孫麗，關(guān)德鵬，范魁元，于曉洋，王穎

(1.大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116028；2.中國(guó)北車(chē)集團(tuán) 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司 能源管理辦公室，黑龍江 齊齊哈爾 161002)

車(chē)間照度測(cè)量與分析方法研究

孫麗1，關(guān)德鵬1，范魁元2，于曉洋1，王穎2

(1.大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116028；2.中國(guó)北車(chē)集團(tuán) 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司 能源管理辦公室，黑龍江 齊齊哈爾 161002)

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5700-2008《照明測(cè)量方法》，選用合適的照度測(cè)量?jī)x器，對(duì)車(chē)間進(jìn)行照度數(shù)據(jù)測(cè)量，通過(guò)絕對(duì)均值法剔除所測(cè)量照度數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，然后再通過(guò)計(jì)算出車(chē)間照度均值和現(xiàn)場(chǎng)照明均勻度，進(jìn)而分析現(xiàn)場(chǎng)照度情況是否達(dá)到國(guó)家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn).這樣一套車(chē)間照度測(cè)量分析方法能夠解決測(cè)量數(shù)據(jù)受壞點(diǎn)影響的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明該套方法是可行的.

照度；測(cè)量；分析；絕對(duì)均值法；壞點(diǎn)

0 引言

對(duì)車(chē)間照明環(huán)境優(yōu)劣情況的評(píng)估，需要通過(guò)一套完整而有效的照度數(shù)據(jù)測(cè)量與分析方法作為指導(dǎo).工程上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)對(duì)已有車(chē)間廠房進(jìn)行照明改善設(shè)計(jì)的情形，在進(jìn)行照明改善設(shè)計(jì)之前有必要對(duì)當(dāng)前車(chē)間廠房進(jìn)行照明情況的評(píng)估.然而，學(xué)術(shù)界和工程上卻缺少一套科學(xué)、有效的車(chē)間照度數(shù)據(jù)測(cè)量與分析的方法來(lái)對(duì)車(chē)間照明情況的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估，主要原因是車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)照明環(huán)境是十分復(fù)雜的，由于多種原因會(huì)采集到不少壞點(diǎn)數(shù)據(jù)，并且用這些帶有壞點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)照明環(huán)境進(jìn)行分析.本文針對(duì)上述存在的不足之處，提出了一種先剔除壞點(diǎn)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行照度數(shù)據(jù)分析的新方法.

1 照度測(cè)量方法

工業(yè)建筑照明測(cè)量的場(chǎng)所和照度測(cè)點(diǎn)位置、高度及推測(cè)測(cè)量間距的確定，應(yīng)符合2009年1月1日實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5700-2008《照明測(cè)量方法》.照度的測(cè)量方法主要分為兩種：①中心布點(diǎn)法;②四角布點(diǎn)法.中心布點(diǎn)法相對(duì)四角布點(diǎn)法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)更簡(jiǎn)便、高效.工業(yè)車(chē)間廠房普遍面積較大，因此本文采用中心布點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)量[1](如圖1).

○——測(cè)點(diǎn)

圖1 在網(wǎng)格中心布點(diǎn)示意圖

2 照度數(shù)據(jù)分析方法

2.1 壞點(diǎn)的剔除

在車(chē)間照度測(cè)量的過(guò)程中，實(shí)際的車(chē)間照明環(huán)境是十分復(fù)雜的.車(chē)間照明環(huán)境存在許多影響照度測(cè)量結(jié)果的因素,其中有兩點(diǎn)主要因素：因素一，照度測(cè)量?jī)x器存在失真情況；因素二，車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)的照度時(shí)常會(huì)受到大型機(jī)床、行車(chē)等而產(chǎn)生較大的波動(dòng).一般情況下，工人們并不在大型機(jī)床周邊作業(yè)，因此人眼對(duì)該區(qū)域的要求并不高，分析車(chē)間照明情況的時(shí)候完全可以不考慮該區(qū)域的照度情況.行車(chē)經(jīng)常不定向地在車(chē)間上空來(lái)回行駛， 在進(jìn)行車(chē)間照度測(cè)量的時(shí)候經(jīng)常會(huì)受到來(lái)回

行駛的行車(chē)遮擋光線，使得該區(qū)域所測(cè)得的照度較沒(méi)有行車(chē)遮擋的時(shí)候低許多.在使用中心布點(diǎn)法測(cè)量車(chē)間照度的時(shí)候，大型機(jī)床附近區(qū)域和受行車(chē)影響處的區(qū)域照度通常會(huì)被采集進(jìn)去，而導(dǎo)致車(chē)間整體照明水平大幅度降低.通過(guò)這些照度數(shù)據(jù)分析車(chē)間照明情況顯然不科學(xué)，應(yīng)考慮予以剔除.

綜合考慮兩種因素對(duì)車(chē)間照明產(chǎn)生的影響，把受這兩種因素干擾而測(cè)得的照度值認(rèn)為是壞點(diǎn).壞點(diǎn)會(huì)對(duì)整個(gè)車(chē)間照明水平的科學(xué)評(píng)估會(huì)產(chǎn)生很大的影響，應(yīng)該剔除壞點(diǎn).對(duì)于動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù),由于其數(shù)據(jù)量龐大,采用拉依達(dá)(3σ)準(zhǔn)則是較為常用的方法.但由于拉依達(dá)準(zhǔn)則運(yùn)用的前提是要求數(shù)據(jù)為正態(tài)分布,并需要對(duì)同一樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測(cè)量(一般要求測(cè)量次數(shù)大于10次).而動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)往往不會(huì)是標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布,且有時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)只測(cè)量一次或幾次，因此剔除動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)中壞點(diǎn)的效果不是非常理想.這種情況可以考慮絕對(duì)均值法來(lái)對(duì)數(shù)字時(shí)序信號(hào)進(jìn)行壞點(diǎn)的剔除[2].

居民通過(guò)“環(huán)保大作戰(zhàn)”回答環(huán)保小問(wèn)題換取游戲券，在游戲中了解環(huán)保知識(shí)；“寶圈套環(huán)&垃圾分類(lèi)”將垃圾模型丟入相應(yīng)的干垃圾桶、濕垃圾桶、有害垃圾桶、可回收垃圾桶中，讓居民有直觀的印象?！碍h(huán)保易物”，居民將廢報(bào)紙、廢舊電池、二手書(shū)籍兌換長(zhǎng)壽花。“文明養(yǎng)寵宣傳”，居民簽下文明養(yǎng)寵承諾書(shū)，將文明養(yǎng)寵文化在生活中實(shí)踐，當(dāng)天共簽署承諾書(shū)50份。

在動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試中,第i個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的數(shù)值,可表示為:

(1)

閥值W的計(jì)算公式如(2)所示：

(2)

2.2 平均照度計(jì)算

平均照度計(jì)算公式如(3)所示：

(3)

式中：Eav為平均照度，(lx)；M為縱向測(cè)點(diǎn)數(shù)；N為橫向測(cè)點(diǎn)數(shù)；W為壞點(diǎn)個(gè)數(shù)；Ei在第i個(gè)測(cè)點(diǎn)上的照度，(lx)；Ej′為在第j個(gè)點(diǎn)上壞點(diǎn)的照度，(lx).

2.3 照度均勻度計(jì)算

照度均勻度的計(jì)算公式如(4)、(5)所示：

(4)

(5)

式中:U1為照度均勻度(極差)；U2為照度均勻度(均差)；Emax為壞點(diǎn)剔除后的最大照度(lx)；Emin為壞點(diǎn)剔除后的最小照度(lx)；Eav為平均照度(lx).

在照明設(shè)計(jì)中，要求被照空間的照度值應(yīng)該均勻或比較均勻，照度均勻的標(biāo)志是：場(chǎng)內(nèi)最大、最小照度分別與平均照度之差小于等于平均照度的1/3[4]，由此可以推導(dǎo)場(chǎng)內(nèi)照度均勻標(biāo)準(zhǔn)為：

U1≥0.5，且U2≥0.667

3 照度數(shù)據(jù)測(cè)量與分析方法在典型車(chē)間應(yīng)用案例

以某一鑄造(熔化)車(chē)間為對(duì)象，進(jìn)行照度測(cè)量和分析，進(jìn)而對(duì)該車(chē)間當(dāng)前照明情況進(jìn)行評(píng)估.

3.1 照度數(shù)據(jù)采集

3.1.1 測(cè)量?jī)x器及要求

(1)測(cè)量?jī)x器

本次數(shù)據(jù)采集使用的測(cè)量?jī)x器為：ST-92型照度計(jì)，主要性能指標(biāo)為：①測(cè)量范圍：1～199 900 lx，分為1 999× lx，1 999×l0x，1 999×l00x三個(gè)量程;②儀器精度：重復(fù)精度為±2%，線性精度為±5%，換擋誤差為±0.6，示值誤差為±0.4;③光譜響應(yīng)特性：光譜響應(yīng)誤差≤5%，紅外響應(yīng)<1.5%，紫外響應(yīng)<1.5%;④方向響應(yīng)誤差：30°(<±1%)；60°(<±5%)；80°(<±15%);⑤工作環(huán)境溫度：0～40℃，濕度小于85%.

本次鑄造車(chē)間的數(shù)據(jù)測(cè)量選用的量測(cè)主要是1 999×lx，并且該照度計(jì)的各項(xiàng)精度誤差都在合理的范圍內(nèi)，滿足本次照度數(shù)據(jù)采集的要求.

(2)測(cè)量要求

①根據(jù)布點(diǎn)法確定的測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量.測(cè)量時(shí)，照度計(jì)先用大量程檔數(shù)，然后根據(jù)指示值的大小逐漸找到合適的檔數(shù)，原則上不允許指示值在最大量程1/10范圍內(nèi)讀數(shù);②照度示值穩(wěn)定后再讀數(shù).數(shù)字式照度計(jì)顯示的讀數(shù)，最后一位有時(shí)候不穩(wěn)定，應(yīng)該記錄出現(xiàn)次數(shù)較多的數(shù)字[5-6].

3.1.2 確定測(cè)量高度及測(cè)量點(diǎn)距

測(cè)量車(chē)間的類(lèi)型為鑄造車(chē)間，車(chē)間廠房長(zhǎng)60 m，寬45 m.根據(jù)表1可知，測(cè)量高度可選取0.5 m水平面，照度點(diǎn)測(cè)量間距可選取5.0 m×5.0 m.采用中心布點(diǎn)法對(duì)車(chē)間照度進(jìn)行測(cè)量，選取5.0 m×5.0 m的正方形網(wǎng)格，在網(wǎng)格中間進(jìn)行照度測(cè)量.

3.2 照度數(shù)據(jù)分析

3.2.1 剔除壞點(diǎn)

通過(guò)對(duì)車(chē)間照度的測(cè)量，得出該車(chē)間內(nèi)照度數(shù)據(jù)，如表1所示.

表1 車(chē)間照度數(shù)據(jù)表lx

序號(hào)12345678910111217116818921422113310085100100124021072052402562709910010099792030315726226224026421724623623622125120241161542142071742601992452062181921005283515209016515512266117141145653301015802451881898018322322876025810702041999921626024224586520675023325023122627830830897011174075168128167174152156139

表2 偏移值絕對(duì)均值數(shù)據(jù)表lx

序號(hào)1234567891011121742344697612456045451331052386095111125464545466612511531211711795119721019191761065742996962291155410061734745511711013012555201023792840692115135130651004344653878837851201371357559544671115971008801251391389588105868113316316397513412810570231722297116

3.2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)計(jì)算公式(3)計(jì)算得出照度均值Eav=133 lx.由表2可知，壞點(diǎn)剔除后的最小照度為Emin=25，壞點(diǎn)剔除后的最大照度為Emax=264.根據(jù)計(jì)算公式(4)、(5)計(jì)算得出照度均勻度極差U1=0.095，照度均勻度均差U2=0.188.

根據(jù)GB50034-2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，一般鑄造(熔化)車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)要求平均照度達(dá)到200lx.當(dāng)前鑄造(熔化)車(chē)間照度均值為133lx，小于200lx.因此，該車(chē)間沒(méi)有達(dá)到照度標(biāo)準(zhǔn).照度均勻度極差U1=0.095，照度均勻度均差U2=0.188.不滿足U1≥0.5，并且U2≥0.667.因此，該車(chē)間沒(méi)有達(dá)到照度均勻度要求，表明照度不夠均勻.

總之，通過(guò)工程實(shí)踐總結(jié)并創(chuàng)新出的這種車(chē)間照度測(cè)量與分析方法已經(jīng)多次在工程實(shí)踐中被應(yīng)用，其結(jié)果表明，應(yīng)用該方法能夠全面的分析車(chē)間照明情況，具有一定的應(yīng)用和指導(dǎo)意義.

[1]中華人民共和車(chē)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 5700-2008照明測(cè)量方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]陳友群，陳軍，蔡敬源.基于LavVIEW的摩擦襯墊因數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].礦山機(jī)械,2013,41(8)：46- 49.

[3]孫筍.輪廓和邊緣檢測(cè)方法研究-基于對(duì)比度分析和絕對(duì)均值方法的改進(jìn)Susan邊緣檢測(cè)方法[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

[4]郭伏，錢(qián)省三.人因工程學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：75.

[5] COCCATO L,BRAMICH D M,FREUDLING W,et al. Removal of systematics in photometric measurements: static and rotating illumination corrections in FORS2@VLT data [J]. MNRAS,2014,438: 1256 - 1266.

[6] PICCOLI B,SOCI G,ZAMBELLI PL,et al. Photometry in the workplace: the rationale for a new method [J]. Ann Occup Hyg,2004,48(1):29-38.

[7]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50034-2004 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) [S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

Photometry Method Study and Analysis of Workshop Illuminance

SUN Li1,GUAN Depeng1,FAN Kuiyuan2,YU Xiaoyang1,WANG Ying2

(1.School of Mechanical Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China;2. Energy Management Office of Qiqihar Railway Rolling Stock Co.,Ltd,Qiqihar 161002,China)

According to Chinese standard GB/T 5700-2008,a suitable illuminometer is used to measure the illuminance of light sources in the workshop. Using means of absolute mean value method,the singular points in the measured data of illuminance is removed. The mean value and uniformity ratio of illuminance in the workshop,and calculated,and the condition of illuminance in the workshop can be assessed according to Chinese standard. By the method,the problem that the illuminance data are always affected by the singular points is able to be solved. Practice has proven that such a method is feasible.

illuminance;survey;analysis;absolute mean value method;singular points

1673- 9590(2015)01- 0055- 04

2014-06-16

孫麗(1972)，女，教授，博士，主要從事機(jī)電一體化，工業(yè)工程相關(guān)的研究 E- mail:245803197@qq.com.

A