[发明专利]基于遗传算法优化的LED光源布局方法

权利要求书

1.一种基于遗传算法优化的LED光源布局方法，其特征在于：

步骤1、构建三维空间模型；

步骤2、设置光照接收器和LED光源的位置，照度接收器所在空间位置为(x,y,z)，LED光源所在空间位置为(X,Y,Z)；

步骤3、建立照度均匀度的适应度函数，确定个体的适应值；

步骤4、基于谢菲尔德遗传算法，求解出以照度均匀度即适应度函数最优解，为目标的LED光源布局。

2.根据权利要求1所述的基于遗传算法优化的LED光源布局方法，其特征在于所述的步骤3具体为：

假设LED光源的光辐射模型符合朗伯辐射模型，

其中R(θ)表示LED辐射强度；θ表示辐射角；P_s表示LED辐射的功率；

在室内照明系统中，有两个指标：发光强度和光照强度，发光强度是用来形容光源发光亮度的物理量，符号是I，单位是candela；发光强度主要与灯源的光通量成正比，与立体角成反比，即：

立体角是用来形容从某点看到某个物体大小的物理量；立体角主要与物体投影在单位球上的面积成正比，与单位球的半径的二次方成反比；即：

物体光照强度用来形容单位面积所能接收的光的能量多少的物理量，符号是E，单位是Lx；光照强度主要与光通量成正比，与单位面积成反比，即：

假设LED偏离照度接收器的角度为ψ，LED的辐射角为Φ，d表示LED光源和接收器的直线距离，故：

所以，照度接收器面元所接收单个LED的照度可以表示为：

将相应坐标转换成笛卡尔坐标系得：

其中，(x,y,0.85)是照度接收器的坐标，(X,Y,3)是LED的坐标，I₀是指单个LED的中心光强，m是辐射模式数；

因为LED的辐射半径远远大于它本身的直径，可以将LED看成一个点光源，而且LED又属于非相干光源，所以n的LED组成的阵列布局的照度，是n个LED单个照度的线性叠加；本发明仅考虑在视距链路上照度光场的分布；

因此在视距链路上，接收器面元接收单个LED的照度为：

3.根据权利要求1所述的基于遗传算法优化的LED光源布局方法，其特征在于所述的步骤4具体为：

步骤4.1、设置参数范围

步骤4.2、定义遗传算法参数，种群popsize，最大遗传代数MAXGEN，个体长度chromlength，代沟GGAP，交叉概率pc，变异概率pm，寻优结果的初始值trace；

步骤4.3、区域描述器的设置

其中，len是指每个个体的长度；lb和ub分别指每个变量的上届以及下届；code是指个体是怎样编码的，1表示二进制编码，0便是格雷编码；scale是指每个体使用什么样的刻度，1表示对数刻度，0表示算术刻度；lbin和ubin分别指范围是否包括上下界，1表示包括，0表示不包括；

步骤4.4、创建二进制种群

创建任意离散随机种群Chrom＝crtbp(popsize,chromlength*r)，r为随机种群大小；

步骤4.5、二进制和十进制的转换；

步骤4.6、构建适应度函数，计算每个个体的适应值，适应值将作为衡量个体优劣的唯一标准

ObjV＝-CalObjVal4(X1,Y1,X2,Y2….Xm,Ym)

步骤4.7、种群不断迭代，最终的个体就是全解最优解.

计算子代的目标函数值:ObjVSel＝-CalObjVal4(X1,Y1,X2,Y2….Xm,Ym)；

重插入子代到父代，得到新种群:

[Chrom,ObjV]＝reins(Chrom,SelCh,1,1,ObjV,ObjVSel)；

XY＝bs2rv(Chrom,FieldD)；

gen＝gen+1；

获取每代的最优解及其序号，Y为最优解，I为个体的序号,I恒为1,[Z,I]＝min(ObjV)；

记下每代的最优值所对应的xy坐标；记下每代的最优值所对应的函数值Z，照度均匀度

步骤4.8、将最终的结果通过图形的方式表示下来；

步骤4.9、在子函数中，计算个体的适应值:

CalObjVal4函数：function Uir＝CalObjVal4(X1,Y1,X2,Y2….Xm,Ym)

步骤4.10、计算照度均匀度即适应度函数

UirOfEveryPoint4函数：

function uir＝UirOfEveryPoint4(illuminance),Uir input:照度矩阵；

uir output:照度均匀度；uir＝min(min(illuminance))/mean(illuminance(:))；

求解所有LED对整个平面照度的照度均匀度，接收面是一个平面，LED是一个点，想要继续求解，就需要将整个接收面离散成有限个点，以接收面中心为坐标原点，构建直角坐标系，将整个接收面等距分为m*n份并分配相应的坐标，LED对这m*n个坐标的照度即为LED对整个接收面的照度；

用一个1行m*n列的矩阵illuminance保存一个LED对该平面中所有点的照度值，以此类推保存多个平面的照度值；在该子程序中，每一个矩阵都保存着一个LED对整个平面中各个点的照度值，将整个矩阵进行相加所得到的和矩阵就保存所有LED对整个平面的照度值；求出和矩阵的最小照度值和平均照度值得到适应度函数。