天井に取り付けた照度センサを用いた外光照度分布推定手法の提案
清水 祐希
†， 三木 光範
††， 榊原 佑樹
†， 間 博人
††(同志社大学大学院)
†，(同志社大学理工学部)
††1
はじめに
オフィス環境を改善することにより，知的生産性が向上すると報告されている1) ．我々は，オフィス における光環境に着目し，任意の場所に任意の照度を実現する照明システム（知的照明システム）の 開発を行っている2)．知的照明システムは，机上面に設置した照度センサから照度値を取得して照明 の制御を行っている．しかし，実証実験の結果より，照度センサの受光部が遮蔽物の影に隠れている ことや，書類で覆われており，本来の机上面照度が計測できないことが課題として挙げられている． 室内における明るさは，照明照度と外光照度の二つの照度値の合計となっている．照明照度は照度シ ミュレーションにより計測が可能である．そのため，外光が室内の特定の位置にどの程度の明るさを 与えているのかを推定可能であれば，室内の明るさを推定できる．そこで，障害物の影響を受けない 天井に 照 度 セン サ を 設 置 し，外光 照度 分布 を推 定す る手法 の提 案 を 行 う．2
天井照度と机上面照度の関係
本研究では天井に照度センサを取り付けて天井の照度を取得し，その値から直下の机上面照度を推 定する．そのため，天井照度センサとその直下の机上面の高さにおける照度の関係を明らかにする必 要がある．そこで，天井と直下の机上面の高さに設置した照度センサの外光による照度を一日を通し て測定した．この結果をFig. 1に示す．測定位置はFig. 2で窓から60 cm離れた場所に設置した天井照 度センサと机上面照度センサである．Fig. 1により，外光が天井および机上面に与える照度値には線形 の関係があることが確認できた．そのため，事前に天井照度と机上面照度を計測することによって， 天井照 度 か ら直 下 の 机 上 面の照 度を 推定 する こと が可 能で ある と わかった ． 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 100 200 300 400 500 600 [l x ] [lx] Fig. 1 外 光に よる 天井 照度 と机 上面 照度 の関 係 ኳ↷ᗘࢭࣥࢧ 1.8 m 1.2 m 1.9m ❆ ᮘ ᮘୖ㠃↷ᗘ䝉䞁䝃 ኳ N 1 3 9 7 7.2 m 6 .0 m 2 5 6 4 8 8 6 5 4 2 Fig .1࡛ᮘୖ㠃↷ᗘኳ↷ᗘ ࡢ㛵ಀࢆㄪࡓࢭࣥࢧ Fig. 2 外 光 照 度測 定 環境3
天井照度センサを用いた外光推定
3.1 提案手法 天井照度から机上面照度を推定する近似式が作成できることを確認したため，事前にレイアウトが 定まった環境において天井照度と机上面照度の関係を1日測定する．そして，天井に設置した全ての照 Proposal of the external light illuminance distribution estimation method using the illuminance sensor attached to the ceiling度センサから直下の机上面照度を求める近似式が作成されているとする．このとき，天井照度から室 内の外 光 照度 分 布 を 推 定する 方法 を以 下に 記す． 1. 天 井 照 度 か ら 近 似 式 に よって 机 上 面 照 度 を 推 定 2. 得 ら れ た 推 定 机 上 面 照 度 を 基 に モ デ ル 式 の 係 数 を 決 定 3. 外 光 照 度 を 取 得 す る 任 意 の 地 点 の 照 度 を 推 定 本実験環境下で用いるモデル式を式(1)に示す．これは，事前に様々な天候や時間帯の外光測定デー タを基に，室内における外光分布モデル式の導出を行ったものである．このモデル式によりFig. 3に示 すよう な 外光 照 度 分 布 が推定 され る． z = β0+ β1x4y3+ β2x3y4+ β3x3y2 +β4x2y4+ β5xy3+ β6xy2+ β7y (1) x，y:部 屋 の 位 置 座 標 ， z:そ の 位 置 に お け る 外 光 照 度 0 0 100 200 300 400 500 100 150 200 250 300 350 400 0 6.0 7.2 X [m] Y [m] ↷ᗘ [l x] Fig. 3 外光 照度 分 布 3.2 外 光 照度 分 布 推 定 実験 提案手法の有用性を検証するために検証実験を行った．本実験を行った環境はFig. 2と同じである． 照度センサを天井面に20台，照度の推定精度を確かめるため，照度を推定する机上面に1台ずつ設置し た．また，窓の幅は1.2 m，ブラインドは外向き45 °として測定した．なお，天井照度から机上面照度 を推定するための近似式は別日に計測を行った結果を基に生成した．実験は2013年12月14日の8時か ら17時の間行い，10秒ごとに全ての照度センサから照度値を取得した．そして，取得したデータから 提案手法を用いて，机上面における照度の推定を行い，実際に測定された値との誤差を比較した．1日 を通して外光照度が大きかったセンサ(Fig. 2の7番の照度センサ)をFig. 4，および推定した照度と9台 の机上面照度センサで実際に計測した照度値との誤差が最も大きかった照度センサ(Fig. 2の6番の照 度セン サ)の照度推移のグラフFig. 5に示す. 0 50 100 150 200 250 [l x] 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 Fig. 4 誤 差 が 少 なかったった セ ンサ 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 0 20 40 60 80 100 120 140 ↷ᗘ 㻌[ lx] Fig. 5 誤 差が 最 も大 き かった セ ンサ Fig. 5より，推定精度が最も悪かった照度センサでも最大36 lxとなり，誤差が大きい時でも30 lx程 度の誤 差 で 推定 が 可 能 であ るこ とが わかった ．
