Variación de la iluminación exterior en función de la elevación solar y la contaminación lumínica: todo en un solo precio de farola solar.

La luz ambiental experimenta cambios de intensidad y espectrales a lo largo de un período de 24 horas del día.
La distribución de potencia disponible del espectro solar es baja.
Modelos dimensionales, como CIE (
Comité Internacional Clara)
Modelo solar, pero el rendimiento de este modelo-
El sistema diurno no tiene características.
Medimos la irradiancia espectral descendente durante varios días en dos regiones de América del Norte (una zona rural).
Parque Nacional Cherry Springs, Pensilvania)
Fuentes mínimas de luz artificial y ubicación urbana
Filadelfia, Pensilvania).
Describimos las variaciones en los espectros, la intensidad y el color, y ampliamos el modelo CIE de luz diurna existente para capturar los componentes de baja luminosidad y los espectros del cielo nocturno.
Medimos, que se define como la luz recogida de todo el hemisferio de la superficie medida.
La luz que llega al detector tiene mayor intensidad en la dirección de la superficie.
La luz se integra según el coseno del ángulo de incidencia.
El espectro de radiación de la sobretensión terrestre en el norte de Pensilvania se midió con la menor contaminación lumínica posible.
Parque Nacional Cherry Springs, Pensilvania)
Diferencias en el ciclo lunar entre junio y julio de 2014.
En la noche del 30 de junio y la mañana del 4 de julio, se realizaron mediciones bajo la luna nueva.
Las mediciones de la luna llena se realizaron los días 11 y 12 de julio.
Finalmente, se midió una iluminación lunar del 60% y del 49% entre el 18 y el 20 de julio.
En ese mismo mes, también recopilamos espectros de un tejado de cuatro plantas en condiciones de contaminación lumínica urbana.
Edificios de gran altura cerca del centro de Filadelfia, Pensilvania.
Este artículo resume la fecha y el rango de la altura solar, la altura lunar y la parte de la luna irradiada.
Las mediciones de radiación espectral de los espectros de iluminación descendente se realizan cada 60 segundos.
Para capturar el rango dinámico de iluminación, el tiempo integral del radiómetro espectral se ajusta de manera que la potencia máxima de todas las longitudes de onda no supere aproximadamente el 85% de la lectura de intensidad máxima permitida del instrumento, para evitar la saturación de la medición espectral bajo condiciones de iluminación que cambian rápidamente. S.
Estos datos fueron modificados manualmente por el experimentador.
Debido a que la sensibilidad de los dos espectrómetros es diferente, el tiempo de integración utilizado también es diferente, hasta 60 s.
Espectrómetro de sensibilidad nocturna.
La distribución de potencia espectral del cielo se midió en el condado de Porter, Pensilvania, EE. UU. (41,6646° N, −77,8125° O;
Elevación 710 m, servicio de consulta de puntos NED, conjunto nacional de datos de elevación del USGS)
Un Parque Internacional de Cielos Oscuros certificado (IDA).
El punto de medición está ubicado en un terreno elevado en los bosques del estado de Susquehannock, por lo que no hay ninguna fuente de luz artificial, ni directa ni indirecta.
Durante las mediciones, se presta especial atención a cubrir con un paño negro cualquier luz dispersa procedente del ordenador portátil que controla el espectrómetro.
El Departamento de Conservación y Recursos Naturales de Pensilvania emitió un permiso para establecer campamentos de investigación.
También medimos la distribución espectral de potencia de la irradiancia descendente en entornos urbanos. ()Comenzando en el quinto-
Techo del Laboratorio David Ritterhouse, Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Pensilvania (39.952237° N, −75.188734° O; elevación 12u2009m).
Debido a que la fuente de luz eléctrica utilizada en el entorno urbano tiene una amplia gama de usos, las mediciones de campo incluyen la luz natural, el alumbrado público y otras fuentes de luz artificial, así como el reflejo de estas fuentes de luz en el entorno del edificio.
El tejado que medimos era más alto que los demás tejados cercanos, lo que sirvió como detector.
Todo el cielo hemisférico, el techo, no está iluminado directamente por su propia fuente de luz artificial.
Por estas razones, la posición de medición es suficiente para obtener las mediciones de la irradiancia descendente producida por fuentes naturales y artificiales. Estas irradiancias descendentes se promedian en grandes distancias en la ciudad.
La efeméride se genera mediante software, y se extraen la altura solar, la altura lunar y la fase lunar de las coordenadas del terreno dadas. (MICA Versión 2.2.2).
La efeméride se interpola linealmente para determinar la altura solar, la altura lunar y la fase lunar de cada momento y posición de medición.
Por lo tanto, la altitud real indicada no representa una altitud significativa teniendo en cuenta las condiciones atmosféricas locales y la refracción.
Se puede utilizar el método de convertir la elevación en las efemérides en una elevación aparente aproximada.
Todas las mediciones se realizaron utilizando dos espectrómetros USB personalizados.
USB2000+, Ocean Optics Company; Dunedin, Florida)
De ahora en adelante, los espectrómetros "A" y "B" combinan una costumbre.
Se instaló un detector de irradiancia descendente.
Un espectrómetro "A" es un fabricante.
Optimizado para mediciones de alta sensibilidad (
Matriz CCD de silicio lineal Sony ILX511B)
Entre 180 y 875 nm.
Esto se utiliza para medir el crepúsculo y la noche.
La sensibilidad del espectrómetro "B" es baja y su rango de longitud de onda es de 340 a 1025 nm.
Esto se utiliza para medir la luz solar.
Utilizamos una combinación de dos espectrofotómetros con un factor de cobertura de 10 en la irradiancia diurna entre el mediodía y la noche.
Procesar un gran número de posibles direcciones de la escena en la visión humana, al tiempo que se detecta luz medible de baja luminosidad.
En condiciones de poca luz, como al anochecer o durante la noche, estimamos la irradiancia descendente o el impacto ascendente de la fuente de luz sobre la visión humana en un cielo determinado.
Mirando el avión, desde el cielo.
Sweeney y sus colegas, Johnsen y sus colegas describieron la tecnología para construir el detector de irradiancia descendente. Un detector monomodo, 3-
Puente de fibra M (
Diámetro 1000 µm, 5.
Diámetro exterior nominal de 8 mm, apertura numérica 0,22u2009±u20090.
02, ángulo de aceptación theta 12.
7 grados, ángulo completo 25,4°;
Ocean Optics Corporation, Dunedin, Florida)
Está conectado al espectrómetro y se introduce a través de un tubo en la sonda de irradiancia descendente.
Para construir la sonda, el extremo de medición del cable de fibra óptica se apunta a una posición de 10 a 45 grados. 16u2009cm (4″)
Disco de plexiglás de diámetro recubierto con pintura para pájaros.
Recubrimiento reflectante blanco B
Tecnología de aves; New London, NH), un sistema de agua-
Recubrimiento de sulfato básico de bario (BaSO₄).
En definitiva, el ángulo de 45 grados es arbitrario, y para cada medición equivalente física solo se necesita la zona no cerrada del disco dispersor en la misma dirección.
De hecho, cuando el cable está en un ángulo cercano a 0 grados con respecto a la condición normal, es posible ver la diferencia de su propia sombra en el disco. Cuando el cable está en un ángulo cercano a 90 grados con respecto a la condición normal, la luz reflejada por el disco puede perderse cuando el cable se mueve ligeramente en el hardware de instalación. ISKAn O-
La protección ambiental instalada alrededor del cable mantiene la distancia entre el cable y el reflector, de modo que la distancia entre el cable y el reflector permanece constante.
La distancia entre la punta del cable y el centro del disco reflector es de 7,74 × 2009 cm.
Confirmamos que los cables de fibra óptica solo pueden detectar la luz reflejada por el disco mediante la lámpara de tungsteno halógena emisora. (LS-1;
Ocean Optics Corporation, Dunedin, Florida)
Un cable en una habitación oscura.
Cuando se conecta a una lámpara en lugar de a un espectrofotómetro, solo se iluminan el reflector y otras partes del módulo de medición.
Esto demuestra que la alineación y el posicionamiento de la sonda de fibra óptica son correctos.
Ordenador portátil Lenovo ThinkPad X240 con la distribución Linux Xubuntu 14.
El botón 04 se utiliza para controlar el espectrómetro y registrar los resultados de la medición.
Los ordenadores portátiles están equipados con discos duros intercambiables de 9 pulgadas.
Las baterías permiten un suministro de energía ininterrumpido durante la medición.
Paquete API (
Ocean Optics Corporation; Dunedin, Florida)
Y el software personalizado para MATLAB (Mathworks Inc.; Natick, MA)
Se utiliza para leer y guardar la distribución de potencia espectral del espectrómetro en el disco duro del ordenador portátil.
Medición oscura (
Hay una cubierta metálica en la entrada del espectrómetro.
Se colocaron dos espectrofotómetros en una incubadora digital miniatura MyTemp.
Puntos de referencia científicos; Edison, NJ).
La temperatura inicial de la incubadora es de 24 °C.
La temperatura de la incubadora se ajustó a 10 grados Celsius y se realizaron mediciones continuas de oscuridad.
A continuación, se ajustó la temperatura de la incubadora a 60 °C y se continuó con la medición.
Según el informe del sensor interno, la temperatura de la placa en el espectrómetro se mide con el espectro oscuro.
Esto nos permite construir una base de datos espectral oscura parametrizada por el tiempo de integración y la temperatura de la placa de medición. Encontramos que este es un parámetro significativo en un ruido espectral oscuro dado. ().
El espectro oscuro más similar a las condiciones de medición dadas en esta biblioteca se utiliza para procesar todos los espectros individuales del conjunto de datos.
Espectrómetro USB de salida de fábrica
Calibración de longitud de onda: cada píxel del sensor corresponde a una longitud de onda.
La calibración se verifica mediante mediciones de longitud de onda independientes de dos fuentes de línea. (AS-361 Mercurio [Hg]
Lámpara de calibración espectral; AS-364 Argón [Ar]
Lámpara de calibración espectral;
Productos espectrales, Putnam, CT).
Calibramos la calibración de fábrica comparando los valores medidos con muestras de líneas espectrales conocidas. (404. 7, 435. 8, 546.
1. Fuente de mercurio 579 nm; 696.5, 706.7, 727.3, 738.4 y 763.
Fuente de argón de 5 nm).
Estas correcciones son buenas.
Aproximadamente a un desplazamiento aditivo, y muy pequeño (
Ambos espectrómetros tienen un tamaño inferior a 1 nm.
Esto demuestra que la calibración de la longitud de onda de la fábrica es correcta.
El desplazamiento requerido para los dos espectrómetros es_0,79u2009±u20090,57u2009nm (
Espectrómetro "A" y −0,98u2009±u20090,37u2009nm (
Espectrómetro "B" en promedio (±1 desviación estándar)
El promedio espectral cruzado ().
Si bien los espectrómetros se calibran al salir de fábrica, no se calibran en términos de lecturas de potencia para cada longitud de onda.
Para incorporar las mediciones a la calibración absoluta de la radiación, necesitamos vincular las mediciones de irradiancia espectral absoluta que llegan al disco del módulo de medición con las lecturas originales en cada longitud de onda del espectrómetro.
Dado que los rangos de longitud de onda de las diversas fuentes de calibración e instrumentos de medición de los que disponemos se superponen solo parcialmente con los rangos de longitud de onda de los dos espectrofotómetros, utilizamos los siguientes métodos: (
Un procedimiento algo complejo.
Lo medimos con dos espectrofotómetros ('A' y 'B').
Tres fuentes de calibración (
Los espectros relativos se muestran a continuación.
Estudiamos la señal de medición. -a-
La relación de ruido de estas tres fuentes de ruido (natick, ma)
Se corrige la longitud de onda y se resta la señal oscura promedio adecuada para el tiempo de integración y la temperatura. El "valor real" y el espectro medido se interpolan a 1.
Espaciado de longitud de onda.
Coeficiente de corrección relativa a 2)
Dividimos el resultado por el tiempo de integración y obtenemos ruido.
Mediciones de corrección en unidades de potencia no calibrada por segundo; 3)
Somos del lado equivocado.
Uniforme, fábrica-
La longitud de onda de calibración se muestrea desde 280 hasta 840 nm.
Espectrómetro "A"
Y 360 y 840 nm (
Espectrómetro "B"
Corrija la calibración de longitud de onda de las fábricas mencionadas anteriormente. 4)
Luego, multiplica por la longitud de onda.
Utilizando los coeficientes de corrección de radiación de correlación hallados por el programa anterior, se obtiene la radiación espectral de la iluminación.
Los espectros de las muestras se midieron en WMSRNM. 5)
Multiplicamos la emisividad por PI (el ángulo estéreo proyectado sobre el hemisferio) y la convertimos en irradiancia espectral en wmnm.
El espectro saturado en cualquier longitud de onda se elimina del análisis.
En ocasiones, la sustracción del ruido oscuro da como resultado valores negativos, que establecemos en cero para su posterior análisis.
Renunciamos a cualquier espectro que haga que el espectro sea cero en todas las longitudes de onda.
Utilizamos un sistema de ocho órdenes.
Filtro de mediana dimensional mediante la función medfilter 1 de MATLAB (Mathworks Inc.; Natick, MA).
En este artículo se consideran dos conjuntos de datos adicionales independientes y dos modelos alternativos.
De los autores, obtuvimos un conjunto de datos de 10756 espectros solares recopilados por DiCarlo y Wandel en Stanford, California.
Comunicación personal)
Conjunto de datos de 2600 espectros solares (
En adelante, se le conocerá como Granada Spectrum.
Colección Hernández-
Andr_s en el sitio web del autor;
Fecha de la visita: 14 de diciembre de 2015.
De Wyszecki y Stiles y-
Modelo de componentes derivado del espectro de Granada (
En adelante, conocido como el Modelo Granada.
Del sitio web del autor (;
Fecha de la visita: 14 de diciembre de 2015.
Utilizamos Webplotdigitzer para digitalizar los espectros de referencia del cielo nocturno rural de Zabriske Point, CA y Cronin, Boston, Massachusetts.
Fecha de la visita: 15 de diciembre de 2015.
Ajustamos varios modelos con datos espectrales, como se muestra a continuación.
Primero usemos splines como funciones base.
El espaciado nanométrico se normaliza mediante la norma vectorial (norma L).
Luego normalizamos cada espectro con la norma vectorial y encontramos que:
Ajuste del peso de la función base con valor mínimo.
Regresión cuadrada.
Calculamos la razón de varianzas. (R)
El modelo se utiliza para explicar el espectro medido y ajustarlo al coeficiente de correlación lineal de pares al cuadrado entre longitudes de onda.
El proceso descrito anteriormente produce los pesos del modelo lineal necesarios para ajustar el espectro normalizado.
Son estos pesos estandarizados los que se representan en el diagrama de carga de componentes. (p. ej., ).
En los datos complementarios, proporcionamos los pesos normalizados promedio agrupados por altura solar. (y )
Y el factor de escala promedio necesario para mapear el espectro normalizado de cada grupo de elevación de vuelta al espectro absoluto.
La normalización, el ajuste y el cálculo de R abarcan desde 360 ​​hasta 830 nm en nuestro conjunto de datos y desde 380 hasta 780 nm en los conjuntos de datos de Granada, DiCarlo y Wandel.
Para obtener más información, consulte los apartados y, s2, S3 y s4).
Para capturar componentes en nuestro conjunto de datos que no están caracterizados por el modelo solar CIE, utilizamos el siguiente método iterativo.
Después de ajustar la función de datos CIE, extraemos todos los residuos promedio y el espectro de luz solar. (≥u20090)
El promedio de estos residuos produce la primera función base adicional, a la que llamamos función base CIE+.
Nos referimos a un modelo que consta del modelo de luz solar CIE y la función básica CIE+1, que se considera el modelo CIE+1.
Luego ajustamos todos los espectros y espectros al crepúsculo civil. (−6°u2009