道路照明仿真的數(shù)字化研究.pdf

1、道路照明的數(shù)字化是數(shù)字城市的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，道路照明仿真的數(shù)字化是數(shù)字照明的主要內(nèi)容和標(biāo)志之一。 仿真的數(shù)字化即數(shù)字化仿真。道路照明的數(shù)字化仿真是在虛擬環(huán)境中判斷照明的明亮程度、均勻度、眩光情況、環(huán)境亮度等合適與否，并可以顯示出隨著時(shí)間推延，光源流明維持系數(shù)和燈具維護(hù)系數(shù)等的變化，從而使照明效果發(fā)生變化，也可顯示出相應(yīng)的照明的屬性數(shù)據(jù)，即可以使所設(shè)計(jì)的照明方案從現(xiàn)在到未來的演變過程生動(dòng)地、直觀地、定量地再現(xiàn)，使照明設(shè)計(jì)人員和管理者

2、在交互的虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像、數(shù)據(jù)操作和可視化分析。在數(shù)字照明中不但能展現(xiàn)照明的定性和定量的動(dòng)態(tài)變化效果，而且還可使用戶能進(jìn)行實(shí)時(shí)地參與和人機(jī)交互，進(jìn)行身臨其境的全方位感受。因此，要實(shí)現(xiàn)道路照明的數(shù)字化仿真，首先應(yīng)建立道路照明仿真的數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)庫，而后進(jìn)行道路照明數(shù)字化仿真的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試與應(yīng)用等。 論文在第二章討論并建立了道路照明數(shù)字化仿真的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模型，并在此基礎(chǔ)上建立了相關(guān)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。道路照明數(shù)字化仿真的數(shù)

3、學(xué)模型應(yīng)是描述計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。任何系統(tǒng)都離不開大量的數(shù)據(jù)關(guān)系，要表現(xiàn)這些復(fù)雜的關(guān)系，使用關(guān)系模型是最有效的方法，因此在道路照明仿真系統(tǒng)中有大量的由關(guān)系表組成的描述這些復(fù)雜關(guān)系的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，如道路信息幾何數(shù)據(jù)庫、光源數(shù)據(jù)庫、燈具庫、燈桿庫、環(huán)境配景庫、道路路面、光源及環(huán)境材料屬性庫等，以確保道路照明仿真數(shù)字化程序的完成。 論文第三章根據(jù)CIE標(biāo)準(zhǔn)對(duì)在特定光照下的路面亮度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)結(jié)合道路表面的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和生成技術(shù)描繪

4、動(dòng)態(tài)、靜態(tài)時(shí)的實(shí)際照明效果；在程序的編制過程中，利用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制和粗糙級(jí)等諸多理論，以使其具有處理信息的高度并行性，信息處理和信息存儲(chǔ)合二為一，能接受和處理模擬的、模糊的和隨機(jī)的信息，求滿意解而不是求精確解，同時(shí)利用離散元理論計(jì)算亮度，并描繪亮度曲線。 論文第四章對(duì)道路照明仿真數(shù)字化應(yīng)用中的主要影響因素之一——燈具的維護(hù)系數(shù)進(jìn)行了大量而深入的試驗(yàn)和研究，使道路照明仿真更符合實(shí)際情況。道路照明仿真數(shù)字化又是：數(shù)→圖→數(shù)

5、的過程，是由大量的仿真計(jì)算完成的，其中燈具的維護(hù)系數(shù)是照明仿真實(shí)時(shí)性計(jì)算的重要因素。維護(hù)系數(shù)主要是光源流明維護(hù)系數(shù)和燈具污染衰減系數(shù)的乘積，在實(shí)際計(jì)算時(shí)可認(rèn)為是光源在某方向上的實(shí)時(shí)發(fā)光強(qiáng)度與光源在某方向上的初始發(fā)光強(qiáng)度的比值。由此，燈具發(fā)光面對(duì)應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度是計(jì)算維護(hù)系數(shù)和其它光度參數(shù)所必須的。在通常情況下我們使用的道路照明燈具大都沒有提供數(shù)字化的發(fā)光強(qiáng)度分布的信息，即使在使用初期有，也可能因?yàn)槭褂靡欢ㄖ芷诤螽?dāng)初的數(shù)據(jù)失效了而不能直接采用

6、，但若利用數(shù)碼相機(jī)通過求燈具的發(fā)光面積后和亮度即可通過式I=SLacosα求出燈具發(fā)光面對(duì)應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度。 為計(jì)算發(fā)光面積，本文一方面利用數(shù)碼相機(jī)的成像原理在較理想的曝光量、曝光時(shí)間及相面照度下，通過計(jì)算燈具發(fā)光面的象素，找到其發(fā)光面積和發(fā)光面亮度，從而算得發(fā)光強(qiáng)度；另一方面通過數(shù)碼相機(jī)的成像原理找到焦距、曝光量、曝光時(shí)間、燈與相機(jī)的物距等諸多因素對(duì)成像面積的影響規(guī)律，同樣可以通過計(jì)算光源發(fā)光面的面積，找到其發(fā)光面積和發(fā)光面亮度，

7、從而算出發(fā)光強(qiáng)度。 與此同時(shí)，為了驗(yàn)證與校核數(shù)字照明仿真設(shè)計(jì)方法，論文在第五章采用自主設(shè)計(jì)的道路照明數(shù)字化仿真程序?qū)Χ鄺l道路照明的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試。 本文創(chuàng)造性工作可歸納如下： ①在數(shù)字城市理論的基礎(chǔ)上提出和建立數(shù)字照明仿真設(shè)計(jì)方法。研究符合于道路照明標(biāo)準(zhǔn)的道路照明仿真數(shù)字化方法。 ②自編“道路照明仿真數(shù)字化子系統(tǒng)(3DSRLDI)”軟件。本文利用道路照明設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立道路照明仿真子系統(tǒng)的數(shù)

8、學(xué)模型；利用已有的兩段1km長的主城區(qū)道路照明設(shè)計(jì)的數(shù)字化研究，收集并建立了道路、照明及環(huán)境的三維動(dòng)態(tài)仿真子系統(tǒng)的實(shí)體數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫及媒體動(dòng)態(tài)仿真數(shù)據(jù)庫；利用道路三維數(shù)學(xué)模型開發(fā)道路照明仿真子系統(tǒng)中的道路表面亮度繪制模塊和道路照明圖像仿真模塊；研究城市建模方面的軟件和照明定量計(jì)算軟件合理鏈接的技術(shù)，并進(jìn)行主城區(qū)道路照明數(shù)字化示范研究，探索道路照明的數(shù)字化仿真技術(shù)，從而開發(fā)道路照明仿真的數(shù)字化子系統(tǒng)；通過多個(gè)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)對(duì)道路照明仿真子