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)果將會對建筑采光設(shè)計、建筑節(jié)能及充分合理的利用太陽能產(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天空，方便采光設(shè)計和采光計算

3、，本文對各種不同氣候狀態(tài)下的參考天空與實際天空狀況進行了比較分析，明確了參考天空與真實天空之間的關(guān)系。通過對影響天空亮度的大氣光學(xué)參量進行分析研究，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)表達式，同時確定了該表達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。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)模光氣候觀測試驗數(shù)據(jù)，通過對天空氣象參量對天空亮度分布

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。同時對信息法參考天空模型調(diào)整系數(shù)a、b、c、d及e對天空亮度分布的影響進行研究分析，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、分布式計算、易與其它方法結(jié)合等優(yōu)點。通過蟻群算法對天空亮度各影響要素的分析優(yōu)化處理，得到天空亮度相對分布對表達式的各系數(shù)值。同時還開發(fā)了一套方便實用的天空亮度模型計算軟件，提供直觀而方便的計算手段。
　　本文還研究了數(shù)碼相機測試天空亮度的測試方法；運用經(jīng)標(biāo)定后的帶魚眼鏡頭的數(shù)碼相機對天空半球拍攝測試，并采用自行開發(fā)的圖像處理系統(tǒng)對天空亮度數(shù)據(jù)信

6、息提取記錄。通過實際測量數(shù)據(jù)與由信息法獲得的理論模型的計算值相比較，其誤差較小，這無疑為天然光利用，特別是建筑采光設(shè)計的高精度和標(biāo)準(zhǔn)化工作提供了無論理論上還是運用上都非常有價值的結(jié)果。
　　論文的創(chuàng)新之處在于：
　?、僬撐奶岢鰧⑻炜疹愋头譃榱惖男路诸悩?biāo)準(zhǔn)，新分類標(biāo)準(zhǔn)解決了現(xiàn)有CIE標(biāo)準(zhǔn)在描述天空特征時所使用的模糊分類語言，方便了實際運用。
　?、谑状卫昧艘环N嶄新的求解復(fù)雜優(yōu)化問題的啟發(fā)式算法——蟻群算法來研究天空亮