Variazione dell'illuminazione esterna in funzione dell'elevazione solare e dell'inquinamento luminoso: tutto in un unico prezzo per un lampione solare.

La luce ambientale subisce variazioni di intensità e spettro nell'arco delle 24 ore.
La distribuzione di potenza disponibile dello spettro solare è bassa.
Modelli dimensionali, come CIE（
Comitato Internazionale Clara)
Modello solare, ma le prestazioni di questo modello-
Il sistema diurno non ha caratteristiche.
Abbiamo misurato l'irradianza spettrale discendente di più giorni in due regioni del Nord America (un'area rurale).
Parco nazionale di Cherry Springs, Pennsylvania)
Fonti di luce artificiale minime e posizione in città
Filadelfia, Pennsylvania).
Descriviamo le variazioni di spettro, intensità e colore ed estendiamo il modello CIE esistente per la luce diurna per includere le componenti a bassa luminosità e gli spettri del cielo notturno.
Abbiamo misurato, che è definita come la luce raccolta dall'intero emisfero della superficie misurata.
La luce che arriva al rivelatore ha il peso maggiore nella direzione della superficie.
La luce viene integrata in base al coseno dell'angolo di incidenza.
Lo spettro di radiazione dell'onda di piena nella Pennsylvania settentrionale è stato misurato con il minimo inquinamento luminoso.
Parco nazionale di Cherry Springs, Pennsylvania)
Differenze nel ciclo lunare tra giugno e luglio 2014.
Nella notte tra il 30 giugno e il 4 luglio, sono state effettuate delle misurazioni sotto la luna nuova.
Le misurazioni della luna piena sono state effettuate l'11 e il 12 luglio.
Infine, tra il 18 e il 20 luglio è stata misurata un'illuminazione lunare pari al 60% e al 49%.
Nello stesso mese, abbiamo anche raccolto spettri da un tetto di quattro piani in condizioni di inquinamento luminoso urbano.
Grattacieli situati vicino al centro di Filadelfia, Pennsylvania.
Questo documento riassume la data e l'intervallo dell'altezza solare, dell'altezza lunare e della parte di luna irradiata.
Le misurazioni della radiazione spettrale degli spettri di illuminazione dall'alto vengono effettuate ogni 60 secondi.
Al fine di catturare la gamma dinamica dell'illuminazione, il tempo integrale del radiometro spettrale viene regolato in modo che la potenza massima di tutte le lunghezze d'onda non superi circa l'85% della lettura di intensità massima consentita dello strumento, in modo da evitare la saturazione della misurazione spettrale in condizioni di illuminazione che cambiano rapidamente. S.
Questi sono stati modificati manualmente dallo sperimentatore.
Poiché la sensibilità dei due spettrometri è diversa, anche il tempo di integrazione utilizzato è diverso, fino a 60 s.
Spettrometro di sensibilità notturna.
La distribuzione spettrale di potenza del cielo è stata misurata nella contea di Porter, Pennsylvania, USA. (41. 6646° N, −77. 8125° W;
Altitudine 710 m, servizio di interrogazione punti NED, National Elevation Data Set dell'USGS)
Un Parco Internazionale del Cielo Buio certificato (IDA)
Il punto di misurazione si trova su un'altura nelle foreste dello Stato di Susquehannock, quindi non vi è alcuna fonte di luce artificiale, né diretta né indiretta.
Durante le misurazioni, si presta particolare attenzione a coprire con un panno nero qualsiasi luce diffusa proveniente dal computer portatile che controlla lo spettrometro.
Il Dipartimento per la Conservazione e le Risorse Naturali della Pennsylvania ha rilasciato un permesso per l'allestimento di campi di ricerca.
Abbiamo anche misurato la distribuzione spettrale della potenza dell'irradianza discendente negli ambienti urbani. ()A partire dal quinto-
Tetto del David Ritterhouse Laboratory, Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università della Pennsylvania (39.952237° N, −75.188734° W; altitudine 12.009 m).
Poiché le sorgenti luminose elettriche utilizzate in ambiente urbano hanno un'ampia gamma di applicazioni, le misurazioni sul campo includono la luce naturale, l'illuminazione stradale e altre sorgenti luminose artificiali, nonché il riflesso di queste sorgenti luminose nell'ambiente edilizio.
Il tetto che abbiamo misurato era più alto degli altri tetti vicini, fungendo da rilevatore.
L'intero cielo emisferico, il tetto, non è illuminato direttamente da una propria fonte di luce artificiale.
Per questi motivi, la posizione di misurazione è sufficiente per ottenere le misurazioni dell'irradianza discendente prodotta da fonti naturali e artificiali. Queste irradianze discendenti vengono mediate su ampie distanze all'interno della città.
Le effemeridi vengono generate da un software che estrae l'altezza solare, l'altezza lunare e la fase lunare delle coordinate del terreno fornite (MICA Versione 2.2.2).
Le effemeridi vengono interpolate linearmente per determinare l'altezza solare, l'altezza lunare e la fase lunare di ogni istante e posizione di misurazione.
Pertanto, l'altitudine reale riportata non rappresenta un'altitudine significativa, tenendo conto delle condizioni atmosferiche locali e della rifrazione.
Si può utilizzare il metodo di conversione dell'altitudine riportata nelle effemeridi in altitudine apparente approssimativa.
Tutte le misurazioni sono state effettuate utilizzando due spettrometri USB personalizzati.
USB2000+, Ocean Optics Company; Dunedin, Florida)
D'ora in poi noti come spettrometri "A" e "B", questi combinano un'abitudine.
È stato installato un rilevatore di irradianza discendente.
"A" spettrometro è un produttore-
Ottimizzato per misurazioni ad alta sensibilità
Sony ILX511B (Matrice CCD lineare al silicio)
Tra 180 e 875 nm.
Viene utilizzato per misurare il crepuscolo e la notte.
La sensibilità dello spettrometro "B" è bassa e l'intervallo di lunghezze d'onda è compreso tra 340 e 1025 nm.
Questo strumento viene utilizzato per misurare la luce solare.
Abbiamo utilizzato una combinazione di due spettrofotometri con un fattore di ampiezza pari a 10 per misurare l'irradianza diurna tra mezzogiorno e la notte.
Elaborazione di un gran numero di possibili direzioni della scena nella visione umana, pur essendo in grado di rilevare luce misurabile a bassa luminosità.
In condizioni di scarsa illuminazione, al crepuscolo e di notte, stimiamo l'irradianza verso il basso o l'impatto verso l'alto della sorgente luminosa sulla visione umana in un dato cielo.
Di fronte all'aereo, visto dal cielo.
Sweeney e i suoi colleghi, Johnsen e i suoi colleghi hanno descritto la tecnologia per costruire il rivelatore di irradianza discendente. Un monomodale, 3-
Cavo jumper in fibra M
Diametro 1000 µm, 5.
Diametro esterno nominale 8 mm, apertura numerica 0,22 ± 0,22.
02, angolo di accettazione theta 12.
7 gradi, angolo totale 25,4°;
Ocean Optics Corporation, Dunedin, Florida)
È collegato allo spettrometro e alimentato tramite un tubo nella sonda di irradianza discendente.
Per costruire la sonda, l'estremità di misurazione del cavo in fibra ottica è orientata tra 10 e 45 gradi. 16u2009cm (4″)
Disco di plexiglass di diametro rivestito con vernice per uccelli-
Rivestimento riflettente bianco B (
Tecnologia degli uccelli; New London, NH), un'azienda idrica
Rivestimento di solfato basico di bario (BaSO4).
In definitiva, l'angolo di 45 gradi è arbitrario e tutto ciò che serve per una misurazione equivalente dal punto di vista fisico è la porzione non chiusa del disco di diffusione nella stessa direzione per ogni misurazione.
Infatti, quando il cavo è inclinato di circa 0 gradi rispetto alla condizione normale, è possibile vedere la differenza della propria ombra sul disco. Quando il cavo è inclinato di circa 90 gradi rispetto alla condizione normale, la luce riflessa dal disco potrebbe andare persa se il cavo si muove leggermente sull'hardware di installazione. ISKAn O-
La protezione ambientale fissata attorno al cavo mantiene costante la distanza tra il cavo e il riflettore, in modo che tale distanza rimanga costante.
La distanza tra la punta del cavo e il centro del disco riflettore è di 7,74 cm.
Confermiamo che i cavi in ​​fibra ottica possono rilevare solo la luce riflessa dal disco emettendo una lampada al tungsteno alogena. (LS-1;
Ocean Optics Corporation, Dunedin, Florida)
Cavo in una stanza buia.
Se collegato a una lampada anziché a uno spettrofotometro, vengono illuminati solo il riflettore e le altre parti del modulo di misurazione.
Ciò dimostra che l'allineamento e il posizionamento della sonda a fibra ottica sono corretti.
Portatile Lenovo ThinkPad X240 con sistema operativo Linux Xubuntu 14.
Il pin 04 viene utilizzato per controllare lo spettrometro e registrare i risultati delle misurazioni.
I computer portatili sono dotati di 9-
Le batterie consentono un'alimentazione elettrica ininterrotta durante la misurazione.
Pacchetto API (
Ocean Optics Corporation; Dunedin, Florida)
E il software personalizzato per MATLAB (Mathworks Inc.; Natick, MA)
Viene utilizzato per leggere e salvare la distribuzione spettrale di potenza dello spettrometro sul disco rigido del computer portatile.
Misurazione del buio（
All'ingresso dello spettrometro è presente una copertura metallica.
Due spettrofotometri sono stati collocati in un incubatore digitale miniaturizzato MyTemp.
Punti di riferimento scientifici; Edison, NJ).
La temperatura iniziale dell'incubatrice è di 24 °C.
La temperatura dell'incubatrice è stata impostata a 10 gradi Celsius e sono state effettuate misurazioni continue dell'oscurità.
Successivamente, la temperatura dell'incubatrice è stata impostata a 60 °C e la misurazione è proseguita.
Secondo quanto riportato dal sensore interno, la temperatura della piastra nello spettrometro viene misurata tramite lo spettro oscuro.
Ciò ci consente di costruire un database spettrale oscuro parametrizzato dal tempo di integrazione e dalla temperatura della scheda di misurazione. Scopriamo che questo è un parametro significativo in un dato rumore spettrale oscuro. ().
Lo spettro oscuro più simile alle condizioni di misurazione specificate in questa libreria viene utilizzato per elaborare tutti i singoli spettri presenti nel set di dati.
Spettrometro USB Uscita dalla fabbrica-
Calibrazione della lunghezza d'onda: ogni pixel del sensore corrisponde a una lunghezza d'onda.
La calibrazione viene verificata mediante misurazioni indipendenti della lunghezza d'onda di due sorgenti lineari. (AS-361 Mercurio [Hg]
Lampada di calibrazione spettrale; AS-364 Argon [Ar]
Lampada di calibrazione spettrale;
Spectral Products, Putnam, CT).
Calibriamo la calibrazione di fabbrica confrontando i valori misurati con campioni di linee spettrali note. (404. 7, 435. 8, 546.
1. Sorgente di mercurio 579 nm; 696. 5, 706. 7, 727. 3, 738. 4 e 763.
Sorgente di argon (5 nm).
Queste correzioni sono buone.
Approssimativamente a uno spostamento additivo, e molto piccolo (
Entrambi gli spettrometri hanno una dimensione inferiore a 1 nm.
Ciò dimostra che la calibrazione della lunghezza d'onda in fabbrica è corretta.
Lo spostamento richiesto per i due spettrometri è 0,79 ± 0,57 nm (
Spettrometro "A" e −0,98u2009±u20090,37u2009nm (
Spettrometro "B" in media (±1 deviazione standard)
La media spettrale incrociata ().
Sebbene gli spettrometri vengano calibrati all'uscita dalla fabbrica, non vengono calibrati in termini di valori di potenza per ciascuna lunghezza d'onda.
Per poter integrare le misurazioni nella calibrazione assoluta della radiazione, è necessario collegare le misurazioni dell'irradianza spettrale assoluta che raggiungono il disco del modulo di misurazione con le letture originali a ciascuna lunghezza d'onda dello spettrometro.
Poiché gli intervalli di lunghezza d'onda delle varie sorgenti di calibrazione e degli strumenti di misura a nostra disposizione si sovrappongono solo parzialmente agli intervalli di lunghezza d'onda dei due spettrofotometri, utilizziamo i seguenti metodi:
Una procedura un po' complessa.
L'abbiamo misurato con due spettrofotometri. ('A' e 'B')
Tre sorgenti di calibrazione (
Gli spettri relativi sono mostrati di seguito.
Abbiamo studiato il segnale di misurazione.
Il rapporto di rumore di queste tre sorgenti di rumore (natick, ma)
La lunghezza d'onda viene corretta e viene sottratto il segnale di fondo medio adatto al tempo di integrazione e alla temperatura. Lo spettro "di riferimento" e quello misurato vengono interpolati a 1.
Spaziatura tra le lunghezze d'onda.
Coefficiente di correzione relativo a 2)
Dividiamo il risultato per il tempo di integrazione e otteniamo un rumore.
Misure di correzione in unità di potenza non calibrata al secondo; 3)
Noi siamo dalla parte sbagliata.
Uniforme, fabbrica-
La lunghezza d'onda di calibrazione viene campionata da 280 a 840 nm.
Spettrometro "A"
E 360 e 840 nm (
Spettrometro "B"
Correggere la calibrazione della lunghezza d'onda delle fabbriche sopra indicate. 4)
Quindi moltiplica per la lunghezza d'onda.
Utilizzando i coefficienti di correzione della radiazione di correlazione trovati dal programma sopra descritto, si ottiene la radiazione spettrale di illuminazione.
Gli spettri del campione sono stati misurati in WMSRNM. 5)
Moltiplichiamo l'emissività per PI (l'angolo stereo proiettato sull'emisfero) e la convertiamo in irradianza spettrale in wmnm.
Lo spettro saturo a qualsiasi lunghezza d'onda viene escluso dall'analisi.
Talvolta, la sottrazione del rumore di fondo produce valori negativi, che impostiamo a zero per le analisi successive.
Rinunciamo a qualsiasi spettro che renda lo spettro nullo a tutte le lunghezze d'onda.
Utilizziamo un otto-ordine uno-
Filtro mediano dimensionale utilizzando la funzione medfilter 1 di MATLAB (Mathworks Inc.; Natick, MA).
In questo articolo vengono presi in considerazione due set di dati aggiuntivi indipendenti e due modelli alternativi.
Dagli autori abbiamo ottenuto un set di dati di 10756 spettri solari raccolti da DiCarlo e Wandel a Stanford, in California.
Comunicazione personale)
Set di dati di 2600 spettri solari (
D'ora in poi denominato Granada Spectrum.
Collezione Hernández
Andr_s sul sito web dell'autore;
Data della visita: 14 dicembre 2015.
Da Wyszecki e Stiles e-
Modello a componenti derivato da Granada Spectrum（
Da allora in poi noto come modello Granada.
Dal sito web dell'autore;
Data della visita: 14 dicembre 2015.
Abbiamo utilizzato Webplotdigitzer per digitalizzare gli spettri di riferimento del cielo notturno rurale di Zabriske Point, CA e Cronin, Boston, Massachusetts.
Data della visita: 15 dicembre 2015.
Abbiamo adattato diversi modelli ai dati spettrali, come mostrato di seguito.
Utilizziamo innanzitutto le spline come funzioni di base.
La spaziatura in nanometri viene quindi normalizzata mediante la norma vettoriale (norma L).
Quindi normalizziamo ogni spettro con la norma vettoriale e scopriamo che-
Peso di adattamento della funzione base con valore minimo-
Regressione quadratica.
Abbiamo calcolato il rapporto di varianza. (R)
Il modello viene utilizzato per spiegare lo spettro misurato e adattarlo al coefficiente di correlazione lineare al quadrato tra le diverse lunghezze d'onda.
Il processo descritto sopra produce i pesi del modello lineare necessari per adattare lo spettro normalizzato.
Sono questi pesi standardizzati che vengono riportati nel diagramma di carico dei componenti. (ad esempio, ).
Nei dati supplementari, forniamo i pesi medi normalizzati raggruppati per altezza solare. (e )
E il fattore di scala medio necessario per mappare lo spettro normalizzato di ciascun gruppo di elevazione sullo spettro assoluto.
La normalizzazione, l'adattamento e il calcolo di R vanno da 360 a 830 nm nel nostro set di dati e da 380 a 780 nm nei set di dati di Granada, DiCarlo e Wandel.
Per ulteriori informazioni, vedere le intestazioni e le sezioni s2, S3 e s4).
Per individuare i componenti del nostro set di dati che non sono caratterizzati dal modello solare CIE, utilizziamo il seguente metodo iterativo.
Dopo aver adattato la funzione di riferimento CIE, estraiamo tutti i residui medi e lo spettro della luce solare. (≥u20090)
La media di questi residui produce la prima funzione di base aggiuntiva, che chiamiamo funzione di base CIE +.
Ci riferiamo a un modello costituito dal modello di luce solare CIE e dalla funzione base CIE+1, che viene considerato il modello CIE+1.
Poi abbiamo inserito tutti gli spettri e gli spettri nel crepuscolo civile. (−6°u2009