车间照度测量与分析方法研究

孙丽，关德鹏，范魁元，于晓洋，王颖

(1.大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连 116028；2.中国北车集团 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司 能源管理办公室，黑龙江 齐齐哈尔 161002)

车间照度测量与分析方法研究

孙丽1，关德鹏1，范魁元2，于晓洋1，王颖2

(1.大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连 116028；2.中国北车集团 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司 能源管理办公室，黑龙江 齐齐哈尔 161002)

依据国家标准GB/T5700-2008《照明测量方法》，选用合适的照度测量仪器，对车间进行照度数据测量，通过绝对均值法剔除所测量照度数据中的坏点，然后再通过计算出车间照度均值和现场照明均匀度，进而分析现场照度情况是否达到国家规定的相关标准.这样一套车间照度测量分析方法能够解决测量数据受坏点影响的问题，经过实践证明该套方法是可行的.

照度；测量；分析；绝对均值法；坏点

0 引言

对车间照明环境优劣情况的评估，需要通过一套完整而有效的照度数据测量与分析方法作为指导.工程上经常会出现对已有车间厂房进行照明改善设计的情形，在进行照明改善设计之前有必要对当前车间厂房进行照明情况的评估.然而，学术界和工程上却缺少一套科学、有效的车间照度数据测量与分析的方法来对车间照明情况的现状进行评估，主要原因是车间现场照明环境是十分复杂的，由于多种原因会采集到不少坏点数据，并且用这些带有坏点的数据对照明环境进行分析.本文针对上述存在的不足之处，提出了一种先剔除坏点数据，再进行照度数据分析的新方法.

1 照度测量方法

工业建筑照明测量的场所和照度测点位置、高度及推测测量间距的确定，应符合2009年1月1日实施的国家标准GB/T 5700-2008《照明测量方法》.照度的测量方法主要分为两种：①中心布点法;②四角布点法.中心布点法相对四角布点法在实际应用时更简便、高效.工业车间厂房普遍面积较大，因此本文采用中心布点法进行测量[1](如图1).

○——测点

图1 在网格中心布点示意图

2 照度数据分析方法

2.1 坏点的剔除

在车间照度测量的过程中，实际的车间照明环境是十分复杂的.车间照明环境存在许多影响照度测量结果的因素,其中有两点主要因素：因素一，照度测量仪器存在失真情况；因素二，车间现场测点的照度时常会受到大型机床、行车等而产生较大的波动.一般情况下，工人们并不在大型机床周边作业，因此人眼对该区域的要求并不高，分析车间照明情况的时候完全可以不考虑该区域的照度情况.行车经常不定向地在车间上空来回行驶， 在进行车间照度测量的时候经常会受到来回

行驶的行车遮挡光线，使得该区域所测得的照度较没有行车遮挡的时候低许多.在使用中心布点法测量车间照度的时候，大型机床附近区域和受行车影响处的区域照度通常会被采集进去，而导致车间整体照明水平大幅度降低.通过这些照度数据分析车间照明情况显然不科学，应考虑予以剔除.

综合考虑两种因素对车间照明产生的影响，把受这两种因素干扰而测得的照度值认为是坏点.坏点会对整个车间照明水平的科学评估会产生很大的影响，应该剔除坏点.对于动态测试数据,由于其数据量庞大,采用拉依达(3σ)准则是较为常用的方法.但由于拉依达准则运用的前提是要求数据为正态分布,并需要对同一样本数据进行多次测量(一般要求测量次数大于10次).而动态测试数据往往不会是标准的正态分布,且有时每个数据只测量一次或几次，因此剔除动态测试数据中坏点的效果不是非常理想.这种情况可以考虑绝对均值法来对数字时序信号进行坏点的剔除[2].

居民通过“环保大作战”回答环保小问题换取游戏券，在游戏中了解环保知识；“宝圈套环&垃圾分类”将垃圾模型丢入相应的干垃圾桶、湿垃圾桶、有害垃圾桶、可回收垃圾桶中，让居民有直观的印象。“环保易物”，居民将废报纸、废旧电池、二手书籍兑换长寿花。“文明养宠宣传”，居民签下文明养宠承诺书，将文明养宠文化在生活中实践，当天共签署承诺书50份。

在动态信号测试中,第i个测点信号的数值,可表示为:

(1)

阀值W的计算公式如(2)所示：

(2)

2.2 平均照度计算

平均照度计算公式如(3)所示：

(3)

式中：Eav为平均照度，(lx)；M为纵向测点数；N为横向测点数；W为坏点个数；Ei在第i个测点上的照度，(lx)；Ej′为在第j个点上坏点的照度，(lx).

2.3 照度均匀度计算

照度均匀度的计算公式如(4)、(5)所示：

(4)

(5)

式中:U1为照度均匀度(极差)；U2为照度均匀度(均差)；Emax为坏点剔除后的最大照度(lx)；Emin为坏点剔除后的最小照度(lx)；Eav为平均照度(lx).

在照明设计中，要求被照空间的照度值应该均匀或比较均匀，照度均匀的标志是：场内最大、最小照度分别与平均照度之差小于等于平均照度的1/3[4]，由此可以推导场内照度均匀标准为：

U1≥0.5，且U2≥0.667

3 照度数据测量与分析方法在典型车间应用案例

以某一铸造(熔化)车间为对象，进行照度测量和分析，进而对该车间当前照明情况进行评估.

3.1 照度数据采集

3.1.1 测量仪器及要求

(1)测量仪器

本次数据采集使用的测量仪器为：ST-92型照度计，主要性能指标为：①测量范围：1～199 900 lx，分为1 999× lx，1 999×l0x，1 999×l00x三个量程;②仪器精度：重复精度为±2%，线性精度为±5%，换挡误差为±0.6，示值误差为±0.4;③光谱响应特性：光谱响应误差≤5%，红外响应<1.5%，紫外响应<1.5%;④方向响应误差：30°(<±1%)；60°(<±5%)；80°(<±15%);⑤工作环境温度：0～40℃，湿度小于85%.

本次铸造车间的数据测量选用的量测主要是1 999×lx，并且该照度计的各项精度误差都在合理的范围内，满足本次照度数据采集的要求.

(2)测量要求

①根据布点法确定的测点位置进行测量.测量时，照度计先用大量程档数，然后根据指示值的大小逐渐找到合适的档数，原则上不允许指示值在最大量程1/10范围内读数;②照度示值稳定后再读数.数字式照度计显示的读数，最后一位有时候不稳定，应该记录出现次数较多的数字[5-6].

3.1.2 确定测量高度及测量点距

测量车间的类型为铸造车间，车间厂房长60 m，宽45 m.根据表1可知，测量高度可选取0.5 m水平面，照度点测量间距可选取5.0 m×5.0 m.采用中心布点法对车间照度进行测量，选取5.0 m×5.0 m的正方形网格，在网格中间进行照度测量.

3.2 照度数据分析

3.2.1 剔除坏点

通过对车间照度的测量，得出该车间内照度数据，如表1所示.

表1 车间照度数据表lx

序号12345678910111217116818921422113310085100100124021072052402562709910010099792030315726226224026421724623623622125120241161542142071742601992452062181921005283515209016515512266117141145653301015802451881898018322322876025810702041999921626024224586520675023325023122627830830897011174075168128167174152156139

表2 偏移值绝对均值数据表lx

序号1234567891011121742344697612456045451331052386095111125464545466612511531211711795119721019191761065742996962291155410061734745511711013012555201023792840692115135130651004344653878837851201371357559544671115971008801251391389588105868113316316397513412810570231722297116

3.2.2 数据分析

根据计算公式(3)计算得出照度均值Eav=133 lx.由表2可知，坏点剔除后的最小照度为Emin=25，坏点剔除后的最大照度为Emax=264.根据计算公式(4)、(5)计算得出照度均匀度极差U1=0.095，照度均匀度均差U2=0.188.

根据GB50034-2004《建筑照明设计标准》的要求，一般铸造(熔化)车间现场要求平均照度达到200lx.当前铸造(熔化)车间照度均值为133lx，小于200lx.因此，该车间没有达到照度标准.照度均匀度极差U1=0.095，照度均匀度均差U2=0.188.不满足U1≥0.5，并且U2≥0.667.因此，该车间没有达到照度均匀度要求，表明照度不够均匀.

总之，通过工程实践总结并创新出的这种车间照度测量与分析方法已经多次在工程实践中被应用，其结果表明，应用该方法能够全面的分析车间照明情况，具有一定的应用和指导意义.

[1]中华人民共和车国家质量监督检验检疫总局.GB/T 5700-2008照明测量方法[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2]陈友群，陈军，蔡敬源.基于LavVIEW的摩擦衬垫因数自动测试系统[J].矿山机械,2013,41(8)：46- 49.

[3]孙笋.轮廓和边缘检测方法研究-基于对比度分析和绝对均值方法的改进Susan边缘检测方法[D].北京：北京交通大学，2010.

[4]郭伏，钱省三.人因工程学[M].北京：机械工业出版社，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]中华人民共和国建设部.GB 50034-2004 建筑照明设计标准 [S]. 北京：中国标准出版社，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

孙丽(1972)，女，教授，博士，主要从事机电一体化，工业工程相关的研究 E- mail:245803197@qq.com.

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