تباين الإضاءة الخارجية تبعًا لارتفاع الشمس والتلوث الضوئي - كل ذلك في سعر واحد لإضاءة الشوارع بالطاقة الشمسية

يتعرض الضوء المحيط لتغيرات في شدته وطيفه على مدار 24 ساعة من اليوم.
توزيع الطاقة المتاح من الطيف الشمسي منخفض.
النماذج البُعدية، مثل CIE (
لجنة كلارا الدولية)
نموذج شمسي، لكن أداء هذا النموذج-
لا يمتلك نظام النهار أي خصائص.
قمنا بقياس الإشعاع الطيفي الهابط على مدى عدة أيام في منطقتين من أمريكا الشمالية (منطقة ريفية).
منتزه تشيري سبرينغز الوطني، بنسلفانيا)
الحد الأدنى من مصادر الإضاءة الاصطناعية وموقع في المدينة (
(فيلادلفيا، بنسلفانيا).
نصف الاختلافات في الأطياف والشدة واللون، ونوسع نموذج CIE الحالي لضوء النهار لالتقاط مكونات الإضاءة المنخفضة وأطياف سماء الليل.
قمنا بالقياس، والذي يُعرَّف بأنه الضوء الذي تم جمعه من نصف الكرة الأرضية بأكمله للسطح المقاس.
يكون للضوء الواصل إلى الكاشف أكبر وزن في اتجاه السطح.
يتم تكامل الضوء وفقًا لجيب تمام زاوية الضوء الساقط.
تم قياس طيف الإشعاع الناتج عن ارتفاع مستوى سطح الأرض في شمال ولاية بنسلفانيا بأقل قدر من التلوث الضوئي.
منتزه تشيري سبرينغز الوطني، بنسلفانيا)
الاختلافات في الدورة القمرية بين شهري يونيو ويوليو 2014.
في ليلة 30 يونيو وصباح 4 يوليو، تم إجراء القياسات تحت القمر الجديد.
تم إجراء قياسات اكتمال القمر في 11 و 12 يوليو.
وأخيراً، تم قياس 60% و49% من إضاءة القمر بين 18 و20 يوليو.
وفي الشهر نفسه، قمنا أيضاً بجمع أطياف من سطح مبنى مكون من أربعة طوابق في ظل ظروف التلوث الضوئي الحضري.
مبانٍ شاهقة بالقرب من وسط مدينة فيلادلفيا، بنسلفانيا.
تلخص هذه الورقة تاريخ ونطاق ارتفاع الشمس وارتفاع القمر وجزء القمر المشع.
تُجرى قياسات الإشعاع الطيفي لأطياف الإضاءة المتجهة للأسفل كل 60 ثانية.
من أجل رصد النطاق الديناميكي للإضاءة، يتم ضبط زمن التكامل لجهاز قياس الإشعاع الطيفي بحيث لا تتجاوز القدرة القصوى لجميع الأطوال الموجية حوالي 85% من قراءة الشدة القصوى المسموح بها للجهاز، وذلك لتجنب تشبع القياس الطيفي في ظل ظروف الإضاءة سريعة التغير.
تم تعديل هذه البيانات يدويًا بواسطة الباحث.
نظراً لاختلاف حساسية جهازي قياس الطيف، فإن وقت التكامل المستخدم يختلف أيضاً، ويصل إلى 60 ثانية.
مطياف حساسية الضوء الليلي.
تم قياس توزيع القدرة الطيفية للسماء في مقاطعة بورتر، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية. (41.6646° شمالاً، −77.8125° غرباً؛
الارتفاع 710 مترًا، خدمة الاستعلام عن النقاط NED، مجموعة بيانات الارتفاع الوطنية التابعة لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
محمية معتمدة للسماء المظلمة الدولية (IDA)).
يقع موقع القياس على أرض مرتفعة في غابات ولاية سوسكيهانوك، لذلك لا يوجد مصدر ضوء اصطناعي مباشر أو غير مباشر.
أثناء القياسات، يتم إيلاء اهتمام خاص لتغطية أي ضوء متناثر من جهاز الكمبيوتر المحمول الذي يتحكم في المطياف بقطعة قماش سوداء.
أصدرت إدارة الحفاظ على الموارد الطبيعية في ولاية بنسلفانيا تصريحاً لإنشاء معسكرات بحثية.
قمنا أيضاً بقياس توزيع القدرة الطيفية للإشعاع الشمسي الهابط في البيئات الحضرية. (ابتداءً من الخامس-
سقف مختبر ديفيد ريترهاوس، قسم الفيزياء وعلم الفلك، جامعة بنسلفانيا (39.952237° شمالاً، −75.188734° غرباً؛ ارتفاع 12009 متر).
نظراً لأن مصدر الضوء الكهربائي المستخدم في البيئة الحضرية يتمتع بنطاق واسع من الاستخدامات، فإن القياسات الميدانية تشمل الضوء الطبيعي، وضوء الشارع، ومصادر الضوء الاصطناعية الأخرى، بالإضافة إلى انعكاس مصادر الضوء هذه في بيئة المبنى.
كان السطح الذي قمنا بقياسه أعلى من الأسطح الأخرى المجاورة له، مما وفر نقطة كشف مناسبة.
السماء نصف الكروية بأكملها، السقف لا يتم إضاءته بشكل مباشر بواسطة مصدر الضوء الاصطناعي الخاص به.
لهذه الأسباب، يكفي موقع القياس للحصول على قياسات الإشعاع الشمسي الساقط الناتج عن المصادر الطبيعية والصناعية. ويتم حساب متوسط ​​هذه الإشعاعات على مسافات واسعة في المدينة.
يتم إنشاء التقويم الفلكي بواسطة برنامج، ويتم استخراج ارتفاع الشمس وارتفاع القمر ومرحلة القمر لإحداثيات التضاريس المعطاة. (MICA الإصدار 2.2.2).
يتم استكمال البيانات الفلكية خطيًا لتحديد ارتفاع الشمس وارتفاع القمر ومرحلة القمر لكل وقت وموقع قياس.
لذلك، فإن الارتفاع الحقيقي المبلغ عنه لا يمثل ارتفاعًا كبيرًا مع الأخذ في الاعتبار الظروف الجوية المحلية والانكسار.
يمكن استخدام طريقة تحويل الارتفاع في التقويم الفلكي إلى ارتفاع ظاهري تقريبي.
أُجريت جميع القياسات باستخدام جهازي قياس طيفي USB مصممين خصيصاً.
USB2000+، شركة أوشن أوبتكس؛ دونيدين، فلوريدا)
من الآن فصاعدًا، يُطلق على جهازي قياس الطيف اسم "أ" و"ب".
تم تركيب كاشف للإشعاع الساقط.
جهاز قياس الطيف "أ" هو جهاز من صنع الشركة المصنعة-
مُحسَّن لقياسات عالية الحساسية (
مصفوفة CCD خطية من السيليكون من سوني ILX511B
بين 180 و 875 نانومتر.
يُستخدم هذا الجهاز لقياس وقت الغسق والليل.
حساسية مطياف "ب" منخفضة، ونطاق الطول الموجي هو 340-1025 نانومتر.
يُستخدم هذا الجهاز لقياس ضوء الشمس.
استخدمنا مزيجًا من جهازين لقياس الطيف الضوئي بمعامل نطاق يبلغ 10 في الإشعاع النهاري بين الظهر والليل.
معالجة عدد كبير من اتجاهات المشهد المحتملة في الرؤية البشرية، مع القدرة على اكتشاف الضوء الخافت القابل للقياس.
في ظروف الإضاءة المنخفضة عند الغسق والليل، نقوم بتقدير الإشعاع الهابط أو التأثير الصاعد لمصدر الضوء على الرؤية البشرية في سماء معينة.
مواجهة الطائرة من السماء.
وصف سويني وزملاؤه، وجونسن وزملاؤه، تقنية بناء كاشف الإشعاع الهابط. وهو كاشف أحادي النمط، 3-
وصلة ألياف M (
القطر 1000 ميكرومتر، 5.
قطر خارجي اسمي 8 مم، فتحة عددية 0.22 ± 0.22.
02، زاوية القبول ثيتا 12.
7 درجات، الزاوية الكاملة 25.4 درجة؛
شركة أوشن أوبتكس، دونيدين، فلوريدا)
يتم توصيله بالمطياف ويتم تغذيته عبر أنبوب في مسبار الإشعاع الساقط.
لإنشاء المجس، يتم توجيه طرف القياس لكابل الألياف الضوئية بزاوية تتراوح بين 10 و45 درجة. 16 سم (4 بوصات)
قرص من زجاج شبكي مطلي بطلاء طيور - قطره
طلاء عاكس أبيض (B)
تكنولوجيا الطيور؛ نيو لندن، نيو هامبشاير)، وهي شركة مياه-
طلاء كبريتات الباريوم القاعدية (BaSO).
في النهاية، زاوية 45 درجة هي زاوية اعتباطية، وكل ما يحتاجه القياس المكافئ الفيزيائي هو الرقعة غير المغلقة من قرص التشتت في نفس الاتجاه لكل قياس.
في الواقع، عندما يكون الكابل بزاوية قريبة من الصفر عن الوضع الطبيعي، يمكن ملاحظة اختلاف ظله على القرص. أما عندما يكون الكابل بزاوية قريبة من 90 درجة عن الوضع الطبيعي، فقد يختفي الضوء المنعكس من القرص عند تحرك الكابل قليلاً على جهاز التثبيت. ISKAn O-
تعمل الحماية البيئية المثبتة حول الكابل على الحفاظ على المسافة بين الكابل والعاكس، وبالتالي فإن المسافة بين الكابل والعاكس ثابتة.
المسافة بين طرف الكابل ومركز قرص العاكس هي 7.74 سم.
نؤكد أن كابلات الألياف الضوئية لا يمكنها اكتشاف سوى الضوء المنعكس من القرص بواسطة مصباح هالوجين التنجستن الباعث للضوء. (LS-1؛
شركة أوشن أوبتكس، دونيدين، فلوريدا)
كابل في غرفة مظلمة.
عند توصيله بمصباح بدلاً من جهاز قياس الطيف الضوئي، يتم إضاءة العاكس والأجزاء الأخرى من وحدة القياس فقط.
وهذا يدل على أن محاذاة وتحديد موضع مسبار الألياف الضوئية جيدان.
جهاز كمبيوتر محمول Lenovo ThinkPad X240 يعمل بنظام التشغيل Linux xubuntu 14.
يُستخدم الرقم 04 للتحكم في جهاز قياس الطيف وتسجيل نتائج القياس.
أجهزة الكمبيوتر المحمولة مزودة ببطاريات قابلة للاستبدال الحراري 9-
تتيح البطاريات استمرار إمداد الطاقة دون انقطاع أثناء القياس.
حزمة واجهة برمجة التطبيقات (
شركة أوشن أوبتكس؛ دونيدين، فلوريدا)
والبرنامج المخصص لـ MATLAB (شركة Mathworks Inc.؛ ناتيك، ماساتشوستس)
يُستخدم لقراءة وحفظ توزيع القدرة الطيفية للمطياف على القرص الصلب لجهاز الكمبيوتر المحمول.
قياس الظلام
يوجد غطاء معدني عند مدخل جهاز قياس الطيف.
تم وضع جهازين لقياس الطيف الضوئي في حاضنة رقمية مصغرة من نوع MyTemp.
المعايير العلمية؛ إديسون، نيوجيرسي).
درجة الحرارة الأولية للحاضنة هي 24 درجة مئوية.
تم ضبط درجة حرارة الحاضنة على 10 درجات مئوية، وتم إجراء قياسات مستمرة للظلام.
ثم تم ضبط درجة حرارة الحاضنة على 60 درجة مئوية، واستمر القياس.
وفقًا لتقرير المستشعر الداخلي، يتم قياس درجة حرارة اللوحة في المطياف باستخدام الطيف المظلم.
يُمكّننا هذا من إنشاء قاعدة بيانات طيفية مظلمة مُعَلمة بزمن التكامل ودرجة حرارة لوحة القياس. وقد وجدنا أن هذا مُعامل مهم في ضوضاء الطيف المظلم المُعطاة.
يتم استخدام الطيف المظلم الأكثر تشابهًا مع ظروف القياس المحددة في هذه المكتبة لمعالجة جميع الأطياف الفردية في مجموعة البيانات.
مصنع مطياف USB
معايرة الطول الموجي، كل بكسل على المستشعر يتوافق مع طول موجي.
يتم التحقق من المعايرة عن طريق قياسات مستقلة لأطوال موجات مصدرين خطيين. (AS-361 الزئبق [Hg])
مصباح معايرة طيفي؛ AS-364 أرجون [Ar]
مصباح معايرة طيفي؛
Spectral Products, Putnam, CT).
نقوم بمعايرة المصنع عن طريق مقارنة القيم المقاسة بعينات من الخطوط الطيفية المعروفة. (404.7، 435.8، 546.
1. مصدر الزئبق 579 نانومتر؛ 696.5، 706.7، 727.3، 738.4، و763.
مصدر الأرجون 5 نانومتر).
هذه التصحيحات جيدة.
قريب من التحول الإضافي، وصغير جدًا (
كلا المطيافين أقل من 1 نانومتر.
وهذا يدل على أن معايرة الطول الموجي في المصنع جيدة.
الإزاحة المطلوبة للمطيافين هي 0.79 نانومتر ± 0.57 نانومتر (
مطياف "أ" و −0.98 ± 0.37 نانومتر (
مطياف "ب" في المتوسط ​​(±1SD)
المتوسط ​​الطيفي المتقاطع ().
على الرغم من معايرة أجهزة قياس الطيف عند خروجها من المصنع، إلا أنها لا تتم معايرتها من حيث قراءات الطاقة لكل طول موجي.
من أجل دمج القياسات في معايرة الإشعاع المطلق، نحتاج إلى ربط قياسات الإشعاع الطيفي المطلق التي تصل إلى قرص وحدة القياس بالقراءات الأصلية عند كل طول موجي للمطياف.
بما أن نطاقات الأطوال الموجية لمصادر المعايرة المختلفة وأجهزة القياس المتاحة لدينا تتداخل جزئيًا فقط مع نطاقات الأطوال الموجية لجهازي قياس الطيف الضوئي، فإننا نستخدم الطرق التالية: (
إجراء معقد بعض الشيء.
قمنا بقياسه باستخدام جهازين لقياس الطيف الضوئي. ('أ' و'ب')
ثلاثة مصادر للمعايرة (
تظهر الأطياف النسبية أدناه.
قمنا بدراسة إشارة القياس.
نسبة الضوضاء لهذه المصادر الثلاثة للضوضاء (ناتيك، ما)
يتم تصحيح الطول الموجي، ويتم طرح متوسط ​​الإشارة المظلمة المناسبة لوقت التكامل ودرجة الحرارة. يتم استيفاء "الحقيقة الأساسية" والطيف المقاس إلى 1.
تباعد الأطوال الموجية.
معامل التصحيح النسبي أ 2)
نقسم النتيجة على زمن التكامل فنحصل على ضوضاء.
قياسات التصحيح بوحدات القدرة غير المعايرة في الثانية؛ 3)
نحن من الجانب الخطأ.
زي موحد، مصنع-
يتم أخذ عينات من طول موجة المعايرة من 280 إلى 840 نانومتر.
مطياف "أ"
و360 و840 نانومتر (
مطياف "ب"
صحح معايرة الطول الموجي للمصانع المذكورة أعلاه. 4)
ثم اضرب في الطول الموجي.
باستخدام معاملات تصحيح الإشعاع الارتباطي التي تم إيجادها بواسطة البرنامج المذكور أعلاه، يتم الحصول على الإشعاع الطيفي للإضاءة.
تم قياس أطياف العينات في WMSRNM. 5)
نقوم بضرب الانبعاثية في PI (زاوية الاستريو المسقطة على نصف الكرة الأرضية) وتحويلها إلى إشعاع طيفي بوحدة wmnm.
يتم استبعاد الطيف المشبع عند أي طول موجي من التحليل.
في بعض الأحيان، ينتج عن طرح الضوضاء المظلمة قيم سالبة، والتي نضبطها على الصفر لمزيد من التحليل.
نتخلى عن أي طيف يجعل الطيف صفراً عند جميع الأطوال الموجية.
نستخدم ثمانية ترتيب واحد-
مرشح الوسيط متعدد الأبعاد باستخدام دالة MATLAB medfilter 1 (شركة Mathworks Inc.؛ ناتيك، ماساتشوستس).
تتناول هذه الورقة البحثية مجموعتين إضافيتين مستقلتين من البيانات ونموذجين بديلين.
حصلنا من المؤلفين على مجموعة بيانات تضم 10756 طيفًا شمسيًا جمعها ديكارلو وواندل في ستانفورد، كاليفورنيا.
(اتصال شخصي)
مجموعة بيانات تضم 2600 طيف شمسي (
ومن الآن فصاعدًا، سيُعرف باسم "غرناطة سبكتروم".
مجموعة هيرنانديز -
Andr_s على موقع المؤلف الإلكتروني (؛
تاريخ الزيارة: 14 ديسمبر 2015.
من ويزيكي وستايلز و-
نموذج المكونات مشتق من برنامج Granada Spectrum (
ومن الآن فصاعدًا، سيُعرف باسم نموذج غرناطة.
من موقع المؤلف الإلكتروني (؛
تاريخ الزيارة: 14 ديسمبر 2015.
استخدمنا برنامج Webplotdigitzer لتحويل أطياف سماء الليل الريفية المرجعية في زابريسكي بوينت، كاليفورنيا، وكرونين، بوسطن، ماساتشوستس، إلى صيغة رقمية.
تاريخ الزيارة: 15 ديسمبر 2015.
قمنا بمطابقة نماذج مختلفة مع البيانات الطيفية، كما هو موضح أدناه.
لنستخدم أولاً الدوال الأساسية باستخدام تقنية spline.
ثم يتم تطبيع المسافة النانومترية بواسطة معيار المتجه (معيار L).
ثم نقوم بتطبيع كل طيف باستخدام معيار المتجه، ونجد أن-
تحديد وزن الدالة الأساسية ذات القيمة الدنيا -
الانحدار التربيعي.
قمنا بحساب نسبة التباين. (R)
يُستخدم النموذج لشرح الطيف المقاس وملاءمته مع معامل الارتباط الخطي التربيعي عبر الطول الموجي.
تنتج العملية الموضحة أعلاه أوزان النموذج الخطي اللازمة لمطابقة الطيف المعياري.
هذه الأوزان المعيارية هي التي يتم رسمها في مخطط حمل المكونات. (على سبيل المثال، ).
في البيانات التكميلية، نقدم متوسط ​​الأوزان المعيارية المصنفة حسب ارتفاع الشمس. (و)
ومتوسط ​​عامل المقياس اللازم لرسم الطيف المعياري لكل مجموعة ارتفاعات إلى الطيف المطلق.
تتراوح قيم R المستخدمة في التطبيع والمطابقة والحساب من 360 إلى 830 نانومتر في مجموعة البيانات الخاصة بنا، ومن 380 إلى 780 نانومتر في مجموعات بيانات غرناطة وديكارلو وواندل.
للمزيد من المعلومات، انظر العناوين و(s2، S3 وs4).
من أجل التقاط المكونات في مجموعة البيانات الخاصة بنا والتي لا تتميز بنموذج CIE الشمسي، نستخدم طريقة التكرار التالية.
بعد مطابقة دالة بيانات CIE، نستخرج جميع البواقي المتوسطة وطيف ضوء الشمس. (≥u20090)
ينتج عن متوسط ​​هذه البقايا أول دالة أساسية إضافية، والتي نسميها دالة الأساس CIE +.
نشير إلى نموذج يتكون من نموذج ضوء الشمس CIE ووظيفة CIE+1 الأساسية، والذي يعتبر نموذج CIE+1.
ثم قمنا بمطابقة جميع الأطياف مع بيانات الغسق المدني. (−6°u2009)