文摘

室外光环境显著公共心理和生理健康的影响方面。本研究实验中量化舒适光环境对游客的影响在城市公园步行空间。9套照明条件与不同的平均水平照度(2 lx 6 lx 10 lx)和颜色温度(5600 K, 4300 K, 3000 K)建立了虚拟现实场景。主观光安慰被评估,脑电图(EEG)测量受试者18日全面研究不同光环境对人类的影响光安慰。综合评价的结果表明,色温非常显著影响主观光安慰,温暖的光比酷更有利的光在增强人类主观的安慰。脑电图的结果分析表明,平均水平照度水平的一个重要因素是生理疲劳、生理疲劳可以保持优越的状态在适当的照度水平。基于主观和客观因素的结果,进行了全面的分析,提出一系列的平均水平照度(4.08 lx, 6.99 lx)和一系列的色温(3126 K, 4498 K)的综合性城市公园步行空间的舒适区。

1。介绍

作为一个最重要的公共空间在一个健康的城市环境,城市公园是现代城市居民基本的地方从事各种社会活动(1,2),放松,缓解压力2,3]。为骨干的城市公园和景点沟通的媒介,步行空间是一个客观的空间序列为游客参与休闲活动。晚上户外人造光(ALAN)极大地影响了游客的体验质量(4]。

室外光环境是室外空间形成的光照射,和它的功能应满足生理、心理、生理、审美、社会、和其他要求。光可以影响人类健康5],它可以是积极的和消极的(6]。不恰当的艾伦可以影响人类的情绪7,8),感知、评价、行为(9,10),和安全感11),甚至可以对身体健康产生重大影响5,6,12- - - - - -14]。如果人类暴露于一个不舒服的光环境很长一段时间,如亮度不足、不均匀的照明,不舒服的眩光,和强烈的闪光灯,它将不仅对他们的身体健康造成严重损害,而且也会影响他们的心理健康12,15,16]。

它已成为一个多学科的趋势研究建筑环境对健康的影响来提高生活质量和居民的生活质量17]。作为一个建筑环境的重要组成部分,光环境的研究和应用从视觉效果扩展到更广泛的治疗效应的光,“情绪调节和节奏等修复。因此,光舒适度研究的实际意义将光环境设计从基本功能需求提高舒适性等主观和客观因素,心理和生理反应。

本文调查对象的主观和生理评价通过模拟不同组合的平均水平照度( )和相关色温(CCT)为一个特定的空间,城市公园步行空间。光环境的影响之间的关系对人们从主观和客观两个方面分析得出一系列光安慰,考虑多种因素。目的是提供一个量化的参考光环境的设计在城市公园步行空间和创造城市户外环境更有利于人类夜间休闲活动。

2。实验方法

2.1。实验环境

实验是在实验室完成,以确保受试者不被其他的环境因素,控制房间温度是26 - 28日期间°C, ,和 。房间里的灯光被关闭在实验。没有其他额外的令人不安的设施除了实验设备和电脑屏幕和其他设备,需要开启。

2.2。实验条件

两个因素的照度和色温的光环境被选为研究的对象。共同价值观的照度和色温公园、广场、人行道、和公共活动区域在中国城市夜景照明设计的代码(JGJ / T 163 - 2008),选择一个合理的照度和色温的场景模拟,然后进行了实验。通过preexperimental筛选的条件,结合心理认知和生理数据,实验条件被确定为三个级别的平均水平照度,与三个颜色温度:温暖、中性,和酷,九个室外光照条件的研究建立了。具体实验条件的数量和组合平均水平照度和色温参数如表所示1。

2.3。构建虚拟现实场景

提供一个更真实的模拟室外光环境,游客们在夜间环境,虚拟现实(VR)技术是用于建立实验场景。在这篇文章中,300 VR数据被选择并与实际现场测量数据。

VR集传统影像技术、交互技术,沉浸式显示。其优势在于高浸和存在由多维互动功能和身临其境的显示器和它的优越性在塑造空间和传达视觉信息(18]。

默多克的研究等。19)描述构建虚拟现实场景的途径,包括建模、仿真,色调映射,并显示,并推荐合适的软件和设备。

近年来,一些学者已经研究领域的人为因素光环境使用VR代替现实环境(20.- - - - - -25]。

虚拟现实场景在这个实验中首先使用SketchUp创建一个3 d模型,然后使用Dialux Evo 8.2软件设置照明参数,然后创建一个全景虚拟现实场景通过PTGui Pro软件的输出场景效果,上传现场720云平台,然后通过SteamVR体验网络虚拟现实,每个实验条件的虚拟现实场景图所示1。构建虚拟现实场景的过程如图2。

2.4。实验内容

2.4.1。主观的评价

光安慰的主观评估问卷设计使用语义微分方法。八个指标选择的光环境评价实验:亮度,安全感,快乐,色彩丰富,兴奋,亲密,舒适和满意。每个主题是需要分八个评价指标在每个条件,测量和评价分数使用级Likert-type规模(26]。自我报告的李克特量表是现代心理学的一个重要组成部分(27]。近年来,自我报告李克特规模一直是最常见的方法测量心理数据(28,29日]。它提供了一个非常方便的方法来测量难以察觉的结构。

2.4.2。生理评价

有各种方法评估疲劳,分为两种主要的方法:主观和客观的。主观的方法主要是调查问卷或量表的形式(30.- - - - - -34]。然而,他们依靠自我报告,因此,极易受偏见的结果。在客观方法,监控主体的生理信号被认为是最可靠的方法评估疲劳(35]。

脑电图(EEG)和频带能量和脑电图波形发生显著的变化在不同国家的人。他们是密切相关的复杂的心理条件,如倦怠(36)、压力(37- - - - - -39,精神疲劳40,41],和情绪衰竭[42,43]。由于其低侵袭性(44)和之间的明确关系不同频带的功率谱特性和疲劳水平(45),测量脑电图是一种最客观、可靠的疲劳评估方法。

脑电图是一个电位测量,反映了人类大脑的电活动,包含一个复杂的波与多个频率成分的组合。根据他们的频率范围,他们可以归类为:0.5 - 4赫兹(δ,δ),4 - 8赫兹(θ,θ8—13赫兹),(α,α),13-30赫兹(β,β),> 30 Hz (γ,γ)[46]。

EEG信号的特性节奏密切相关的大脑活动和显示脑电图能量参数随疲劳的程度(47,48]。研究Borghini et al。49]发现,神经心理学指标如脑电图改变相应的在正常开车,心理负荷高,和人类精神疲劳状态θ,δ,α波改变在从高心理负荷过渡到精神疲劳状态,而这些精神疲劳状态检测的准确性是90%左右。研究Szirmai et al。50)发现相应的α和β波的变化主题在模拟精神疲劳。

由于主题之间的个体差异,EEG节律的绝对能量很难有效地比较不同科目的疲劳状态。相比之下,各种能源的相对能量乐队可以作为一个更有效的特征(51]。有很多研究使用EEG节律能量的比值: , , , ,依照人类疲劳指标(52- - - - - -54),表明它们的参数都是显著疲劳状态分析(55]。De Waard和Brookhuis [52)发现的相对能量参数 减少与警觉性下降水平。它可以作为衡量疲劳疲劳因素水平对人类有效。

近年来,一些学者已经使用VR和脑电图研究人类认知和建筑环境之间的关系的字符(56,57]。和它的可行性已经得到证实。在这个实验中,受试者的脑电图测量,能量比 每个主题的脑电图波比较在不同的光环境在虚拟现实场景中,这是用来确定是否存在差异的生理评价疲劳状态。

2.5。主题

获得客观、有效的实验数据,实验使用一种方法来确定样本大小基于统计力量和效果(ES) [58]。G权力3.1.9.7软件用于计算所需的样本量计划在这项研究中,预设温和的效果 (59)和一个预设的统计测试的力量 和显著性水平 作为计算的标准样本容量计划。结果表明,至少有15名受试者。

考虑实验的闲置产能,共有18个志愿者,23岁至38岁,其中包括九名男性和9名女性,被招募参加实验。所有受试者健康状况良好,感觉和知觉音响正常,正常视力(光学矫正视力不低于5.0和视觉校正的少于300度),没有色盲或颜色的弱点,没有心血管疾病或神经系统疾病、情绪稳定、正常的心理状态,身体状况良好,没有主观不适,可他们都没有参加过类似的实验。所有科目给书面同意参与这项研究。的基本信息如表所示2。

确保实验数据的准确性和减少额外的干扰引起的变化在受试者的物理状态,受试者被要求确保定期休息时间和睡眠质量在实验和保持充足的睡眠。任何药物会影响视觉和脑电图仪的信号是被禁止的一天前的测试。没有酒精12小时,没有吸烟了8小时,以及没有咖啡,茶,功能性饮料,和其他饮料,可以刺激心脏,大脑和神经,不剧烈运动3小时,以避免影响自主神经活动过度兴奋或疲劳的状态(60]。

从顶级避免累积疲劳的影响实验的结果bottom-ranked实验,实验订单是安排在拉丁方序列,受试者被分为9组的两个主题,如表所示3。

2.6。实验设备

2.6.1。虚拟现实设备

实验使用HTC万岁戴虚拟现实设备,更有效的和广泛使用的虚拟现实设备今天,房间里创建一个活动空间,以允许用户移动在特定的范围内,因此,允许用户有一个良好的沉浸体验,如图3。

2.6.2。可穿戴的脑电图设备

传统的电信号采集监控系统,虽然采集信号精度高,一般具有很强的操作经验的特点,使用笨重,昂贵的,大尺寸。主题通常需要应用大量的导电胶和佩戴特殊的电极帽,这是不利于连续实时监测和日常使用。如果虚拟现实设备磨损的同时,它将使主题的头设备笨重和相互干扰。

今天的可穿戴的脑电图设备无损,容易磨损,小,操作简单,并可传送到电脑和其他设备使用蓝牙或无线网络,使脑电图信号的实时采集。数据已被证明的质量和可行性(61年,62年),已经使用在许多领域的研究(37,43,63年- - - - - -65年]。此外,他们可以应用于隐式控制高级上下文感知应用程序,如照明系统或虚拟现实环境(66年]。他们可以应对主体的心理状态和可以提供深入了解哪些因素可以帮助放松或焦点。

这个实验使用了二天才可穿戴的脑电图设备,它使用TGAM模块化脑电图传感器开发的Neurosky(美国加利福尼亚州圣何塞Neurosky Inc .),一个单通道脑电图采集装置,利用先进的干电极技术检测并获得微弱电信号有效地在大脑中。

TGAM芯片是一个高度集成单片机脑电图传感器的集成,使信号采集、滤波、放大、a / D转换和计算。和它的采样频率为512赫兹。它可以自动过滤掉各种噪音的干扰环境和低功耗。更方便的使用比传统湿电传感器(67年]。这个模块可以处理和输出功率值八脑电图乐队:δ,θ,高阿尔法值,低阿尔法值,贝塔系数较高,低风险,middle-gamma,low-gamma。EEG信号的输出使用的系统设备,如图所示4。

2.7。实验的程序

受试者进入实验室,首先得到的是preexperiment发布会上的研究员,他解释了步骤和注意事项。然后,受试者休息一下,以确保它们是放松。对象可以在实验和一个特定的范围内移动,不得从事简单交流活动但不允许交流实验并被要求配合的配件和固定设备。一切准备就绪后,实验开始了。

实验必修科目体验场景用不同的实验条件,首先对视觉适应静坐5分钟。等待他们的视觉适应光环境在目前的实验条件开始前的实验条件。受试者被要求每个实验条件场景经验10分钟,同时他们的脑电图数据记录。经验后,受试者被要求填写根据经验主观评价问卷,然后眼睛五分钟休息,安静的坐着,闭眼减少造成的影响实验的结果产生的累积疲劳的受试者连续试验。每个实验条件场景花了20分钟,即。,each subject took about 3 hours to complete the experiment. In each scene in the experiment process, observe the condition of the experimental subject for 10 minutes to fully ensure the required effect of the experiment. The experimental procedure is shown in Figure5。

为了避免时差和昼夜节律的影响,实验是在夏天晚上19:00至22:00。这次是一种常见的晚上时间公众活动在城市公园,因此,确保实验数据的可比性所有科目,同时,场景中可以重复实验。

3所示。结果

3.1。主观评价结果

问卷量表的可靠性测试是由软件SPSS26和克伦巴赫α为0.935。调查问卷有良好的一致性和通过了测试。接下来,皮尔森测试进行了分析平均水平照度和色温之间的关系和每一个评价指标,结果如表所示4。分析表明,色温有高度显著的负相关( )与所有指标除了亮度。相比之下,平均水平照度只有一个高度显著正相关( )亮度和显著正相关( )与兴奋。

意义分析的平均水平照度和色温的八个主观评价指标,结果如表所示5- - - - - -12。在八个主观评价指标中,色温是一个非常重要的因素( )对所有指标除了亮度。然而,平均水平照度(只是一个重要因素 )亮度。平均水平照度和色温之间的交互作用不显著指标。

3.2。综合评价结果

所有受试者的主观评估的平均值得到了每个实验条件下,结果如表所示13。

分析八的重要性指标,运用熵权法(EWM)分析每个指标的权重,计算出总综合评价得分。

EWM是客观权重的方法和原理来确定指标的权重是基于信息的数量反映在每一个指标的变异程度值(68年]。熵值的大小代表了系统的无序程度在信息理论69年]。指标的熵值越低,它的熵权越高。相反,指标的熵值越高,降低其熵权(70年]。计算如下。

在第一步中,根据方程(数据归一化1)。在哪里是指评估对象 和表示指标( ); 的初始值th的指标th评价对象;是归一化的值。每个评价对象在每个指标的比值,即:的重量评价对象有关指标的价值。然后获得正规化矩阵,见方程(2)。

在第二步中,每一个指标的信息熵值计算根据方程(3)系数评价对象的数量有关吗 ,如方程所示(4)。

第三步,计算每个指标的变异系数根据方程(5)。

第四步,计算每个指标的权重根据方程(6)。

在最后一步,每个评价对象的整体得分计算根据方程(7)。

根据上述方法,计算各评价指标的权重,如图6各评价指标的权重,相对平均水平。每个实验条件的综合评价得分计算权重。最后,使用得到的离散数据生成拟合表面,和之间的关系综合评价分数,平均水平照度和色温图所示7。

3.3。生理评价结果

脑电图是一个自发的生理电信号,的特征之一是对象之间的巨大差异。所以有必要消除差异的影响主题和处理所有实验结果相对,这样数据从所有的科目都可以一起分析。

在这个实验中,10分钟的脑电图数据记录每个实验条件下所有科目的统计分析计算疲劳因素 参数,结果归一化到0 - 1使用归一化法获得的最大区别疲劳因素的相对价值 参数。处理数据之后,更大的值意味着身体不疲劳,最佳值为1。一个较小的值意味着身体比较疲劳,值为0的最差的。最后,疲劳因子参数的算术平均值计算每个实验条件下的受试者之间的关系做进一步调查的生理疲劳和平均水平照度和色温。的最大区别规范化数据计算根据方程(8),以下分析是基于归一化的值。

一些数据的非正态的分布和参数分析无法使用,Scheirer-Ray-Hare测试(71年,72年使用了)。Scheirer-Ray-Hare测试是克鲁斯卡尔-沃利斯的一个扩展测试(71年- - - - - -74年]。意义的分析都是基于95%的置信区间,结果如表所示14。

分析显示显著差异的生理疲劳的受试者在不同平均水平照度( , )和不同的颜色温度没有影响受试者的生理疲劳( , )。之间的交互的平均水平照度和色温不显著生理疲劳( , )。

由此产生的离散数据生成拟合表面,和生理疲劳之间的关系水平和平均水平照度和色温图所示8。

3.4。集成光舒适区

综合分析研究对象的综合评价得分和生理疲劳水平进行了调查的范围在城市公园步行空间照明的舒适区。的区间评分( - - - - - -坐标)的两个配件表面获得不少于85%的最高分数划定如光舒适区(60]。建议指行动前的计划和规划,起草计划,适用于照明的准备过程,在实验中很常见。相应的平均水平照度( - - - - - -坐标)和色温( - - - - - -协调)值计算分数( - - - - - -坐标)的配合面,光参数的舒适区,如表所示15。

表中的数据15完全可以创建一个边界,然后应用插值时画线方法 和 。此时,可以看到数据点的不确定性。

当的值平均水平照度和色温都是在舒适范围的综合评价和身体疲劳,人体的主观和生理可以获得更舒适的体验。相对应的参数范围图的绿色区域9的光线舒适区是结合主观和客观两方面分析。

推荐红在图所示的值的范围10,平均水平照度范围(4.08 lx, 6.99 lx)和色温范围的(3126 K, 4498 K)。时的平均水平照度和色温参数夜间光环境在城市公园范围内的行人空间上面所提到的,灯光效果可以满足人体的主观舒适度,也确保人体不是一个高水平的生理疲劳。

4所示。讨论

本研究的目的是检查室外光环境的影响组成的不同组合的平均水平照度和色温的主观和人体的生理评价在城市公园步行空间。

从图所示7,当温度变化颜色从3000 K到4300 K,受试者的主观综合评级下降的平均水平照度下2 lx和10 lx但增加6 lx的平均水平照度下。当从4300 K到5600 K色温变化,受试者的主观综合评级在每个级别的平均水平照度显著下降。总的来说,最好的综合评价得分科目是我实验条件。

因此,色温值范围内的实验条件下,温暖的颜色温度有利于提高人类光安慰2 lx和10 lx的平均水平照度。相比之下,中性色温有利于提高人类光安慰6 lx的平均水平照度水平。然而,在每一层的平均水平照度、色温的变化从中性到温暖的颜色更小比变化对综合评价结果的影响从冷到一个中立的颜色。

图8显示平均水平照度水平的一个关键因素是生理上的疲劳。在每种颜色温度水平的实验中,受试者的生理疲劳水平明显更好的实验条件下6 lx平均水平照度比在低和高照度水平。受试者的生理疲劳E含量的最佳实验条件。执行垂直照明时,受试者的生理疲劳水平明显优于圆柱照明,更适合人体的安慰。

平均水平照度时从2 lx增加到6 lx,相对价值的受试者的疲劳因素增加,表明增加照度是有利于缓解人类生理疲劳。然而,当平均水平照度从6 lx提高到10 lx,疲劳因素的相对价值的受试者明显减少,表明过度平均水平照度会加剧人体的生理疲劳。因此,在实验范围内的值、中照度条件有利于提高人类光安慰。

5。结论

不同的室外光环境对人的影响是研究的主观综合评价和客观生理疲劳通过各种组合的平均水平照度和色温。

色温的变化有显著影响的综合主观评价的受试者,受试者的综合评价得分是暖光条件下比在寒冷的光。然而,媒介照度的条件下,综合评价得分的中性光比温暖的光。这表明城市公园步行空间的色温设置在中性暖色导致更好的主观光安慰。

平均水平照度的变化有显著影响受试者的生理疲劳,受试者的生理疲劳水平在中照度条件明显好于在低和高照度的条件。结果表明,使用适当的照度条件有效地保持在城市公园游客疲劳水平相对较好水平。

基于主观和客观两方面的综合分析,光的色温范围的舒适区在城市公园步行空间(3126 K, 4498 K),和平均水平照度范围(4.08 lx, 6.99 lx)。当照明在这一参数范围内,它有助于给游客更好的光线舒适的感觉,可以为设计提供有价值的参考和室外光环境的优化。

数据可用性

的数据支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。

的利益冲突

作者声明没有潜在的利益冲突的研究,本文的作者,和/或出版。