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研究生: 張智鴻
Chih-hong Chang
論文名稱: 人工智慧應用於室內照明最佳化設計之研究
Study on Optimal Design of Interior Lighting by Using Artificial Intelligence techniques
指導教授: 蕭弘清
Horng-ching Hsiao
口試委員: 宋平生
none
胡能忠
Neng-chung Hu
張宏展
Hong-chan Chang
吳瑞南
Ruay-nan Wu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 136
中文關鍵詞: 照明設計遮光角配光曲線類神經網路傅利葉描述器
外文關鍵詞: candela distribution, protection angle, lighting design, neural
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  • 本論文旨在探討人工智慧應用於燈具與室內照明設計,以求得較佳符合人體視覺需求之照明光環境,研究以台灣科技大學國際大樓(International Building)教室作為參考案例研究對象。利用照明設計軟體DIALux建立教室環境,使用光學模擬軟體Trace Pro設計燈具模型,針對其遮光角度加以變化;爾後置入燈具模擬輸出光環境之四項照明指標:平均照度、統一眩光等級、配光均勻度與單位用電密度,經由綜合評估後,作為往後設計燈具之參考依據。

    本研究應用倒傳遞類神經網路學習輸入(教室尺寸、種類與燈具種類、配置及光度值)和輸出參數(照明指標)之間的「內在規則」,用以提供事先預測照明品質的功能,快速判別各式燈具於特定教室中之適用度;並使用傅利葉描述器用以搜尋配光範圍相似之燈具,以供作為較佳之燈具範本,並可據以修正為完全符合設計所需求配光曲線之照明效果。結合上述兩項理論之照明系統,往後於照明規劃初期即可以配光曲線作為主要設計參數,進而達成最佳化之照明設計。


    The purpose of this thesis is to study the application of artificial intelligent for luminaries and interior lighting design. The classrooms of International Building in NTUST are chosen to be the typical lighting zones of the research. At first, the optical simulation software “Trace Pro” is applied to design the model of luminaries for different shielding angle. Moreover, the lighting design software “DIALux” is applied to simulate the classroom environment, and all luminaries were equiped to simulate and find the four lighting index: average illumination, unified glare rating, uniformity, unit lighting power density. Results obtained from the study can be employed in the luminary designs in the future.

    In this study, back-propagation neural networks is applied to learn the “internal rule” of input data(such as the size and type of classroom, arrangement and candela distribution of luminary)and output data(lighting index)parameters. The rules can be used to predict the lighting quality and to quickly estimate whether the luminary is suitable for specific classroom. Besides, the Fourier descriptor is applied to search the luminaries which have more similar candela distribution which were determined by lighting design engineers in lighting planning. Finally, by employing the two techniques described above in the lighting design process, the lighting quality can be optimized

    中文摘要 i 英文摘要 ii 誌謝 iii 目錄 iv 圖表索引 viii 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 文獻回顧 2 1.4 研究流程與方法 4 1.5 章節概述 6 1.6 研究範圍與限制條件 7 第二章 優良光環境品質的概要與指標 9 2.1 優良光環境品質概說 9 2.2 照明設計指標概要 10 2.2.1 光通量(luminous flux) 10 2.2.2 光度(luminous intensity) 10 2.2.3 照度(illumination) 10 2.2.4 輝度(brightness) 11 2.2.5 配光均勻度(uniformity) 12 2.2.6 眩光(glare) 12 2.2.7 色溫度(color temperature) 13 2.2.8 演色性(color rendering) 14 2.2.9 耗電量 14 2.3 眩光的種類及其評估方式 15 2.3.1 眩光的種類 15 2.3.2 不舒適眩光的評估方法 17 2.4 合理教室照明之探討 25 2.4.1 學校照明之重要性 26 2.4.2 教室照明之目標 26 2.4.3 教室照明設計流程與規劃 29 2.5 結語 33 第三章 可應用於照明設計之理論概述 34 3.1 類神經網路 34 3.1.1 類神經網路簡介 34 3.1.2 神經元模型 36 3.1.3 類神經網路運作過程 38 3.1.4 倒傳遞網路介紹 39 3.1.5 類神經網路之優缺點 41 3.2 傅利葉描述器 42 3.2.1 傅利葉描述器簡介 42 3.2.2 傅利葉描述器原理 42 3.2.3 傅利葉描述器之性質 43 3.2.4 傅利葉描述器應用說明 44 3.3 結語 45 第四章 建構燈具修改遮光角之設計範例 46 4.1 光學模擬軟體Trace Pro介紹 46 4.2 燈具之選用與建立 47 4.3 遮光角定義 53 4.4 修改燈具遮光角 54 4.5 結語 65 第五章 建構教室照明設計案例及其數據分析 66 5.1 建立教室照明之模型 66 5.1.1 教室空間建立 66 5.1.2 燈具種類及配置方式 68 5.1.3 燈具數量及相關參數之決定 71 5.2 教室照明模擬輸出參數 75 5.2.1 平均照度之量測 75 5.2.2 統一眩光等級之量測 75 5.2.3 配光均勻度之量測 76 5.2.4 耗電量之量測 76 5.3 建立照明指標評分標準 78 5.3.1 工作面平均照度評分法 78 5.3.2 統一眩光等級(UGR)評分法 80 5.3.3 配光均勻度評分法 80 5.3.4 耗電量評分法 81 5.3.5 照明品質整體評分法 81 5.4 教室照明模擬範例之分析 82 5.4.1 平均照度相關分析 83 5.4.2 統一眩光等級(UGR)相關分析 84 5.4.3 配光均勻度相關分析 85 5.4.4 照明品質得分相關分析 86 5.5 結語 106 第六章 類神經網路與傅利葉描述器於教室照明設計之應用 108 6.1 類神經網路訓練過程 108 6.1.1 建立類神經網路之訓練範例 110 6.1.2 類神經網路建構相關說明 112 6.1.3 倒傳遞類神經網路學習結果(TRAINLM訓練函 數) 113 6.1.4 倒傳遞類神經網路學習結果(TRAINBR學習函 數) 117 6.2 傅利葉描述器建立流程 121 6.2.1 建立燈具資料庫 121 6.2.2 燈具比對結果 123 6.3 教室照明實際應用案例 124 6.4 結語 129 第七章 結論與建議 130 7.1 結論 130 7.2 未來研究方向 132 參考文獻 133 作者簡介 136

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