用信息法研究天空亮度分布.pdf

1、在能源日趨緊張的今天，充分利用天然光，追求生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展，節(jié)約照明用電，具有十分重要的意義。建筑物利用天然光最重要的因素是天空亮度分布，因此天空亮度分布規(guī)律就成為了天然采光的主要研究對(duì)象。
　　本文在較為系統(tǒng)的分析前人有關(guān)天空亮度分布模型的基礎(chǔ)上，利用信息法來研究天空亮度分布模型，理論上天空亮度分布模型僅與天頂亮度轉(zhuǎn)換系數(shù)有關(guān)，而天頂亮度轉(zhuǎn)換系數(shù)僅取決于太陽(yáng)高度角的大小，與地域無關(guān)，具有普適性。也就是說在理論上僅需要一個(gè)地區(qū)的數(shù)

2、據(jù)就可以了，這為我們研究天空亮度分布提供了一種新的方法和新的思路，其結(jié)果將會(huì)對(duì)建筑采光設(shè)計(jì)、建筑節(jié)能及充分合理的利用太陽(yáng)能產(chǎn)生極大的影響。
　　本文從大氣輻射的基礎(chǔ)理論出發(fā)，得到了天空亮度來源于太陽(yáng)輻射在大氣中的散射和吸收及影響天空亮度的主導(dǎo)參數(shù)是消光系數(shù)（或光學(xué)厚度）、單散射反照率以及相函數(shù)的重要結(jié)論，從而為研究天空亮度分布奠定了理論基礎(chǔ)。
　　參考天空是采用盡量少的天空類型來代表變化眾多的真實(shí)天空，方便采光設(shè)計(jì)和采光計(jì)算

3、，本文對(duì)各種不同氣候狀態(tài)下的參考天空與實(shí)際天空狀況進(jìn)行了比較分析，明確了參考天空與真實(shí)天空之間的關(guān)系。通過對(duì)影響天空亮度的大氣光學(xué)參量進(jìn)行分析研究，并在此基礎(chǔ)上提出大氣等效模型假設(shè)，提出信息法研究天空亮度的數(shù)學(xué)表達(dá)式，同時(shí)確定了該表達(dá)式中各參量的特性及在不同氣候條件下的變化范圍和趨勢(shì)。這為天空分類及利用信息法研究天空亮度分布提供了基礎(chǔ)與前提。
　　本文利用多年積累的多城市、大規(guī)模光氣候觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)天空氣象參量對(duì)天空亮度分布

4、的影響研究，提出參考天空分類標(biāo)準(zhǔn)，即通過太陽(yáng)日面狀況、天空狀況（云量）及地平到天頂亮度漸變狀況，將天空類型劃分為六類。這種分類方法具有易于觀察、容易區(qū)分，能較準(zhǔn)確的反映天空類型，并避免了現(xiàn)有CIE一般天空亮度標(biāo)準(zhǔn)分類模糊不清的缺陷。同時(shí)對(duì)信息法參考天空模型調(diào)整系數(shù)a、b、c、d及e對(duì)天空亮度分布的影響進(jìn)行研究分析，得到不同天空類型條件下的大致取值范圍，為信息法研究天空亮度模型提供了基礎(chǔ)參數(shù)。
　　本文利用了一種嶄新的求解復(fù)雜優(yōu)化問

5、題的啟發(fā)式算法——蟻群算法來研究天空亮度模型，蟻群算法具有智能搜索、全局優(yōu)化、穩(wěn)健性強(qiáng)、分布式計(jì)算、易與其它方法結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。通過蟻群算法對(duì)天空亮度各影響要素的分析優(yōu)化處理，得到天空亮度相對(duì)分布對(duì)表達(dá)式的各系數(shù)值。同時(shí)還開發(fā)了一套方便實(shí)用的天空亮度模型計(jì)算軟件，提供直觀而方便的計(jì)算手段。
　　本文還研究了數(shù)碼相機(jī)測(cè)試天空亮度的測(cè)試方法；運(yùn)用經(jīng)標(biāo)定后的帶魚眼鏡頭的數(shù)碼相機(jī)對(duì)天空半球拍攝測(cè)試，并采用自行開發(fā)的圖像處理系統(tǒng)對(duì)天空亮度數(shù)據(jù)信

6、息提取記錄。通過實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與由信息法獲得的理論模型的計(jì)算值相比較，其誤差較小，這無疑為天然光利用，特別是建筑采光設(shè)計(jì)的高精度和標(biāo)準(zhǔn)化工作提供了無論理論上還是運(yùn)用上都非常有價(jià)值的結(jié)果。
　　論文的創(chuàng)新之處在于：
　　①論文提出將天空類型分為六類的新分類標(biāo)準(zhǔn)，新分類標(biāo)準(zhǔn)解決了現(xiàn)有CIE標(biāo)準(zhǔn)在描述天空特征時(shí)所使用的模糊分類語(yǔ)言，方便了實(shí)際運(yùn)用。
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