Personalized Lighting Control Based on a Space Model

Studien zeigen, dass die persönliche Steuerung von Beleuchtung in Gebäuden die Benutzerzufriedenheit und möglicherweise die Produktivität verbessert. Weiterhin kann sie das Problem der Überbeleuchtung in Einrichtungen reduzieren, das die menschliche Gesundheit und den Energieverbrauch negativ beeinflusst. Bestehende Beleuchtungs-Lösungen sind entweder fest verdrahtet und hartcodiert oder mit offenem simulationsbasierte Regelkreis. Damit fehlt die notwendige Flexibilität um die Lichtsteuerung auf die individuellen Präferenzen der Nutzer anzupassen. Diese Arbeit untersucht ein neues personalisiertes Lichtsteuerung-System, das die räumlichen Kontextdaten, die aus einem Raummodell abgeleitet sind verwendet, um Beleuchtungseinstellungen der einzelnen Benutzer zu erfüllen. Basierend auf dem räumlichen Kontext und den persönlichen Präferenzen werden Lichtsteuerungs-Gruppen in der Umgebung jeden Benutzer dynamisch generiert. Die Steuerung verwendet die Position des Benutzers, persönliche Präferenzen und die Rückführung von einem Beleuchtungssensor, der sich in der Nähe des Benutzers befindet. Mit den räumlichen Kontextdaten unterstützt die Lösung das Management von Konflikte, die aufgrund der Anwesenheit von mehreren Benutzern in einem Raum und deren Beleuchtungseinstellungen auftreten können. Der Algorithmus ist unabhängig von der Anzahl der Benutzer und löst Konflikte mit minimaler Störung der vorhandenen Benutzer. Das Raummodell, das als räumliche Kontext Repository verwendet ist, ist ein netzwerkbasiertes Raum-Layout, das aus Layout-Elementen und räumliche Beziehungen besteht. Das Netzwerk ist automatisch abgeleitet aus den Raum- und Raumelementdaten, die in einem Building-Information-Modeling-System definiert sind. Durch den Einbau eines Beleuchtungs-Layouts, ist das Raummodell für die personalisierte Beleuchtungssteuerung angewendet worden. Ein System-Prototyp ist entwickelt, der die Funktionalität eines kommerziellen Lichtsteuerungs- Systems erweitert, ohne seine Funktionen zu beeinträchtigen. Die Machbarkeit des Konzepts der personalisierten Lichtsteuerung, die von einem Raummodell unterstützt ist, ist mit umfangreichen Tests validiert. Mehrere Testfälle sind entwickelt und umgesetzt, darunter das Ein- und Auschecken von Arbeitsplätzen, und der Wechsel der Tätigkeit. In jedem dieser Fälle, stellt das System automatisch Ausgänge der Leuchten in der Nähe des Arbeitsplatzes eines Benutzers basierend auf den Licht Präferenzen des Benutzers ein. Mehrbenutzerszenarien sind entwickelt und in dem Prüfraum ausgewertet. Diese erlauben eine umfassendere Bewertung des Konzepts. Die Forschung zeigt, dass ein reiches räumliches Datenmodell personalisierte Lichtsteuerung unterstützen kann. Die Verwendung eines Raummodells, um den räumliche Kontext dynamisch abzuleiten hat gezeigt, zuverlässig in Einzel- und Mehrbenutzerszenarien zu sein. Studies suggest that personal control of lighting in buildings improves user satisfaction and, possibly, productivity. It may further mitigate the over-illumination problem in facilities, which adversely affects human health and energy use. Existing lighting solutions are either hard-wired and hard-coded or using open-loop control based on simulations, which does not provide the necessary level of flexibility to control lighting based on individual preferences of users. This thesis explores a novel personalized lighting control system that uses spatial context data derived from a space model to satisfy lighting preferences of individual users. Based upon the spatial context and personal preferences, luminaire control groups in the vicinity of each user are dynamically generated. Control is performed using the location of the user, personal preferences and feedback from an illuminance sensor that is located near the user. The solution supports multi-user conflict management by using spatial context data to detect spatial conflicts that may arise due to the presence of multiple users in a space and their lighting preferences. A conflict management algorithm was implemented that is independent on the number of users and resolves conflicts with minimal disturbance of existing users. The space model, which is used as a spatial context repository, is a network-based space layout that consists of layout elements and spatial relations. The network is derived automatically from space and space element data defined in a building information modelling system. The dynamic spatial context querying has been applied to personalized lighting control by incorporating a lighting layout to specifically satisfy the spatial context needs of the lighting control system. A system prototype has been developed which extends the functionality of a commercial lighting automation system without compromising its basic functionality. The feasibility of the concept of personalized lighting control that is enabled by a space model has been validated with extensive tests. Several test cases have been developed and implemented, including checking in and out of workplaces, and change of activities. In each of these cases, the system automatically adjusted outputs of luminaires near a user´s workplace based on the user´s lighting preferences. Multiuser scenarios were developed and evaluated in the test space. As a result, this allowed more comprehensive evaluation of the concept of space-model enabled, personalized lighting control. The research shows that a rich spatial data model may be useful to support personalized lighting control. The use of a space model to dynamically derive the spatial context have shown to be reliable and responsive in both single-user and multi-user scenarios.