내 공간의 영역별 결과를 비교하면 문, 창, 중간 영역의 RMSE 값이 낮다는 것을 알 수 있다.　

도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1에서의 목표 조도 정확도 평가 결과를 설명하는 도면이고, 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 2에서의 목표 조도 정확도 평가 결과를 설명하는 도면이며, 도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 3에서의 목표 조도 정확도 평가 결과를 설명하는 도면이다.

케이스 1은 문쪽(P5, P6) 영역에서 부족 조도 발생, 목표 조도는 600lx, 500lx, 400lx로 설정하고, 케이스 2는 문쪽과 중간(P3, P4, P5, P6) 영역에서 부족 조도 발생, 목표 조도는 600lx, 500lx, 400lx로 설정하며, 케이스 3은 전체 영역에서 부족조도 발생, 목표조도는 600lx, 500lx, 400lx로 설정한다.

도 27 내지 도 29에서, 붉은색 블록은 제어 기준값이고, 검은색 블록은 제어 후의 작업면 조도 측정값이며, 붉은색 숫자는 정확도 평가 대상 측정값을 각각 나타낸다.

케이스 1 내지 케이스 3에 대한 조광제어 알고리즘의 목표 조도 정확도를 살펴보면, 표 3에 나타나 있듯이 본 발명의 광센서 조광제어 시스템은 목표 조도를 정확하게 유지하여 96% 이상의 목표 조도 정확도를 나타내고 있음을 알 수 있다.

[표 3]

조명 에너지 절약 평가는 조명기구(LED, 40W)를 모두 100%로 켜고, 작업면 조도를 측정하면 평균 작업면 조도는 약 1,000lx로 측정되었다.　목표 조도가 500lx로 설정되었기 때문에 조명기구는 평균 작업면 조도가 500lx가 되도록 어둡게 조명 밝기를 조절한다. 평균 작업면 조도가 500lx일 때 모든 조명기구의 전력 소비는 104W(하루 936Wh, 9시간 동안(09:00-18:00))로 측정되었다.　따라서, 조명 에너지 절약은 104W(하루 936Wh)를 기준으로 분석해보면, 일일 평균 조명 소비 전력은 202.2Wh(22.5W)이고, 평균 일일 조명 에너지 절약 비율은 78.4 %였다(태양 복사량이 많은 여름 기준).　조명 에너지 절약 평가는 여름 이외의 다른 계절에 조명 에너지 절약이 낮을 수 있다.　

조명기구가 꺼져도 대기 전력(약 9.6W)을 소비했기 때문에 최대 조명 에너지 절약은 90.1%가 되고, 대기 전력이 낮은 조명기구를 사용하면 최대 조명 에너지 절약 비율을 91.1 %에서 거의 100 %로 높일 수 있다.　

한편, 도 11, 도 12, 도 18, 도 19 및 도 24의 단계들은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110 : 조명기구
120 : 광센서
130 : 조도계
140 : 차양
200: 조명 제어기

Claims

천장면 또는 조명 기구에 부착되어, 기 설정된 실내 공간에 유입되는 광량을 감지하여 센싱값을 제공하는 적어도 하나 이상의 광센서;
상기 조명 기구와 대면 방향에 위치하는 실내 작업면에 설치되어, 상기 조명 기구의 직하 작업면 조도값과 상기 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 간접 조도값을 측정하여 상기 직하 작업면 조도값과 간접 조도값을 통합하여 최종 작업면 조도를 제공하는 적어도 하나 이상의 조도계; 및
상기 광센서의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습하고, 상기 학습된 일광 조도 예측 알고리즘에 따라 상기 광센서에서 감지한 센싱값에 따라 작업면 조도를 예측하고, 상기 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도를 유지하도록 하는 조명 제어기를 포함하며,
상기 조명 제어기는 측정된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 목표 조도 정확도를 검증하며,
상기 목표 조도 정확도는 하기 수식에 의해 계산되는 것인, 광센서 조광제어 시스템.

여기서, n은 정확도 평가 대상 측정지점의 개수를 의미함.
제1항에 있어서,
상기 실내 공간이 기 설정된 개수의 조명그룹으로 구분되어 있는 경우, 상기 조명 제어기는 상기 조명 그룹별로 구비되고,
상기 조명 그룹별 조명 제어기와 연계하여 데이터 수집 및 전송 처리를 통해 각 조명 그룹의 목표 조도 설정 및 조명 밝기 조절을 포함한 조명 운영을 담당하는 중앙 제어 장치를 더 포함하는 것인, 광센서 조광제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 조명 제어기는 상기 실내 공간의 조명 밝기를 제어하기 위한 조명제어신호를 상기 조명 기구로 전송하고,
상기 조명 기구는 상기 조명제어신호를 디지털/아날로그 변환을 통해 조명구동신호로 변환하여 조명의 밝기를 조절하는 것인, 광센서 조광제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 일광 조도 예측 알고리즘은 학습 과정에서 각 조명기구의 디밍 레벨에 따라 작업면 조도와 광센서의 센싱값에 대한 일광 조도 예측 기울기를 산출하고, 학습이 완료되면 상기 일광 조도 예측 기울기에 기초하여 광센서의 센싱값에 해당하는 작업면 조도의 예측값을 제공하는 것인, 광센서 조광 제어 시스템.
광센서 조광제어 시스템에 의해 수행되는 광센서 조광제어 방법에 있어서,
a) 광센서에 의해 기 설정된 실내 공간에 유입되는 광량을 감지하여 센싱값을 수신하는 단계;
b) 조명 기구와 대면 방향에 위치하는 조도계를 통해 상기 조명 기구의 직하 작업면 조도값과 상기 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 간접 조도값이 합쳐진 최종 작업면 조도를 수신하는 단계;
c) 상기 광센서의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습하는 단계; 및
d) 상기 학습된 일광 조도 예측 알고리즘을 통해 상기 광센서로부터 제공되는 센싱값을 이용하여 작업면 조도를 예측하는 단계;
e) 상기 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도로 유지하는 단계; 및
f) 상기 조명 기구를 점등한 후 상기 광센서를 통해 조명기구의 직하 작업면 조도를 측정하고, 상기 측정된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 목표 조도 정확도를 검증하는 단계를 포함하며,
상기 목표 조도 정확도는 하기 수식에 의해 계산되는 것인, 광센서 조광제어 방법.

여기서, n은 정확도 평가 대상 측정지점의 개수를 의미함.
제5항에 있어서,
상기 e) 단계는,
상기 예측된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 요구 디밍값을 계산하고, 요구 디밍값에 기초하여 디밍 레벨을 계산하여 조명제어신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것인, 광센서 조광제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 d) 단계에서 센싱값을 송신한 광센서가 부착된 조명 기구는 상기 조명제어신호를 디지털/아날로그 변환을 통해 조명구동신호로 변환하여 조명의 밝기를 조절하는 것인, 광센서 조광제어 방법.
제5항에 있어서,
상기 일광 조도 예측 알고리즘은 학습 과정에서 각 조명기구의 디밍 레벨에 따라 작업면 조도와 광센서의 센싱값에 대한 일광 조도 예측 기울기를 산출하고, 학습이 완료되면 상기 일광 조도 예측 기울기에 기초하여 광센서의 센싱값에 해당하는 작업면 조도의 예측값을 제공하는 것인, 광센서 조광 제어 방법.
천장면 또는 조명 기구에 부착되어, 기 설정된 실내 공간에 유입되는 광량을 감지하여 센싱값을 제공하는 적어도 하나 이상의 광센서;
상기 조명 기구와 대면 방향에 위치하는 실내 작업면에 설치되어, 상기 조명 기구의 직하 작업면 조도값, 상기 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 제1 간접 조도값 및 실내 공간에 설치된 차양의 높이에 의한 제2 간접 조도값을 측정하고, 상기 직하 작업면 조도값과 제1 및 제2 간접 조도값을 통합하여 최종 작업면 조도를 제공하는 적어도 하나 이상의 조도계; 및
상기 광센서의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습하고, 상기 학습된 일광 조도 예측 알고리즘에 따라 상기 광센서에서 감지한 센싱값에 따라 작업면 조도를 예측하고, 상기 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도를 유지하도록 하는 조명 제어기를 포함하며,
상기 조명 제어기는 측정된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 목표 조도 정확도를 검증하며,
상기 목표 조도 정확도는 하기 수식에 의해 계산되는 것인, 광센서 조광제어 시스템.

여기서, n은 정확도 평가 대상 측정지점의 개수를 의미함.
제9항에 있어서,
상기 일광 조도 예측 알고리즘은 학습 과정에서 각 조명기구의 디밍 레벨에 따라 작업면 조도와 광센서의 센싱값에 대한 일광 조도 예측 기울기를 산출하고, 학습이 완료되면 상기 일광 조도 예측 기울기에 기초하여 광센서의 센싱값에 해당하는 작업면 조도의 예측값을 제공하는 것인, 광센서 조광 제어 시스템.
제9항에 있어서,
상기 조명 제어기는,
상기 차양의 높이별로 각 조명기구의 작업면 조도의 예측값과 실제 작업면 조도의 실측값에 대한 비율을 계산하여 차양 효과를 산출하는 것인, 광센서 조광 제어 시스템.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 조명 제어기는 차양 효과를 반영하여 상기 일광 조도 예측 기울기를 보정하는 것인, 광센서 조광 제어 시스템.
광센서 조광제어 시스템에 의해 수행되는 광센서 조광제어 방법에 있어서,
a) 광센서에 의해 기 설정된 실내 공간에 유입되는 광량을 감지하여 센싱값을 수신하는 단계;
b) 조명 기구와 대면 방향에 위치하는 조도계를 통해 상기 조명 기구의 직하 작업면 조도값, 상기 조명 기구의 주변에 배치된 적어도 하나 이상의 조명 기구에 의한 제1 간접 조도값 및 실내 공간에 설치된 차양의 높이에 의한 제2 간접 조도값을 측정하고, 상기 직하 작업면 조도값과 제1 및 제2 간접 조도값을 통합하여 최종 작업면 조도를 수신하는 단계;
c) 상기 광센서의 센싱값과 최종 작업면 조도를 이용하여 일광 조도 예측 알고리즘을 학습하는 단계; 및
d) 상기 학습된 일광 조도 예측 알고리즘을 통해 상기 광센서로부터 제공되는 센싱값을 이용하여 작업면 조도를 예측하는 단계;
e) 상기 예측된 작업면 조도에 따라 실제 실내 공간의 조명 밝기를 제어하여 기 설정된 목표 조도로 유지하는 단계; 및
f) 상기 조명 기구를 점등한 후 상기 광센서를 통해 조명기구의 직하 작업면 조도를 측정하고, 상기 측정된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 목표 조도 정확도를 검증하는 단계를 포함하며,
상기 목표 조도 정확도는 하기 수식에 의해 계산되는 것인, 광센서 조광제어 방법.

여기서, n은 정확도 평가 대상 측정지점의 개수를 의미함.
광센서 조광제어 시스템에 의해 수행되는 광센서 조광제어 방법에 있어서,
a) 기 설정된 실내 공간에 대한 목표 조도를 설정하는 단계;
b) 조명기구에 부착된 광센서를 통해 실내 공간에 유입되는 광량에 대한 센싱값을 측정하고, 천장면 또는 조명 기구에 부착된 광센서를 통해 천장 조도값을 측정하는 단계;
c) 일광 조도 예측 알고리즘을 통해 상기 각 광센서의 센싱값에 따른 작업면 조도를 예측하고, 상기 예측된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 조명 기구별로 요구 디밍값을 계산하는 단계; 및
d) 상기 조명 기구를 점등한 후 상기 광센서를 통해 조명기구의 직하 작업면 조도를 측정하고, 상기 측정된 작업면 조도와 목표 조도를 비교하여 목표 조도 정확도를 검증하는 단계를 포함하며,
상기 목표 조도 정확도는 하기 수식에 의해 계산되는 것인, 광센서 조광제어 방법.

여기서, n은 정확도 평가 대상 측정지점의 개수를 의미함.
삭제
제14항에 있어서,
상기 목표 조도 정확도는 목표 조도 대비 부족 조도가 발생한 측정지점의 직하 작업면 조도의 측정값만을 대상으로 계산하는 것인, 광센서 조광제어 방법.