一种密闭作业空间光环境布局方法、系统及设备

本发明涉及密闭作业空间光环境布局，具体涉及一种密闭作业空间光环境布局方法、系统及设备。

背景技术：

1、随着水下空间和载人航天舱的迅速发展，密闭空间设计研究变得至关重要。特别是随着航天航海任务的增多以及对深海、极地等极限环境的探索，人类在密闭空间中的工作和生活逐渐频繁且重要；长时间工作在这样的密闭环境中，人员可能出现舒适性降低、疲劳加剧、注意力分散等问题，严重时甚至会因人为失误引发重大事故，而在航天航海任务中，任何失误都可能带来不可挽回的后果。合理的密闭空间布局设计不仅能提高工作效率和舒适度，还能显著提升安全性并降低事故发生率，从而提高任务成功率并保障人员安全。

2、光环境作为空间环境的重要组成部分，不仅直接影响生理节律和情绪调节，还通过照明强度和光源分布影响视觉舒适性及任务效率；虽然目前会通过调整照明强度、光源分布以及显色指数等来模拟阳光光照环境，为密闭空间的人员提供更自然的作业环境，但是该方式过多依赖与经验，难以精准应对多维度光环境参数之间的复杂耦合关系，尤其在航天航海的极端环境中，无法充分满足实际作业需求；且并未考虑光环境对人员的综合效能影响，缺乏系统的模型支撑和科学验证，导致布局设计在提升综合效能方面效果不够理想，因此不能满足密闭作业空间光环境布局需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种密闭作业空间光环境布局方法、系统及设备，通过结合人机工效学理论与学习算法，构建多维度非线性预测模型，解决目前密闭作业空间光环境布局提升综合效能效果不佳的技术问题。

2、本发明解决上述技术问题的方案：

3、一种密闭作业空间光环境布局方法，包括以下步骤：

4、s1、确定影响密闭作业空间光环境布局的阵元变量；

5、s2、分析光环境布局中，阵元变量对综合效能的影响，提取阵元变量的归一化影响因子；

6、s3、基于阵元变量的归一化影响因子，建立阵元变量影响因子模型；

7、s4、随机生成多种光环境布局，采集各光环境布局和对应综合效能的参数，得到初始数据集，根据初始数据集建立多维度综合效能评估模型；

8、s5、根据阵元变量影响因子模型与多维度综合效能评估模型，构建光环境布局与综合效能之间的多维度非线性预测模型；

9、s6、根据多维度综合效能评估模型，利用深度神经网络，优化光环境布局以实现综合效能最大化，确定光环境布局与综合效能的最佳匹配方案，并验证多维度非线性预测模型。

10、进一步限定，所述步骤s1具体为：

11、分别通过实验测量、理论推导及场景模拟分析确定影响密闭作业空间光环境布局的阵元变量；

12、所述阵元变量包括光源数量、光源高度、光源色温、光源照度、光源角度以及光源位置。

13、进一步限定，所述步骤s2包括：

14、s2.1、搭建密闭作业空间，创建可调的光环境布局；

15、s2.2、调整阵元变量中单一变量的参数，得到多种单一变量光环境布局，通过获取不同单一变量光环境布局对受试者的影响程度，得到综合效能评分，并构建综合效能评分与单一变量光环境布局的模型；

16、s2.3、通过最小二乘法对综合效能评分与单一变量光环境布局的模型进行拟和，得到阵元变量的归一化影响因子。

17、进一步限定，所述步骤s3包括：

18、s3.1、将光源位置的笛卡尔坐标转换为极坐标；

19、s3.2、根据阵元变量的归一化影响因子以及光源位置的极坐标，构建阵元变量影响因子模型。

20、进一步限定，所述综合效能的参数包括生理效能参数、心理效能参数和认知效能参数；

21、所述步骤s4包括：

22、s4.1、通过改变阵元变量，随机得到多种光环境布局；

23、s4.2、获取受试者在不同光环境布局下的生理效能参数；

24、s4.3、获取受试者在不同光环境布局下的心理效能参数；

25、s4.4、获取受试者在不同光环境布局下的认知效能参数；

26、s4.5、获取不同光环境布局和对应综合效能的参数得到初始数据集，根据初始数据集建立多维度综合效能评估模型。

27、进一步限定，所述步骤s5包括：

28、s5.1、随机生成多个光环境的光环境布局，将得到的光环境布局划分为训练集和测试集；

29、s5.2、根据阵元变量影响因子模型和多维度综合效能评估模型，构建光环境布局与综合效能之间的多维度非线性预测模型，通过训练集和测试集对得到的多维度非线性预测模型进行优化，提高其预测精度。

30、进一步限定，所述步骤s6包括：

31、s6.1、采用步骤s5.1得到的光环境布局，根据多维度综合效能评估模型得到光环境布局与对应综合效能评估值的实验数据集，基于实验数据集通过深度神经网络构建效能预测模型；

32、s6.2、利用遗传算法对效能预测模型进行最优效能值和最优布局参数的求解，根据最优布局参数配置密闭作业空间的光环境；

33、s6.3、将最优布局参数输入步骤s5.2得到的多维度非线性预测模型，得到最优效能预测值，判断最优效能预测值是否等于最优效能预测值，若是，则结束；若否，则通过训练集和测试集重新对得到的多维度非线性预测模型进行优化后执行步骤s6.3。

34、一种密闭作业空间光环境布局系统，用于实现上述的密闭作业空间光环境布局方法，包括：

35、阵元变量确定单元，用于确定影响密闭作业空间光环境布局的阵元变量；

36、阵元变量归一化影响因子提取单元，用于分析光环境布局中，阵元变量对综合效能的影响，提取阵元变量的归一化影响因子；

37、阵元变量影响因子模型建立单元，用于基于阵元变量的归一化影响因子，建立阵元变量影响因子模型；

38、多维度综合效能评估模型建立单元，用于随机生成多种光环境布局，采集各光环境布局和对应综合效能的参数，得到初始数据集，根据初始数据集建立多维度综合效能评估模型；

39、多维度非线性预测模型构建单元，用于根据阵元变量影响因子模型与多维度综合效能评估模型，构建光环境布局与综合效能之间的多维度非线性预测模型；

40、最佳匹配方案确定单元，用于根据多维度综合效能评估模型，利用深度神经网络，优化光环境布局以实现综合效能最大化，确定光环境布局与综合效能的最佳匹配方案。

41、进一步限定，所述综合效能的参数包括生理效能参数、心理效能参数和认知效能参数；所述多维度综合效能评估模型建立单元包括：

42、光环境布局创建模块，用于通过改变阵元变量，随机得到多种光环境布局；

43、生理效能参数采集模块，用于获取受试者在不同光环境布局下的生理效能参数；

44、心理效能参数采集模块，用于获取受试者在不同光环境布局下的心理效能参数；

45、认知效能参数采集模块，用于获取受试者在不同光环境布局下的认知效能参数；

46、多源数据融合处理模块，用于获取不同光环境布局和对应综合效能的参数得到初始数据集，根据初始数据集建立多维度综合效能评估模型；

47、所述密闭作业空间光环境布局系统还包括：

48、密闭作业空间模拟单元，用于模拟密闭作业空间，还用于模拟光环境布局；

49、布局方案显示单元，用于显示密闭作业空间、显示光环境布局、显示对应光环境布局的综合效能以及显示对应的光环境布局的参数。

50、一种密闭作业空间光环境布局设备，包括非易失性存储介质以及中央处理器，所述非易失性存储介质中存储有可执行代码，所述中央处理器执行所述可执行代码时，实现上述的密闭作业空间光环境布局方法。

51、本发明的有益效果在于：

52、1.本发明通过结合人机工效学理论与学习算法，构建多维度非线性预测模型，系统分析光环境布局与综合效能之间的复杂关系，确保在密闭作业空间中实现光环境布局与综合效能的最佳匹配，不仅能够对现有光环境布局进行综合效能的精准预测，还能够通过深度神经网络求解密闭作业空间光环境布局的最优解，为不同应用场景下的设计提供科学可靠的依据，从而显著提升密闭作业空间的综合效能，满足实际光环境布局需求。

53、2.本发明利用多维度非线性预测模型，能够精确预测不同光环境布局对人员生理效能、心理效能和认知效能的具体影响，为布局设计提供可靠的科学依据；突破传统经验型设计的局限，采用深度神经网络求解最优光环境布局方案，实现布局参数与综合效能的最佳匹配，显著提高设计的准确性和可靠性。