城市地下空间光照的认知影响机理及动态调控机制研究

The large scale and mixed spatial functions of urban underground space with poor daylight will lead to a new challenge for spatial cognition and lighting energy saving. Comfortable and low-power and cognizable lighting environment of this space is essential to relax for pedestrians in the spatial experience and reduce energy consumption of lighting and improve their space cognitive behavior especially the evacuation efficiency when an emergency occurs. This project, based on the vision and behavior psychology theory which researched on space lighting at home and abroad, will be carried with the correlation between lighting environment and influence of emotion and orientation, and the control strategies and regulating methods will be presented to achieve positive emotions of pedestrians and guide the direction. The main research content is: (1) site investigation to construct the basic data model of lighting environment of Chinese’s urban underground space; (2) experimental study on determining the essence of affect mood of lighting and quantitative relation between emotion and illumination parameters; (3) experimental research on the emotional intervention effect of lighting environment to the pedestrians; (4) experimental study on the direction of guide of lighting environment in the spatial experience; (5) to present the control strategies and regulating methods of lighting environment which couplings intervention and guidance effect and conducive to energy saving in simulated natural light pattern..This project will provide theoretical basis and experimental support to improve the lighting environmental quality of underground space, and realize humanization lighting which relax and improve the cognitive efficiency.

现代城市地下空间的规模化、复合化和功能交混化的发展趋势以及日光受限的特点给空间认知和照明节能提出新的挑战，创造舒适、低耗、可辨识性强的光照环境，对缓解负面情绪、降低照明能耗、改善空间认知行为尤其是提高紧急情况下的疏散效率具有重要的现实意义。本研究在国内外光环境相关理论研究的基础上，基于视觉、行为心理和控制等理论，开展地下空间认知行为中光照环境与情绪、定向影响之间的相关性实验研究，以及可实施情绪正面干预、方向引导和照明节能的光环境调控策略和方法研究。主要研究内容包括：地下空间光环境基础数据模型研究；影响情绪的光照环境要素及其量化关系研究；光照环境对行人情绪的干预作用研究；光照环境对行人定向的引导作用研究；耦合干预和引导作用并利于节能的动态光环境调控机制研究。.本研究将为改善我国地下空间光环境品质、实现可认知性强的人性化照明以及创造有利于空间体验并节能的地下空间光环境提供理论依据和实验支持。

地下空间为人们提供生活便利的同时，其长时间、高单位面积照明能耗带来了照明节能问题。如何在有效改善光环境质量的同时实现照明节能是当前亟待解决的重要问题。本项目针对地下空间光环境质量改善和照明能耗优化调控过程中需要解决的关键科学问题，运用自主感知、人工智能、预测控制、自适应控制等理论和方法对这些问题展开了深入研究。.（1）在空间环境感知方面。通过实地调研和现场光环境参数实测，确立了影响光照环境的主要因素和光照参数的定量关系；针对传统插补聚类算法未考虑插补值对类中心影响的问题，研究并提出了一种基于D-S证据理论的不完整数据混合分类算法，解决了不完整样本建模带来的不确定性问题；针对图像分割中常规四叉树结构的多尺度马尔可夫随机场模型存在的问题，提出了一种具有边缘保持的多尺度马尔可夫随机场模型图像分割方法，优化了图像分割效果；针对低阶马尔可夫随机场模型难以有效表达图像中复杂的先验知识而造成误分割问题，提出一种基于多节点拓扑重叠测度的高阶马尔可夫模型，提升了图像分割的鲁棒性和准确性。.（2）在光环境优化调控方面。针对基于多列卷积神经网络的人群计数方法中存在的问题，提出了一种编码－解码结构的多尺度卷积神经网络人群计数方法，提高了人群计数的准确性和鲁棒性；通过梳理地铁站客流数据特征，融合长短期记忆神经网络和蝙蝠算法，构建了短时客流量预测模型，提升了客流预测的准确性；针对地铁站照明能耗高的问题，开展了人工照明控制策略和调控方法研究，提出了基于客流信息、乘客行为以及分区分级照明控制的多种调控策略和方法，实现了地下空间光环境的精细控制，提升了光照环境的自适应性、舒适性和照明节能效果。.通过项目的系统研究，形成了一套兼顾地下空间光环境质量和照明能耗的理论和方法，较好的满足了城市地下空间光环境舒适性和照明节能降耗的客观需求。