搜搜LED網(wǎng)訊：博物館是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)，現(xiàn)代人把參觀博物館作為一種精神追求。博物館的燈飾照明環(huán)境是游客的第一感受，為了讓人們安全舒適地參觀博物館的展品，且保護(hù)好國(guó)家文物，使國(guó)家文物免受光損害，就需要提高展廳智能照明的控制水平，解決和處理好文物光損害和舒適參觀環(huán)境以及節(jié)能的關(guān)系。
1、博物館環(huán)境對(duì)燈飾照明的要求
博物館對(duì)燈飾照明的需求主要表現(xiàn)在一般照明、陳列照明和文物保護(hù)。
1.1一般燈飾照明
一般照明指的是為照亮整個(gè)場(chǎng)所而設(shè)置的均勻燈飾照明，主要是為游客服務(wù)，根據(jù)陳列的展品種類和展品所處的位置不同而有不同的亮度，觀眾在展廳與展廳之間走動(dòng)參觀的時(shí)候，對(duì)光亮度要求有一個(gè)漸變的過(guò)程。通常從低亮度到高亮度比從高亮度到低亮度所需要的適應(yīng)時(shí)間短，所以在設(shè)計(jì)展廳一般照明的時(shí)候應(yīng)使較低亮度的展廳與中等亮度的展廳相鄰。通過(guò)有意識(shí)的對(duì)展廳各區(qū)域亮度關(guān)系的合理設(shè)定，讓觀眾很好地適應(yīng)展廳光環(huán)境，為游客參觀創(chuàng)造一個(gè)舒適的參觀環(huán)境。
博物館一般燈飾照明應(yīng)滿足低亮度、控制光良好、大遮光角的要求，同時(shí)，一般照明由于工作時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)考慮節(jié)能問(wèn)題。
1.2陳列照明
（1）墻壁陳列照明：采用定向性照明，把展品陳列照明燈光集中到展品上，從墻壁反射的光能夠滿足觀眾在展廳中游覽的需要。
（2）立體展品陳列照明：用于大型展品采用立體展品照明，如蠟像、模型等。大型展品的外觀、材質(zhì)都不同，立體展品陳列照明的關(guān)鍵是利用燈光突出展品自身的特點(diǎn)。
（3）展柜陳列照明：要注意散熱，避免產(chǎn)生直接眩光；采用拆裝簡(jiǎn)便的照明燈具，光束角及調(diào)節(jié)角度控制精準(zhǔn)、突顯立體感；一般選小型的光源，控制器可以裝在展柜外面。
1.3文物保護(hù)照明
自然光及多種人工光有都含紫外線（波長(zhǎng)＜400nm）和紅外線（波長(zhǎng)＞760nm）。其中的紫外輻射是1種非照明用的輻射源，其波長(zhǎng)范圍為10~400nm。紫外線光子的能量大，文物吸收紫外線的能量可轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，會(huì)引起展品變褪色。而紅外輻射具有熱效應(yīng)，導(dǎo)致展柜溫度上升，容易使展品出現(xiàn)干化、變形、裂紋等損壞。熱效應(yīng)明顯的紅外線不僅可能造成展品熱老化，還能引起相對(duì)濕度變化，間接造成對(duì)文物的損傷。
1.4博物館照明的新需求
現(xiàn)代博物館展廳對(duì)照明系統(tǒng)的需求又有新的特點(diǎn)：①根據(jù)文物屬性和展廳特點(diǎn)，控制陳列文物照度和色溫；②配置防紅外、紫外的光學(xué)過(guò)濾透鏡以及扇葉、防眩筒、防眩格柵等光學(xué)配件；③博物館的照明系統(tǒng)具有智能化和可擴(kuò)展性；④博物館照明系統(tǒng)應(yīng)具備節(jié)能環(huán)保要求。
2、LED在博物館照明中的優(yōu)勢(shì)
博物館展示的文物一般都對(duì)光輻射比較敏感，根據(jù)敏感程度的不同，分為對(duì)光特別敏感、敏感、不敏感3類。
LED光源是一種綠色光源，具有節(jié)能，環(huán)保，安全，顏色豐富等特點(diǎn)，與白熾燈相比，節(jié)電率可以達(dá)到90%以上，節(jié)能效益十分可觀，且在其光譜中沒有紫外和紅外輻射，能控制熱效應(yīng)和次生光化學(xué)反應(yīng)損害。LED冷光源燈泡采用直流驅(qū)動(dòng)，無(wú)頻閃；冷光源發(fā)熱量低，可以安全觸摸；LED照明產(chǎn)品工作電功率相對(duì)較低，所需控制模塊的電功率也低。與傳統(tǒng)光源相比，光源多變幻是LED的一個(gè)重要特征，可以進(jìn)行彩色控制，營(yíng)造出更好的參觀氛圍。如果能對(duì)LED實(shí)現(xiàn)有效智能控制，可以起到保護(hù)文物、營(yíng)造良好的參觀環(huán)境和節(jié)能環(huán)保的理想效果，因此，很多博物館開始采用LED照明。
3、LED智能照明
3.1一般照明的智能化
展廳照明是比較有規(guī)律的照明系統(tǒng)，可采用定時(shí)控制的方式，參照展廳走廊和展廳面積大小進(jìn)行定時(shí)控制，不僅達(dá)到智能控制的目的而且也能起到節(jié)能的作用。
序廳和展廳展品的一般照明部分全部采用調(diào)光控制，當(dāng)有游客進(jìn)入序廳時(shí)，照明燈由暗漸變成舒適的亮度，為游客適應(yīng)展廳內(nèi)的燈光提前作好準(zhǔn)備。
利用光敏傳感器感應(yīng)環(huán)境光線的強(qiáng)弱，利用采集到的信號(hào)來(lái)控制照明系統(tǒng)的開關(guān)和調(diào)光，此外通過(guò)人體紅外傳感器感應(yīng)自動(dòng)調(diào)整走廊和展廳的照明，既保證了環(huán)境的舒適性，又能夠有效地節(jié)能。
3.2展廳陳列照明的智能化
對(duì)文物的重點(diǎn)照明中，為有效地保護(hù)文物，避免光損害，主要考慮文物展品的曝光量。2009年發(fā)布的博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T23863—2009），其中有對(duì)陳列室展品照度提出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。
研究表明展品的曝光量越高損害越大，博物館將年曝光量作為文物保護(hù)的主要指標(biāo)。在照度相同的情況下，減少曝光時(shí)間，可以有效降低年曝光量。所以在博物館日常管理過(guò)程中特別重視對(duì)照明的控制，要保護(hù)文物就須控制好曝光時(shí)間和照度。
探測(cè)人的移動(dòng)來(lái)自動(dòng)打開或關(guān)閉燈光，當(dāng)有人通過(guò)時(shí)會(huì)自動(dòng)打開，人員離開后自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)游人離開展區(qū)時(shí)，展區(qū)內(nèi)的燈光通過(guò)移動(dòng)探測(cè)器探測(cè)到無(wú)人在展廳內(nèi)參觀，將自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉該層展柜內(nèi)的燈光。只保留頂棚照明（應(yīng)急照明）燈光作為展廳的一般照明。
為控制展品照明的照度，將人體紅外傳感器、距離檢測(cè)與LED燈相結(jié)合，當(dāng)有人進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，則該區(qū)域的展品照明調(diào)到事先設(shè)定好的照度值（40%），當(dāng)人走到距離某展品1m時(shí)，該展品的燈光亮度調(diào)到80%，其余展品照明亮度保持在40%。人離開該展品則下降到40%，人離開該展廳則關(guān)閉該展廳的照明，使燈光更加合理，更加靈活。
3.3展廳展品的仿生照明
人工蜂群算法是模仿蜜蜂行為提出的一種優(yōu)化方法，是集群智能思想的一個(gè)具體應(yīng)用，其主要特點(diǎn)是不需要了解問(wèn)題的特殊信息，只需對(duì)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)劣比較，通過(guò)各人工蜂個(gè)體的局部尋優(yōu)行為，最終在群體中使全局最優(yōu)值突現(xiàn)出來(lái)，有著較快的收斂速度。為解決多變量函數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，Karaboga提出了人工蜂群算法ABC模型，并已在組合優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)路由、函數(shù)優(yōu)化、機(jī)器人路徑規(guī)劃等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
蜂群產(chǎn)生群體智慧的最小搜索模型包含基本的3個(gè)組成要素：食物源、被雇傭的蜜蜂和未被雇傭的蜜蜂；兩種最為基本的行為模型：為食物源招募蜜蜂和放棄某個(gè)食物源。
每個(gè)展品位置是優(yōu)化問(wèn)題的1個(gè)解。展品的吸引游客程度對(duì)應(yīng)解的質(zhì)量（適應(yīng)度值fiti），fiti根據(jù)（1）式計(jì)算，其中fi為目標(biāo)函數(shù)。
在算法計(jì)算中，初始階段將蜂群分為引領(lǐng)蜂和跟隨蜂，假設(shè)引領(lǐng)蜂的個(gè)數(shù)等于跟隨蜂的個(gè)數(shù)等于種群中的解的個(gè)數(shù)。先在搜索空間生成初始解向量xi（i=1，2，…，SN），SN為蜜源個(gè)數(shù)，每個(gè)解xi是1個(gè)d維的向量，d是問(wèn)題的維數(shù)。初始化后，整個(gè)種群將進(jìn)行引領(lǐng)蜂、跟隨蜂和偵察蜂搜尋過(guò)程的重復(fù)循環(huán)，直到達(dá)到設(shè)定的迭代次數(shù)Limit或者誤差允許值，循環(huán)限制次數(shù)Limit。
在搜索過(guò)程中開始階段，每個(gè)引領(lǐng)蜂由下式產(chǎn)生1個(gè)新解（新的蜜源）。
式中，j∈（1，2，…，d），k∈（1，2，…，SN，k是隨機(jī)選取的，且k≠i。φij為[-1，1]之間的隨機(jī)數(shù)，它控制xij鄰域的生成范圍，隨著搜索接近最優(yōu)值，鄰域的范圍會(huì)逐漸減少。如果新解比舊解好，引領(lǐng)蜂就記住新解忘掉舊解，反之，保留舊解。在所有引領(lǐng)蜂完成搜索后，引領(lǐng)蜂通過(guò)搖擺舞把解的信息和食物源信息與跟隨蜂分享，跟隨蜂根據(jù)下式計(jì)算每個(gè)解的概率pi。
將模擬蜂群采蜜行為的人工蜂群算法，運(yùn)用到博物館的照明控制系統(tǒng)中，通過(guò)不同游客對(duì)展品吸引游客程度來(lái)找到參觀路徑的最優(yōu)解，根據(jù)參觀路徑的最優(yōu)解來(lái)控制展廳照明燈光的最優(yōu)控制。
在算法中，用Limit參數(shù)記錄解被更新次數(shù)，如果迭代次數(shù)達(dá)到Limit次后游覽路徑并沒有得到改善，這個(gè)迭代解就應(yīng)被舍棄，隨機(jī)在解空間中搜尋新的有吸引力的展品。
蜂群算法是一種全局優(yōu)化算法，與具體問(wèn)題無(wú)關(guān)，算法對(duì)初值選擇不敏感，具有較強(qiáng)的魯棒性和收斂性能。
3.4智LED能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)人工蜂群的算法求出游客參觀博物館的最優(yōu)路徑，在最優(yōu)路徑的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能照明控制系統(tǒng)。智能照明控制系統(tǒng)的核心部分是熱釋電紅外傳感器，檢測(cè)到游客位置信息傳送給控制器，控制器經(jīng)過(guò)處理后對(duì)燈光進(jìn)行調(diào)光控制。
目前，用得比較多的是脈沖寬度調(diào)制（PWM），通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖高低電平的占空比以調(diào)節(jié)燈光的明暗程度。
智能燈光控制系統(tǒng)通過(guò)紅外對(duì)人體進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)超聲波測(cè)距對(duì)游客和展品的距離進(jìn)行檢測(cè)，控制器根據(jù)檢測(cè)信息輸出PWM信號(hào)，控制燈光的亮度，不僅有利于游客參觀展品，更綠色節(jié)能。
控制器采用單片機(jī)控制，將人體檢測(cè)和超聲波測(cè)距信號(hào)進(jìn)行采集，并通過(guò)處理，輸出不同占空比的PWM信號(hào)，調(diào)整展廳照明燈光。
使用示波器觀察控制器輸出的PWM信號(hào)，分別是輸出占空比為86%和10%的波形。
4、博物館LED照明小結(jié)
針對(duì)目前博物館照明效率不高的問(wèn)題，運(yùn)用智能控制對(duì)博物館中的展品照明進(jìn)行設(shè)計(jì)，從蜂群的算法來(lái)對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行仿生照明的設(shè)計(jì)與研究。用智能照明和仿生結(jié)合的方式提升了博物館展示文物的智能化水平，有效地保護(hù)了文物，更體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的主題。
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