조도 예측 모델 기반의 DDPG 강화학습을 이용한 실내 조명 시스템 제어

김영섭 서울대학교 대학원 2021 국내석사

실내 공간에서는 작업의 효율과 안전을 위해 적정 수준의 조도 환경을 확보해야 한다. 채광창을 통해 자연채광이 유입될 경우, 부족한 만큼만 전기조명을 통해 공급함으로 조명 에너지를 절감할 수 있다. 자연채광은 시간별 태양의 위치 및 기상환경에 따라 동적으로 변한다. 즉, 전기조명 시스템의 제어변수(디밍 제어의 경우: 0~1)를 결정하기 위해서는, 제어 시점마다 자연채광으로 인한 작업면 조도의 동적 거동을 독립적으로 파악할 수 있어야 한다. 또한, 각 지점에 부족한 만큼의 전기조명 조도를 공급하기 위해서는 제어변수에 따라 여러 조명기구에서 도달하는 광속을 알아야 한다. 조명기구별 출력과 작업면 조도의 관계를 시스템 모델로 작성하면, 자연채광 현황에 따라 권장 조도 환경을 만족하는 동시에 전력사용량을 최소화하는 전기조명 시스템의 제어변수를 결정할 수 있다. 작업면의 조도는, 센서를 설치하거나 시뮬레이션 모델로 예측하여 알 수 있다. 조도 센서를 이용하는 방법은 권장 조도 수준의 만족 여부에 대한 정확도가 높고, 직관적이다. 하지만, 센서의 측정값은 자연채광과 여러 전기 조명기구의 조도가 합해진 것으로, 이를 분리하는 것이 어렵다. 또한, 조도 센서는 작업면에 설치해야 하지만, 간섭으로 인해 주변의 벽이나 천장에 설치하게 되며, 이로 인해 정확도가 떨어진다. 조도 시뮬레이션을 이용하면 이와 같은 센서의 물리적인 한계를 극복할 수 있다. 본 연구에서는 인천의 한 공장 건물을 대상으로 빛 환경 시뮬레이션 도구인 Radiance 기반의 빛 환경 시뮬레이션 도구인 DIVA for Grasshopper를 이용하여 자연채광과 전기조명 조도를 예측하는 물리법칙 기반의 모델을 각각 개발하였다. 제작된 모델을 제어에 이용하기 위해서는 실시간으로 예측 결과를 도출할 수 있어야 한다. 자연채광 모델은 기상청의 수평면 총일사량을 입력으로 이용하는데, 이를 실시간으로 이용하기 어렵고, 이용할지라도 기상대와 대상건물의 지역적 차이로 인한 오차가 있다. 모델의 연산시간 또한 해결해야 한다. Radiance에서는 Backward ray-tracing 방법으로 측정지점으로 유입되는 다중 반사광(interreflection)을 계산한다. 빛을 광선으로 가정하고, 추적 방향을 샘플링하여 확률적으로 계산하기에 샘플 개수와 반사 횟수가 많을수록 정확도가 높아지고 연산시간이 길어진다. 자연채광 모델의 연산시간을 단축하고, 지역적 특징을 반영하는 참조 조도를 모델의 입력변수로 활용하기 위해 기계학습 대리모델을 개발하였다. 전기조명 모델의 경우, 조명기구 그룹별 시뮬레이션을 수행한 결과로 디밍 제어변수에 대한 선형시스템 모델을 제작하였다. 각 모델은 작업면에 임시로 조도 센서를 설치하여 수집한 데이터로 보정 및 검증하였다. 제어 최적화는 강화학습으로 구현하였다. 강화학습은 인공지능의 한 분야로, 주어진 환경에서 제어변수를 결정하고, 그 결과에 따라 보상을 받으며 최적제어 방법을 탐색한다. 본 연구에서 적용한 심층 확정적 정책 그래디언트(DDPG) 알고리즘은 디밍 제어와 같은 연속 제어변수를 결정할 수 있다. 또한, 제어변수가 많을 경우, 확률적 알고리즘보다 우수하다. 훈련 기간을 통해 도출한 최적 정책 신경망(Optimal Policy Network)으로 제어를 수행한 결과, 평균조도와 균제도를 권장수준으로 확보할 수 있었다. 전력 사용량의 경우, 기존의 스케줄 기반 제어 대비 38%를 절감할 수 있었다. 강화학습으로 결정된 제어 시점별 변수 패턴은 선형계획법 최적화 알고리즘의 패턴과 유사하다. 자연채광이 부족한 지점에 집중하여 전기조명을 공급하였으며, 시간 및 날짜별 자연채광 수준에 따라 제어를 수행하였다. 하지만, 선형계획법은 실내 자연채광이 부족한 아침과 저녁 시간의 경우, 제어 패턴에 불안정성을 보였으며, 각 지점의 조도를 최대한 확보하기 위해 보수적으로 제어가 수행된다. 해당 시점에서는 어떤 방법의 조명 시스템 제어로도 선형계획법의 제약조건을 만족할 수 없었기 때문이다. 한편, 강화학습은 이와 같은 환경에서도 일관적인 제어를 수행하였으며, 전력사용량과 조도 환경의 균형이 유지되었다. 결과로 선형계획법보다 17% 더 많은 전기에너지를 절감할 수 있었다. 본 연구는 실제 건물을 대상으로 조도예측모델을 제작하여 실시간 전기조명 제어를 수행하였다. 모델을 통해 작업면의 조도 센서를 대체할 수 있었으며, DDPG 강화학습 제어의 최적화 성능 및 안정성을 확인하였다. 이를 통해 조도예측모델에 기반한 실내 조명 시스템 제어가 유용함과 동적 자연채광 환경 및 연속 제어변수에 대한 DDPG 강화학습의 가능성을 전달하고자 한다. In indoor space, an appropriate level of illumination should be secured for the efficiency and safety of the human activity. If daylight is introduced through the skylights, lighting energy can be saved by supplying only as much illuminance as needed with electric lighting. Daylight varies dynamically over time depending on the position of the sun and sky conditions. In order to determine the dimming control variables, the dynamic behavior of workplane illuminance by daylighting should be independently identified at each point of control. In addition, to meet an specific amount of electirc lighting illuminance, the luminous flux from different lighting fixtures should be known, depending on the control variable. With a system model, the control optimization can be conducted that satisfy the recommended lighting environment while minimizing electric power. The conventional closed-loop lighting control demands illuminance sensors mounted on a horizontal workplane. However, if the control target space is large as well as shaded by complex indoor surroundings, the corresponding number of photo sensors would increase. In addition, workplane illuminance at a certain point is contributed by multiple neighboring lighting fixtures and daylighting from multiple skylights. So that, the accurate dimming control for each lighting fixture is difficult. Simulation model prediction can replace the mounted illuminance sensors. In this study, the author developed daylighting and electric simulation models that predict the illuminance level at any points of interest. Radiance, one of the most sophisticated lighting simulation tools, was employed for this purpose. Then, a surrogate model was developed for fast computation and optimal control of a target building. For optimal dimming control, Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) is used. The DDPG makes an optimal policy network and gets feedback from the model, and finds continuous dimming optimal control variables as the output. In the paper, the development process of the lighting simulation model and the DDPG, as well as an application of the both to a real-life case would be addressed.

조도에 따른 시력과 대비감도의 변화 : 포롭터, 시험테, 안경 기반으로

김규리 강원대학교 대학원(삼척캠퍼스) 2024 국내석사

This study aimed to investigate the changes in visual acuity and contrast sensitivity based on illumination using a phoropter, trial frame, and spectacles. The subjects were 47 people (26 males, 21 females) with an average age of 23.9±3.66 years, wearing corrective spectacles with a visual acuity of 0.8 or higher. The subject's refractive correction values were inserted into the phoropter and trial frame, and visual acuity was measured using an LCD chart, Contrast sensitivity was assessed using CSV-1000HGT at each illuminance level. In this study, as the illumination increased to 200, 400, and 1000 lux, visual acuity measured through the phoropter, trial frame, and spectacles showed changes in 85.11%, 82.98%, and 81.32% of the subjects, respectively. There was a significant tendency for both monocular and binocular visual acuity to increase (p<0.05), with the highest values observed at 1000 lux. The contrast sensitivity according to each spatial frequency(3, 6, 12, 18 cpd) showed a changes 67.38%, 66.43%, 59.81%, 42.32% of the subjects in the case of phoropter, 67.85%, 70.45%, 68.56%, 52.96% of the subjects in the case of trial frame, 67.38%, 70.45%, 69.03%, 51.47% of the subjects in the case of spectacles. As the illumination increased, both monocular and binocular contrast sensitivity tend to increase significantly (p<0.05). The highest contrast sensitivity was observed at 1000 lux, with glasses, trial frame, and phoropter showing better results in that order. Additionally, there was a significant change in contrast sensitivity with an increase in myopia (p<0.05). From these results, the test like refraction should be conducted considering the appropriate illumination according to the usual working environment of those who need refractive error correction. Since differences in results may occur depending on the vision measurement instrument used, the difference between the results should be reduced through ‘wearing tests’ and ‘adding prescription lenses’ etc. 포롭터, 시험테, 안경을 이용하여 조도에 따른 시력과 대비감도의 변화를 알아보고자 하였다. 교정시력 0.8 이상의 안경을 착용한 평균 연령 23.85±3.66세의 47명(남자 26명, 여자 21명)을 대상으로 하였다. 대상자의 안경교정값을 포롭터와 시험테에 장입하여 각 조도 별 시력을 LCD 시표를 이용하여 측정하였으며, 대비감도는 CSV-1000HGT를 이용하여 측정하였다. 본 연구에서 조도가 200, 400, 1000 lux로 증가함에 따라 포롭터, 시험테, 안경으로 측정한 시력은 대상자의 85.11%, 82.98%, 81.32%가 변화를 보였으며, 단안과 양안 모두 유의하게 증가하는 경향을 보였으며(p<0.05), 1000 lux에서 가장 높았다. 각각의 공간주파수(3, 6, 12, 18 cpd)에 따른 대비감도는 포롭터의 경우 대상자의 67.38%, 66.43%, 59.81%, 42.32%, 시험테의 경우 대상자의 67.85%, 70.45%, 68.56%, 52.96%, 안경의 경우 대상자의 67.38%, 70.45%, 69.03%, 51.47%가 변화를 보였다. 조도가 증가함에 따라 단안과 양안 모두 유의하게 증가하는 경향을 보여(p<0.05) 1000 lux일 때 가장 높은 대비감도를 보였으며, 안경, 시험테, 포롭터 순으로 더 좋은 결과를 보였다. 또한 근시도가 증가할수록 대비감도는 유의한 변화를 보였다(p<0.05). 이러한 결과로부터 굴절이상 교정이 필요한 이들의 평소 작업환경에 따른 적절한 조도를 고려하여 검사를 진행하여야 하며, 사용하는 시력측정장비에 따라 결과값의 차이가 발생할 수 있으므로 장용검사, 처방렌즈 덧대어 보기 등을 통하여 결과값 간의 차이를 감소시켜야 할 것이다.

산지하천에서의 조도계수 추정

김시훈 상지대학교 대학원 2012 국내석사

산지하천의 특성을 나타낼 수 있는 원기둥의 모형을 제작하여 수리실험을 실시하였다. 하상재료의 특성을 나타낼 수 있는 체적밀집도를 정의하고, 흐름의 특성에 따른 조도계수의 추정을 위한 수리특성의 분석으로는 VR, Froude수, Reynolds수, 항력계수 및 바닥전단 특성 조도계수를 산정하였다. 유량의 증가에 따른 Reynolds수가 큰 난류흐름으로의 진행에 따라 조도계수가 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 일반적으로 체적밀집도 증가에 따라 조도계수는 상대적으로 증가함을 확인하였다. 레이놀즈수가 증가할수록 하상재료의 항력계수가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Reynolds수가 커지는 난류영역에서는 조도계수의 감소로 나타난 예와 같이 항력계수 역시 감소함으로 나타났다. 항력이 커질수록 바닥전단특성의 조도계수가 커짐을 알 수 있다. 아울러 체적밀집도가 커짐에 따라 바닥전단특성의 조도계수가 커짐을 확인하였다. 조도계수는 체적밀집도와의 상관보다는 흐름특성인 Reynolds수, 항력계수에 보다 지배적임을 확인할 수 있었으나, 흐름특성이 같을 경우에는 체적밀집도에 따라 조도계수의 증가함을 보여준다. 조도계수는 수리특성에 크게 지배될 뿐만 아니라 체적밀집도에 지배됨을 확인하였다. 따라서 정확한 조도계수의 산정을 위해서는 수리특성을 나타내는 변수와 더불어 체적밀집도와의 상관관계식의 사용이 요구된다. The researcher manufactured a cylindrical model which exhibits the characteristics of mountain stream, and conducted hydraulic model test. Also, the researcher defined the density of volume that can display the characteristics of riverbed materials. As analysis of hydraulic characteristics for estimation of roughness coefficient according to the flow characteristics, the researcher figured out Velocity Ratio (VR), Froude number, Reynolds number, drag coefficient, and the roughness coefficient of bottom shear characteristics. The roughness coefficient of Reynolds number according to the increase of flow rate decreased with the strong turbulent flow. The researcher also confirmed that, in general, the roughness coefficient increased relatively according to the increase of density of volume, and the more Reynolds number increased, the more drag coefficient of riverbed materials decreased. This was exhibited as a decrease of roughness coefficient in the turbulent region where Reynolds number get larger, likewise, the drag coefficient also showed a decrease. The researcher found that the larger drag, the roughness coefficient of the bottom shear characteristics became increased, and confirmed that the larger density of volume, the roughness coefficient of bottom shear characteristics became increased. The roughness coefficient had more dominant impacts on Reynolds number and drag coefficient, which are flow characteristics, than correlations with density of volume. However, in the case that the flow characteristics were same, the test results showed that roughness coefficient increased according to the density of volume. In addition, the researcher confirmed that the roughness coefficient was influenced greatly not only by hydraulic characteristics, but also by the density of volume. Therefore, to figure out accurate roughness coefficient, it is required to use correlation equation in connection with both the density of volume and variables that express hydraulic characteristics.

조도 변화가 노인 여성 보행 시 낙상 관련 운동역학적 위험요인에 미치는 영향

전현민 한국체육대학교 2014 국내박사

이 연구는 노인에게 빈번히 일어나는 치명적인 낙상을 예방하기 위하여 낙상 위험요인인 조도변화 (300lx, 150lx, 5lx)와 주로변화(평지, 내리막)를 복합적으로 영향을 주었을 때 하지관절의 생체역학적 변화와 동적 안정성의 변화를 구명하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 병적 결함이 없는 65세 이상의 여성 노인집단과 20대의 여성 성인집단을 각각 15명씩 선정하였다. 조도변화의 특성에 관한 자료 수집을 위해 Proreflex MCU 240 (Qualisys, Sweden) 적외선 카메라 7대와 Instrumented Treadmill (Bertec, USA) 트레드밀 지면반력기 2대를 사용하였으며 보행 중 조도변화를 위해 보행주로 위에 조도를 조절할 수 있는 조명을 설치하였다. 기초자료 수집은 Qualisys Track Manager 프로그램을 이용하였으며, Visual3D (C-Motion, Inc, USA)을 이용하여 변인을 계산하였다. 조도변화와 주로변화에 따른 통계적 차이를 검증하기 위해 반복측정변량분석 (One-Way ANOVA)을 실시하였고, 집단과 주로변화는 독립표본 t-test와 대응표본 t-test를 실시하였다 (SPSS 12.0). 이때 통계적 유의 수준은 α=.05로 설정하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. 1.1.1. 평지와 내리막 보행 시 연령에 따른 변화 노인집단이 성인집단에 비해 발목관절과 엉덩관절에서 각도 변화가 작게 나타났고 (p<.05), 무릎관절의 각도 변화는 크게 나타났다 (p<.05). 평지보행에서는 하지관절 모멘트가 노인 집단에서 작게 나타났으나 (p<.05), 내리막 보행에서는 노인 집단에서 무릎관절 모멘트가 크게 나타났다 (p<.05). 하지관절 파워에서는 평지보다 내리막에서 방출이 크게 나타났다 (p<.05). 그리고 노인집단이 발목관절에서는 방출은 작게 나타났으며 (p<.05), 흡수는 크게 나타났다. 또한 무릎관절파워는 흡수가 크게 나타났다 (p<.05). 수직지면반력에서는 성인보다 노인집단이 작게 나타났다 (p<.05). 그리고 제동력에서는 성인보다 노인집단이 작게 나타났다 (p<.05). 1.1.2. 노인 여성 집단에서 조도변화와 주로 변화에 따른 변화 5lx에서 평지보다 내리막 보행에서 지지시간이 짧게 나타났다 (p<.05). 평지보행에서는 하지관절모멘트가 차이가 없는 것으로 나타났다 (p>.05). 그러나 내리막 보행에서 발목관절에서 300lx보다 5lx에서 최대 저측굴곡 모멘트가 크게 나타났고 (p<.05), 엉덩관절에서는 300lx보다 150lx와 5lx에서 최대 신전모멘트가 크게 나타났다 (p<.05). 평지보행에서 5lx보다 150lx가 무릎관절 강성이 작게 나타났다 (p<.05). COM-COP각속도는 평지보행에서 5lx보다 150lx와 300lx에서 최대각속도가 작게 나타났고 (p<.05), 최소각속도는 5lx보다 150lx에서 작게 나타났다 (p<.05). 결론적으로 노인집단은 보행속도를 줄여 관절의 안정화 전략을 사용하고 조도가 어두워질수록 낙상의 원인 중에 하나인 동적안정성을 줄이는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통해서 조도변화가 낙상의 위험성 증가 시킬 것으로 생각된다. 주요어: 조도, 동시수축, 동적안정성, 강성

조도변화에 따른 시기능 변화 비교

김다영 강원대학교 일반대학원 2015 국내석사

조도가 시기능에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 평균연령 23.93±1.59세 40명(남 21, 여 19)을 대상으로 시표면 조도를 5, 50, 200, 500 및 800 lx로 조정하여 각 조도 상태에서 조절력, 폭주근점, 원거리 및 근거리 사위, 원거리 및 근거리 융합버전스, 상대조절력, 조절래그를 측정하였다. 각각의 조명상태에서 측정된 값들을 시표면의 조도 800 lx상태에서 측정된 검사값을 기준으로 비교하였다. 조절력은 조도가 감소함에 따라 유의하게(p<0.05) 감소하였고, 시표면의 조도 800 lx에 비교해 200 lx 부터 현저한 변화를 보였다. 조도가 감소함에 따라 조절래그는 감소하는 경향을 보였으며, 폭주근점은 멀어지는 경향을 보였다. 원거리 및 근거리 수평사위는 조도가 감소함에 따라 내편위의 경향을 보였다. 원거리와 근거리에서 측정한 음성융합버전스는 조도가 감소에 따라 분리점과 회복점은 감소하는 경향을 보인 반면 양성융합버전스는 분리점이 증가하는 경향을 보였다. 음성상대조절력의 경우 조도가 감소함에 따라 유의한(p<0.05) 감소를 보였고, 200 lx 부터는 800 lx 와 비교해 현저한 차이를 나타냈다. 양성상대조절력은 조도에 따라 시표면의 조도 800 lx에 비해 50 lx에서 변화를 보였으며, 조도가 감소함에 따라 유의하게(p<0.05) 감소하였다. 임상현장에서 시기능 검사는 환자의 생활환경 및 직업 등을 고려한 적절한 조도 수준에서 수행되어야 할 것으로 사료된다. This study was performed in order to figure out the influence of illumination on visual function. 40 subjects (male 21, female 19) of average age 23.93±1.59 years were participated and test chart surface illumination were adjusted to 5, 50, 200, 500 and 800 lx and then amplitude of accommodation, near point of convergence, far and near distance phoria, far and near distance fusional vergence, relative accommodation, and accommodation lag were measured for each illumination condition. The measured values in each illumination conditions were compared with the values that were measured at 800 lx as the standard. Amplitude of accommodation was significantly decreased (p<0.05) with reduction of illumination intensity, this significant differences was shown from 200 lx compared with 800 lx. Accommodation lag showed the tendency of decreasing and near point of convergence showed tendency of receding with reduction of illumination intensity. Far and near distance horizontal phoria showed the tendency of esodeviation with reduction of illumination intensity. With regards to near and far distance negative fusional vergence, with reduction of illumination intensity, the break point and the recovery point decreased but positive fusional vergence, the break point increased. Negative relative accommodation was significantly decreased (p<0.05) with reduction of illumination intensity, it showed significant different from 200 lx compared with 800 lx. Positive relative accommodation was significantly decreased (p<0.05) with reduction of illumination intensity, it showed significant different from 50 lx compared with 800 lx. In clinical practice, visual functional test should be performed under condition of adequate illumination level through patient's living environment and job.

室內로 流入되는 晝光照度의 時間別 照度測定에 관한 硏究

박유진 계명대학교 대학원 2006 국내석사

본 연구는 태양열을 해석하여 조도계산을 위한 선행작업으로 우선 태양에너지를 빛에너지로 변환시키는 방법을 연구하고, 그 자료를 바탕으로 프로그램에 간단한 수치입력으로 시간별, 위치별로 빛에너지가 실내로 유입될 때의 필요한 조도를 구할 수 있게 하고자 한다. 태양광에 대한 분석으로 주광에 의한 조도 측정이 요구 된다. 첫 번째 단계로 하루 동안 태양이 발산하는 빛의 량을 구할 수 있는 식을 해석하고 그에 따른 변수들을 구하여 해가 떠있는 동안의 시간별 복사량을 계산하기 위한 식의 풀이에 이용하도록 하였다. 이는 매시간 변하는 태양의 기울기에 따라 각각 다르게 산정되는 자연광의 조도를 계산하므로서, 주변 환경이나 시간에 관계없이 일정한 조도를 발산하는 인공조명의 효율을 높이도록 하기 위함이다. 두 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 가정한 조건과 동일한 조건으로 하루 중 일사되는 태양의 총량으로부터 대기 중에 매 시간의 직사되는 태양의 직사광량을 구하였다. 주광에 의한 조도의 분석으로 태양빛의 양을 빛의 밝기로 변환하고자 하며, 그에 대한 이론의 정립을 위해 시간별 태양의 복사량을 구하는 식을 이용하였다. 동일한 파장의 영역 내에서 빛의 양이 곧 빛의 밝기가 되므로 지구 밖의 태양의 복사량을 지구 밖 대기권의 태양빛의 밝기(세기)와 동일한 값으로 계산하였다. 마지막으로, 대기권에서의 태양의 밝기가 실내로 유입될 경우 외부에서의 조도가 여러 가지 주변 환경요소나 대기상태, 유입되는 경로 등의 변수로 외부 조도를 그대로 유지한 채 실내로 유입되지 않으므로, 그 변화값을 최소화하기 위해 태양의 유리창 투과율과 대기권에서의 형태계수 및 실내로 유입된 태양빛의 형태계수 등을 적용하기로 한다. 그리고 가상의 실험공간을 선정하여, 해가 떠있는 시간대를 오전 6시에서 오후 19시까지로 정하고 각각의 시간차에 의한 자연채광에 의한 조도를 계산하여 하루 평균 태양이 비추는 동안의 실내조도 분포량을 구하였다. 이것을 바탕으로 권장조도보다 낮은 부분에 대하여 부족한 조도를 보완하기 위한 인공조명의 출력을 조정할 수 있도록, 시간별로 구체적인 조도값을 구할 수 있는 방법을 제시하였다. 이상으로 자연채광에 대한 분석과 태양빛의 양과 빛의 밝기에 대한 상호 관련성을 분석하고, 시간별 실내로 유입되는 조도의 간단한 측정을 통하여 좀 더 에너지 절약적인 설계를 할 수 있는 근거자료를 마련하였다. In attempting to analyze solar heat in order to calculate the luminous intensity, it is first necessary to use the method of conversion from solar energy to the illumination sources, and then input its simple numerical value into the program based on previous data as well as the calibrations of required luminous intensity flowing indoors during different times and places. Measuring the luminous intensity by day light is the first requirement in order to analyze solar heat. For the first step, find the variables necessary to explain a formula to calculate the measurement of solar radiance in order to measure the amount of the radiance every hour of daytime. This regards varying solar inclination, which computes by counting the illumination of the natural light to raise the utility factor of the artificial illumination independently of surroundings or time. For the second step, compute the direct sunlight for every hour in the atmosphere from the total amount of the solar insolation according to the same condition from the first step. To convert the amount of solar radiance to illumination by analyzing the luminous intensity of day lights, the formula of solar radiance is used to build a thesis. In the same range of wavelength, the amount of illumination becomes the same amount of the illumination, therefore, solar radiance and the illumination, of the atmosphere can be the same amount. For the last step, the solar radiance cannot maintain the equal amount of illumination while it flows to the interior, because of the circumstances, the condition of air, or course of inflow. To minimize possible variation, apply the percentage of transmission of solar radiance, and the form factor of the solar radiance in the ait and interior. In order to decipher the distribution of illumination in a given times one must first, choose a hypothetical location, and assume that the sunlight is available between 6: a.m. to 7:00 p.m. and then measure the lights of illumination between the chosen fours. This basis, to control the generating power of artificial lightning to complement insufficient encouraged intensity of illumination, presents how to calibrate the concrete computation of luminous intensity by hour. The thesis provides a basis of energy efficient design from analyzing the correlation between solar radiation and its illumination, and commutating luminous intensity by every hour.

관측 거리와 광원의 색온도에 따른 표정 인식이 가능한 최소 연직면 조도에 대한 연구

남진호 강원대학교 2017 국내석사

본 논문은 현재 보안등 설치에 적용하고 있는 조도기준인 KS A 3701:2014 기준에서 보행자에 대한 기준 밝기가 다른 보행자의 얼굴을 확인할 수 있는 밝기인지 확인하고 지침을 제시하기 위한 연구를 진행하였다. 현재 국내 도로조명들은 KS A 3701:2014 기준을 만족하도록 설치되고 있지만 대부분의 도로조명 기준들은 운전자가 중심이 되는 가로등에 관한 내용을 주로 다루고 있으며, 보안등에 관한 기준은 단순히 야간 보행자 교통량과 지역에 따라서 구분되어 있다. 따라서 기준에 제시되어있는 밝기가 정말로 안전에 적합한 밝기인지 확인할 수 있는 시인성 연구를 통해 안전에 적합한 밝기 수준을 도출하였다. 실험은 두 가지의 관측거리에서 수행되었다. 첫 번째는 인류학자 Hall이 정의한 proximity zones의 네 가지 영역 중 마지막 영역인 서로 모르는 사람과의 최소 안전거리인 4m에서 수행한 실험이다. 두 번째는 범죄예방 환경설계인 CPTED 지침에 있는 제 3장 제 10조 “도로에 설치된 조명은 10m 전방에서 사람을 식별할 수 있는 조도를 유지해야 한다”에 따라 10m에 대한 얼굴 구분 능력을 평가하였다. 실험은 얼굴 구분 능력을 평가하기위해 사람들의 표정 4가지(무표정, 행복, 놀람, 화남)를 밝기와 색온도 조건에 따라 확인하는 실험으로 진행하였다. 실험조건은 보행자를 위한 조명에 대해 실험한 연구논문을 바탕으로 분석하여 조건을 선정하였고, 외부의 빛 유입을 최소화하기 위해 암실을 제작하여 실내 실험을 진행하였다. 실험 결과 관측거리 4m의 경우 가장 낮은 밝기 조건인 0.3lx에서도 정답률 70%이상으로 대부분 확인할 수 있는 거리로 나타났지만 관측거리 10m의 경우 KS연직면 조도 기준인 0.5lx에서는 대부분의 조건에서 정답률이 50% 이하로 나타났으며 표정 별로 분석한 경우 우연히 맞출 수 있는 확률인 25%이하의 정답률을 가진 표정도 확인할 수 있었다. 따라서 범죄 예방설계지침에 따른 10m의 관측거리에서는 현재 적용하고 있는 연직면조도 기준은 상당히 낮은 밝기이며, 모든 표정을 확실히 확인하기 위해서는 최소 2lx 이상의 연직면조도가 필요하다. This study aims to improve standards for pedestrians based on KS A 3701:2014 which is the illuminance standard currently applied to installation of safety lighting fixtures. Although street lights in Korea are required to satisfy KS A 3701:2014, most of the standards for street lights mainly deal with driver-centered street lighting while standards for safety lighting are simply divided by traffic of night pedestrians and regions. Thus, this study drew out the level of brightness appropriate for safety through visibility study which can check if the brightness required by the standards is really appropriate for safety. Experiments were conducted in two observation distances. First experiment was conducted in 4m which is minimum safe distance for two strangers as the last domain among 4 domains of proximity zones defined by anthropologist Hall. Second experiment evaluated face-distinguishing ability in 10m according to the Clause 10 of Article 3 in CPTED as environmental design for crime prevention, “Lights installed on the streets shall maintain the illuminance which enables one to distinguish a person in 10 m in front.” In order to evaluate face-distinguishing ability, experiment was conducted to distinguish 4 facial expressions (inexpressive face, happiness, surprise, anger) based on the condition of brightness and color temperature. Experiment conditions were selected based on the analysis on studies on lighting and, in order to minimize inflow of light from outside, a darkroom was made for indoor experiment. As a result of analysis, in the case of observation distance of 4m, rate of correct answers was over 70% in the minimum light condition of 0.3lx, showing most faces could be distinguished while, in the case of observation distance of 10m, the rate of correct answers was lower than 50% in 0.5lx, which is illuminance standard of KS vertical illuminance and, in the case of analysis by facial expression, there were even facial expressions with the rate of correct answers lower than 25%, which is simple probability of random selection. Therefore, the standard of vertical illuminance currently applied to 10-meter observation distance based on design guideline for crime prevention is considerably low and, in order to correctly distinguish all facial expressions, at least 21lx of vertical illuminance is required.

조도 변화에 따른 눈의 굴절력과 동공 중심의 이동

조현종 백석대학교 보건복지대학원 2021 국내석사

목적: 정상 안에서 조도에 따른 눈의 굴절력과 동공 크기의 변화를 관찰하고, 동공 중심점의 이동량과 방향을 알아보고자 하였다. 대상과 방법: 2020년 7월부터 2020년 9월까지 경기도 지역 일개 안경원에 원용 안경 처방을 위해 내원했던 안과적인 질환 및 각막 굴절 교정 수술 경험 없는 성인 29명(남 14명, 여 15명) 58 안을 검사하였고, 평균 나이는 35.62±14.48세였다. 전자동 수차 분석기(Wave Analyzer Medica 700, Paris, France)를 이용하여 조도에 따른 눈의 굴절력, 동공 크기, 동공 중심점의 변화 값을 측정하였고, 각각 3회씩 측정하여 평균값을 사용하였다. 통계 프로그램 SPSS(ver 20.0)를 이용하여 조도에 따라 근시 도의 변화량과 동공 크기 변화량이 동공 중심 변화량과 상관관계가 있는지 분석하였다. 결과: 조도에 따른 굴절력에서 구면 도수는 –2.80±2.24D에서 -2.94±2.21D으로 –0.14±0.15D만큼 변화하였다(p<0.001). 원주 도수는 –0.93±0.68D에서 -0.98±0.75D로 –0.05±0.16D가 증가하였다(p<0.001). 조도에 따른 동공 크기의 변화는 조도가 감소함에 따라 3.57±0.57mm에서 5.31±0.84mm으로 평균 1.74mm만큼 증가하였다(p<0.001). 동공 중심점 변화는 수평 방향으로 평균 0.14±0.10mm(p<0.001), 수직 방향 평균 0.13±0.13mm만큼 이동하였다(p<0.001). 구면 굴절력 변화량과 원주 굴절력 변화량 모두 동공 중심이동과 약한 상관관계가 있었다(r=-0.144, r=0.006). 동공 크기 변화량과 동공 중심이동 또한 약한 상관관계를 보였다(r=-0.112). 결론: 조도가 어두워질수록 구면굴절력은 (-)방향으로 커지고, 동공 크기가 증가하며, 동공 중심은 수평과 수직 방향으로 모두 이동하였다. 따라서, 야간 활동 안경렌즈를 조제할 때는 굴절력 변화와 동공 중심 이동에 따른 시력의 질적 저하를 고려 해야할 것으로 생각된다.

표면조도의 영역밀도 및 패턴에 따른 난류유동과 표면압력 특성 연구

박권호 부산대학교 대학원 2020 국내석사

대기경계층 (Atmospheric boundary layer)은 지표면에서 운동량의 이동과 교환의 중요한 역할을 한다. 이전 연구에 따르면, 대기경계층의 아래 부분인 Roughness Sub-layer는 보통 건물 높이의 2배~5배 정도의 두께를 가지며, 강한 수직 혼합과 난류유동이 발생된다. 따라서 이 층 내에 있는 건축물들은 난류유동에 의한 풍하중을 받고 있으며, 이를 견디고 극복하기 위해 대기경계층의 특징을 파악하는 것은 중요하다. 따라서 본 연구는 풍동실험을 통해 서로 다른 표면조도에서의 난류유동 및 모델의 표면압력 특성을 확인하고 대기경계층 내의 건축물에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 실험은 풍동에서 난류경계층을 인위적으로 생성하고 표면조도 주위의 난류경계층 특성과 모델의 표면압력 분포를 확인하였다. 실험에 사용된 표면조도 블록은 50mmH×50mmW×50mmL 크기의 정육면체 모델과 50mmH×50mmW×25mmL 크기의 직육면체 모델이다. 그리고 표면조도를 영역밀도를 정육면체 모델의 경우 25%, 17%, 11%로, 직육면체 모델의 경우 17%, 10%, 6%로 구분하고 패턴은 엇갈린 패턴과 정렬된 패턴으로 구분하여 실험하였다. 그 결과, Roughness Sub-layer의 높이는 영역밀도와 패턴에 따라 1.8H-2.2H (H는 조도블록 높이)로 측정되었다. 그리고 조도블록 앞쪽 표면압력은 영역밀도가 커질수록 작아졌으나, 뒤쪽 표면압력은 영역밀도와 관계없이 거의 일정한 값이었다. 위쪽의 표면압력은 영역밀도가 커질수록 커졌다.

사무소 건물의 조명제어를 위한 천장면 조도 특성에 관한 연구

서재윤 부경대학교 대학원 2019 국내박사

In modern office buildings, the lighting control is significant not only to provide the comfortable visual environment but also to reduce the energy consumption in buildings. For efficient lighting control, it is necessary to control lighting output according to the illuminance on the work plane; however, it is difficult to directly acquire the work plane illuminance because it is practically impossible to install the light sensor on the work plane and the occupant’s activities can affect the measured illuminance. For this reason, this study attempted to measure ceiling surface illuminance to control the illumination on the work plane. To verify this assumption, experiments and simulation were conducted to investigate the relationship between the illuminance on work plane and ceiling surface. To fulfill the purpose of this study, a test-bed was constructed in order to analyze the illumination in typical office space. In addition, an Arduino-based illuminance sensors and recording system were also developed in order to acquire the simultaneous illuminance distribution on the work plane and the ceiling surface. Forty illuminance sensors combined with wireless signal transfer system were constructed to facilitate the data measurement and acquisition. The developed measurement system was verified by comparing the result with those of the general-purpose illuminance meter, which has been already by other researchers. The by other researchers results showed that the accuracy of the Arduino-based measurement system is approximately 99.6% compared with the verified illuminance meter, which indicates that the developed measurement system could be successfully used to investigate the relationship between illuminance on work plane and ceiling surface. In order to quantify the relationship between illuminance on work plane and ceiling surface, the illuminance ratio of ceiling surface to work plane was suggested in this study. Test-bed experiment results showed that the ratio ranges from 0.26 to 0.55 (average of 0.37), implying that such ratio can be used to determine the proper position of the illuminance sensor on the ceiling surface. As the above-mentioned illuminance ratio will be affected by the reflectance of the wall, which has relatively large surface area in the space, it is necessary to investigate such ratio with other types of walls which has reflectance. Thus, the illuminance on work plane and ceiling surface was measured by applying three different wall papers with the reflectance of 0.834, 0.672, and 0.536, respectively. In addition, the measured illuminance data was compared with the Relux simulation, which was conducted to investigate the relationship between illuminance on work plane and ceiling surface under more various room conditions such as wall reflectance. The discrepancy between measured and simulated illuminance was –5∼10% for work plane and –13∼10% for ceiling surface, respectively Therefore, it was found that the developed simulation model is suitable for the analysis of the illuminance ratio with different wall reflectance. Using the simulation model, the correlation between wall reflectance and the illuminance ratio was analyzed. It was found that the correlation can be formulated with the regression equation Y = 0.1243X2 + 0.1534X + 0.1169 (R2 = 0.9993), where X is the wall reflectance and Y is the reflectance ratio. The derived regression equation can be used to determine the appropriate sensor position to control artificial lighting based on the ceiling surface illuminance. As the regression equation was derived under the condition that the daylight is not introduced into the space, it may not be applicable to the space with the natural lighting. Therefore, in order to extend the applicability of this study, it was necessary to investigate the impact of natural lighting on the illuminance ratio. For this reason, additional experiments were conducted by introducing direct and indirect daylight in the test-bed space. It was found that the daylight tends to elevate the overall illuminance on work plane and ceiling surface, which also affects the illuminance ratio. Thus it is necessary to conduct more comprehensive study to quantify the impact of the natural lighting on the illuminance ratio under various outdoor how about the effect caused by the indirect daylight.