Variação da iluminação externa em função da elevação solar e da poluição luminosa - tudo incluído no preço de um poste de iluminação solar.

A luz ambiental sofre alterações de intensidade e espectro ao longo de um período de 24 horas do dia.
A distribuição de energia disponível no espectro solar é baixa.
Modelos dimensionais, como CIE (
Comitê Internacional Clara)
Modelo solar, mas o desempenho deste modelo-
O sistema diurno não possui características.
Medimos a irradiância espectral descendente ao longo de vários dias em duas regiões da América do Norte (uma área rural).
Parque Nacional de Cherry Springs, Pensilvânia)
Fontes mínimas de luz artificial e localização urbana (
Filadélfia, Pensilvânia).
Descrevemos variações nos espectros, intensidade e cor, e ampliamos o modelo CIE de luz diurna existente para capturar componentes de baixa luminosidade e espectros do céu noturno.
Medimos o que é definido como a luz coletada de todo o hemisfério da superfície medida.
A luz que chega ao detector tem maior peso na direção da superfície.
A luz é integrada de acordo com o cosseno do ângulo de incidência da luz.
O espectro de radiação da maré de tempestade no norte da Pensilvânia foi medido com a menor poluição luminosa possível.
Parque Nacional de Cherry Springs, Pensilvânia)
Diferenças no ciclo lunar entre junho e julho de 2014.
Na noite de 30 de junho e na manhã de 4 de julho, foram feitas medições sob a lua nova.
As medições da lua cheia foram feitas nos dias 11 e 12 de julho.
Por fim, foram medidas 60% e 49% de iluminação lunar entre 18 e 20 de julho.
No mesmo mês, também coletamos espectros do telhado de um prédio de quatro andares sob condições de poluição luminosa urbana.
Edifícios altos perto do centro da Filadélfia, Pensilvânia.
Este artigo resume a data e a faixa de valores da altura solar, da altura lunar e da fração da Lua irradiada.
Medições da radiação espectral dos espectros de iluminação descendente são realizadas a cada 60 segundos.
Para capturar a faixa dinâmica da iluminação, o tempo de integração do radiômetro espectral é ajustado de modo que a potência máxima de todos os comprimentos de onda não exceda cerca de 85% da leitura de intensidade máxima permitida pelo instrumento, evitando assim a saturação da medição espectral sob condições de iluminação de rápida variação.
Esses dados foram alterados manualmente pelo experimentador.
Como a sensibilidade dos dois espectrômetros é diferente, o tempo de integração utilizado também é diferente, podendo chegar a 60 segundos.
Espectrômetro de Sensibilidade Noturna.
A distribuição espectral de potência do céu foi medida no Condado de Porter, Pensilvânia, EUA. (41,6646° N, −77,8125° O;
Altitude 710 m, serviço de consulta de pontos NED, Conjunto Nacional de Dados de Elevação do USGS)
Um Parque Internacional de Céu Escuro (IDA) certificado.
O local de medição está situado em um terreno elevado nas florestas do estado de Susquehannock, portanto não há fonte de luz artificial direta ou indireta.
Durante as medições, é dada especial atenção a cobrir qualquer luz dispersa do computador portátil que controla o espectrômetro com um pano preto.
O Departamento de Conservação e Recursos Naturais da Pensilvânia emitiu uma licença para o estabelecimento de acampamentos de pesquisa.
Também medimos a distribuição espectral de potência da irradiação descendente em ambientes urbanos. ()A partir do quinto-
Telhado do Laboratório David Ritterhouse, Departamento de Física e Astronomia, Universidade da Pensilvânia (39,952237° N, −75,188734° O; altitude 12,009 m).
Como a fonte de luz elétrica utilizada no ambiente urbano possui uma ampla gama de aplicações, as medições de campo incluem luz natural, iluminação pública e outras fontes de luz artificial, bem como a reflexão dessas fontes de luz no ambiente construído.
O telhado que medimos era mais alto do que os outros telhados próximos, o que permitiu a detecção.
Todo o céu hemisférico, o telhado não é iluminado diretamente por sua própria fonte de luz artificial.
Por essas razões, a posição de medição é suficiente para obter as medições da irradiação descendente produzida por fontes naturais e artificiais. Essas irradiações descendentes são calculadas como médias em grandes distâncias na cidade.
A efeméride é gerada por software, e a altura solar, a altura lunar e a fase lunar das coordenadas do terreno fornecido são extraídas. (MICA Versão 2.2.2).
A efeméride é interpolada linearmente para determinar a altura solar, a altura lunar e a fase lunar de cada instante e posição de medição.
Portanto, a altitude real relatada não representa uma altitude significativa, levando em consideração as condições atmosféricas locais e a refração.
Pode-se utilizar o método de conversão da elevação em efemérides em elevação aparente aproximada.
Todas as medições foram realizadas utilizando dois espectrômetros USB personalizados.
USB2000+, Ocean Optics Company; Dunedin, FL)
Doravante conhecidos como espectrômetros "A" e "B", combinam um hábito.
Foi instalado um detector de irradiância descendente.
Um espectrômetro "A" é um fabricante-
Otimizado para medições de alta sensibilidade
Matriz CCD de silício linear Sony ILX511B)
Entre 180 e 875 nm.
Isso é usado para medir o crepúsculo e a noite.
A sensibilidade do espectrômetro "B" é baixa e a faixa de comprimento de onda é de 340 a 1025 nm.
Isso é usado para medir a luz solar.
Utilizamos uma combinação de dois espectrofotômetros com um fator de abrangência de 10 na irradiação diurna entre o meio-dia e a noite.
Processar um grande número de possíveis direções de cena na visão humana, mantendo a capacidade de detectar luz mensurável de baixa luminosidade.
Em condições de baixa luminosidade, como ao entardecer e à noite, estimamos a irradiação descendente ou o impacto ascendente da fonte de luz na visão humana em um determinado céu.
Vista do avião, do céu.
Sweeney e seus colegas, Johnsen e seus colegas descreveram a tecnologia para construir o detector de irradiância descendente. Um detector monomodo, 3-
Jumper de fibra M (
Diâmetro 1000 um, 5.
Diâmetro externo nominal de 8 mm, abertura numérica 0,22u2009±u20090.
02, ângulo de aceitação theta 12.
7 graus, ângulo total 25,4°;
Ocean Optics Corporation, Dunedin, FL)
Está conectado ao espectrômetro e alimentado através de um tubo na sonda de irradiância descendente.
Para construir a sonda, a extremidade de medição do cabo de fibra óptica é apontada em um ângulo de 10 a 45 graus. 16µ2009 cm (4″)
Disco de acrílico com diâmetro de 100° revestido com tinta para pássaros -
Revestimento Refletivo Branco B
Tecnologia Bird; New London, NH), uma empresa de água
Revestimento de sulfato básico de bário (BaSO₄).
Em última análise, o ângulo de 45 graus é arbitrário, e tudo o que a medição fisicamente equivalente precisa é da área não fechada do disco de dispersão na mesma direção para cada medição.
Na verdade, quando o cabo está em um ângulo próximo de 0 graus em relação à posição normal, é possível ver a diferença da sua própria sombra no disco. Quando o cabo está em um ângulo próximo de 90 graus em relação à posição normal, a luz refletida pelo disco pode se perder quando o cabo se move ligeiramente no hardware de instalação. ISKAn O-
A proteção ambiental fixada ao redor do cabo mantém a distância entre o cabo e o refletor constante.
A distância entre a ponta do cabo e o centro do disco refletor é de 7,74µ2009 cm.
Confirmamos que os cabos de fibra óptica só podem detectar a luz refletida pelo disco emitido por uma lâmpada de halogênio-tungstênio. (LS-1;
Ocean Optics Corporation, Dunedin, FL)
Cabo em um quarto escuro.
Quando conectado a uma lâmpada em vez de um espectrofotômetro, apenas o refletor e outras partes do módulo de medição são iluminados.
Isso demonstra que o alinhamento e o posicionamento da sonda de fibra óptica estão corretos.
Notebook Lenovo ThinkPad X240 executando a distribuição Linux Xubuntu 14.
O canal 04 é usado para controlar o espectrômetro e registrar os resultados das medições.
Os computadores portáteis estão equipados com baterias de 9- substituíveis a quente.
As baterias permitem o fornecimento ininterrupto de energia durante a medição.
Pacote de API (
Ocean Optics Corporation; Dunedin, FL)
E o software personalizado para MATLAB (Mathworks Inc.; Natick, MA)
É utilizado para ler e salvar a distribuição de potência espectral do espectrômetro no disco rígido do computador portátil.
Medição escura (
Existe uma tampa metálica na entrada do espectrômetro.
Dois espectrofotômetros foram colocados em uma incubadora digital em miniatura MyTemp.
Referências científicas; Edison, NJ).
A temperatura inicial da incubadora é de 24°C.
A temperatura da incubadora foi ajustada para 10 graus Celsius e foram realizadas medições contínuas na escuridão.
Em seguida, a temperatura da incubadora foi ajustada para 60 °C e a medição foi continuada.
De acordo com o relatório do sensor interno, a temperatura da placa no espectrômetro é medida com o espectro escuro.
Isso nos permite construir um banco de dados espectral escuro parametrizado pelo tempo de integração e pela temperatura da placa de medição. Descobrimos que este é um parâmetro significativo em um determinado ruído espectral escuro. ().
O espectro escuro mais semelhante às condições de medição fornecidas nesta biblioteca é usado para processar todos os espectros individuais no conjunto de dados.
Espectrômetro USB Saída de fábrica-
Calibração de comprimento de onda: cada pixel no sensor corresponde a um comprimento de onda.
A calibração é verificada por meio de medições independentes de comprimento de onda de duas fontes de linha. (AS-361 Mercúrio [Hg]
Lâmpada de calibração espectral; AS-364 Argônio [Ar]
Lâmpada de calibração espectral;
Produtos Espectrais, Putnam, CT).
Calibramos a calibração de fábrica comparando os valores medidos com amostras de linhas espectrais conhecidas. (404. 7, 435. 8, 546.
1. Fonte de mercúrio 579 nm; 696,5, 706,7, 727,3, 738,4 e 763,
Fonte de argônio de 5 nm).
Essas correções são boas.
Aproximadamente um deslocamento aditivo, e muito pequeno (
Ambos os espectrômetros têm resolução inferior a 1 nm.
Isso demonstra que a calibração de comprimento de onda da fábrica é boa.
O deslocamento necessário para os dois espectrômetros é de 0,79 ± 0,57 nm (
Espectrômetro "A" e −0,98u2009±u20090,37u2009nm (
Espectrômetro "B" em média (±1DP)
A média espectral cruzada ().
Embora os espectrômetros sejam calibrados quando saem da fábrica, eles não são calibrados em termos de leituras de potência para cada comprimento de onda.
Para incorporar as medições na calibração de radiação absoluta, precisamos vincular as medições de irradiância espectral absoluta que chegam ao disco do módulo de medição com as leituras originais em cada comprimento de onda do espectrômetro.
Como as faixas de comprimento de onda das diversas fontes de calibração e instrumentos de medição disponíveis se sobrepõem apenas parcialmente às faixas de comprimento de onda dos dois espectrofotômetros, utilizamos os seguintes métodos:
Um procedimento um pouco complexo.
Medimos com dois espectrofotômetros. ('A' e 'B')
Três fontes de calibração
Os espectros relativos são mostrados abaixo.
Estudamos o sinal de medição. -para-
A relação sinal-ruído dessas três fontes de ruído (natick, ma)
O comprimento de onda é corrigido e o sinal escuro médio adequado ao tempo de integração e à temperatura é subtraído. O valor "real" e o espectro medido são interpolados para 1.
Espaçamento de comprimento de onda.
Coeficiente de correção relativa a 2)
Dividimos o resultado pelo tempo de integração e obtemos um ruído.
Medições de correção em unidades de potência não calibrada por segundo; 3)
Estamos do lado errado.
Uniforme, fábrica-
O comprimento de onda de calibração é amostrado de 280 a 840 nm.
Espectrômetro "A"
E 360 e 840 nm (
Espectrômetro "B"
Corrija a calibração de comprimento de onda das fábricas acima. 4)
Em seguida, multiplique pelo comprimento de onda.
Utilizando os coeficientes de correção de radiação por correlação encontrados pelo programa acima, obtém-se a radiação espectral da iluminação.
Os espectros das amostras foram medidos no WMSRNM. 5)
Multiplicamos a emissividade por PI (o ângulo estéreo projetado no hemisfério) e a convertemos em irradiância espectral em wmnm.
O espectro saturado em qualquer comprimento de onda é removido da análise.
Por vezes, a subtração do ruído escuro resulta em valores negativos, que definimos como zero para análises posteriores.
Abrimos mão de qualquer espectro que torne o espectro zero em todos os comprimentos de onda.
Usamos oito ordens um-
Filtro de mediana dimensional usando a função medfilter 1 do MATLAB (Mathworks Inc.; Natick, MA).
Neste artigo são considerados dois conjuntos de dados adicionais independentes e dois modelos alternativos.
Obtivemos dos autores um conjunto de dados com 10.756 espectros solares coletados por DiCarlo e Wandel em Stanford, Califórnia.
Comunicação pessoal)
Conjunto de dados de 2600 espectros solares
Doravante conhecido como Granada Spectrum.
Coleção Hernández -
Andr_s no site do autor (;
Data da visita: 14 de dezembro de 2015.
De Wyszecki e Stiles e-
Modelo de componentes derivado do Granada Spectrum (
Doravante conhecido como Modelo Granada.
Do site do autor (;
Data da visita: 14 de dezembro de 2015.
Utilizamos o Webplotdigitzer para digitalizar os espectros de referência do céu noturno rural de Zabriske Point, CA e Cronin, Boston, Massachusetts.
Data da visita: 15 de dezembro de 2015.
Ajustamos diversos modelos com dados espectrais, conforme mostrado abaixo.
Vamos primeiro usar splines para criar funções base.
O espaçamento nanométrico é então normalizado pela norma vetorial (norma L).
Em seguida, normalizamos cada espectro com a norma vetorial e descobrimos que:
Ajustar o peso da função base com o valor mínimo -
Regressão quadrada.
Calculamos a razão de variância (R).
O modelo é usado para explicar o espectro medido e ajustá-lo ao coeficiente de correlação linear de pares ao quadrado entre comprimentos de onda cruzados.
O processo descrito acima produz os pesos do modelo linear necessários para ajustar o espectro normalizado.
São esses pesos padronizados que são desenhados no diagrama de carga do componente (por exemplo, ).
Nos dados suplementares, fornecemos os pesos médios normalizados agrupados por altura solar. (e )
E o fator de escala médio necessário para mapear o espectro normalizado de cada grupo de elevação de volta ao espectro absoluto.
A normalização, o ajuste e o cálculo de R variam de 360 ​​a 830 nm em nosso conjunto de dados e de 380 a 780 nm nos conjuntos de dados de Granada, DiCarlo e Wandel.
Para obter mais informações, consulte os títulos e, s2, S3 e s4).
Para capturar componentes em nosso conjunto de dados que não são caracterizados pelo modelo solar CIE, utilizamos o seguinte método iterativo.
Após o ajuste da função de referência CIE, extraímos todos os resíduos médios e o espectro da luz solar. (≥u20090)
A média desses resíduos produz a primeira função de base adicional, que chamamos de função de base CIE+.
Referimo-nos a um modelo que consiste no modelo de luz solar CIE e na função básica CIE+1, o qual é considerado o modelo CIE+1.
Em seguida, ajustamos todos os espectros e espectros ao crepúsculo civil. (−6°u2009