Misurazione del comportamento di commutazione della luce mediante un occupancy e Light Data Logger

Riepilogo

In questo articolo viene descritta una procedura per l'utilizzo e la distribuzione di un logger di occupazione e di dati leggeri che consente di raccogliere dati sul comportamento di commutazione della luce dei partecipanti nelle impostazioni del campo.

Abstract

A causa delle discrepanze tra il comportamento pro-ambientale auto-segnalato e osservato, i ricercatori suggeriscono l'uso di misure di comportamento più dirette. Anche se l'osservazione comportamentale diretta può aumentare la validità esterna e la generalizzabilità di uno studio, può richiedere molto tempo ed essere soggetta a sperimentatore o pregiudizio osservatore. Per affrontare questi problemi, l'uso di data logger come alternativa all'osservazione naturale può consentire ai ricercatori di condurre studi ampi senza interrompere i comportamenti naturali dei partecipanti. In questo articolo viene descritto uno di questi strumenti, ovvero il logger di occupazione e di dati leggeri, con la descrizione tecnica, il protocollo di distribuzione e le informazioni sulle possibili applicazioni negli esperimenti psicologici. I risultati della verifica dell'affidabilità del logger rispetto all'osservazione umana sono forniti insieme a un esempio dei dati raccolti durante una misurazione di 15 giorni in bagno pubblico (N - 1.148) che include: 1) cambiamenti di occupazione delle camere; 2) cambia la luce interna; e 3) tempo di occupazione della camera.

Introduzione

Una delle misure più comunemente utilizzate di comportamento pro-ambientale in psicologia sono gli auto-report sotto forma di indagini, interviste o questionari¹. Tra le ragioni indicate per questa tendenza c'è semplicemente la difficoltà di condurre esperimenti sul campo, che di solito richiedono una discreta quantità di risorse e una precisa operativizzazione^2,3. Tuttavia, il compromesso è valsa la pena in quanto è ben consolidato che fare affidamento su misure di auto-segnalazione può essere fuorviante nella previsione del comportamento oggettivo^4,5,6.

Mentre cercano di evitare questo problema, i ricercatori che si concentrano sullo studio del comportamento di conservazione dell'energia utilizzano generalmente dati osservazionali (categorizzazione nominale degli eventi osservati, ad esempio, accensioni/spente) o residui (evidenza quantificabile di un comportamento passato, ad esempio il consumo di energia in kWh) come misurazioni delle variabili dipendenti⁷. Sebbene entrambi i tipi di misurazioni siano preziosi, i dati osservazionali sono più comunemente utilizzati negli esperimenti sul campo^2,3,8, in particolare quando le variabili dipendenti riguardano il comportamento di commutazione della luce.

Prima di ottenere dati osservazionali, i ricercatori dovrebbero considerare diverse questioni metodologiche, che sono: 1) rappresentatività del campione; 2) il numero di osservatori al fine di escludere eventuali errori umani; 3) accordo tra osservatori al fine di escludere la distorsione degli sperimentatori; 4) posizione dell'osservatore, che dovrebbe essere nascosta al fine di ridurre la possibilità di essere individuati dai partecipanti; 5) codifica di osservazione chiaramente e specificamente definita; 6) pretest delle misure di osservazione; 7) formazione degli osservatori; e 8) stabilire tempi sistematici di osservazione⁹. Anche se la maggior parte dei problemi menzionati sono già stati affrontati, ad esempio quelli che riguardano l'analisi dell'affidabilità¹⁰ o la codifica dei dati osservazionali^11,sembra che non tutti ricevano molta attenzione negli articoli che descrivono gli esperimenti sul comportamento di commutazione della luce.

Un'analisi di quattro studi^12,13,14,15 che sono stati scelti per la loro somiglianza in contesto sperimentale (tutti riguardavano il comportamento di commutazione della luce nei bagni pubblici /servizi igienici) ha mostrato che anche se i dettagli di localizzazione in ciascuno degli studi erano precisi, i dettagli di misurazione dell'osservazione variavano. Poiché ogni studio utilizzava l'osservazione naturalistica, raccogliere informazioni sul comportamento dei partecipanti che erano l'opposto sesso degli osservatori non era sempre possibile¹⁴ a causa di possibili interferenze o violazioni delle norme sociali (ad esempio, se uno sperimentatore maschio dovesse entrare in un bagno di donne o viceversa). In alcuni casi, i dati precisi dei sessi dei partecipanti non sono stati forniti¹⁵. Questo sembra essere una limitazione quando si tiene conto che il genere può essere un fattore importante nella previsione del comportamento pro-ambientale¹⁶.

Le differenze maggiori, tuttavia, sono emerse nella descrizione degli osservatori e dei tempi di misurazione. Anche se queste descrizioni saranno naturalmente diverse in base alla posizione sperimentale, il numero preciso di osservatori non è sempre stato fornito¹⁴. Inoltre, l'esatta posizione degli osservatori non era esplicita^12,14,15 il che rende difficile condurre possibili repliche e garantire che i partecipanti non siano a conoscenza di essere osservati. In quattro articoli analizzati, solo uno ha fornito una descrizione dettagliata della posizione dell'osservatore¹³.

Inoltre, i tempi esatti degli intervalli di osservazione sono stati forniti solo da uno studio^12, mentre altri studi hanno descritto i tempi di studio complessivi (con una descrizione generale di quante volte in ogni giorno di studio l'osservazione ha avuto luogo)^13,15 o non lo descrivono affatto¹⁴. Ciò può ancora una volta impedire la replicazione e l'stabilire se la tempistica di osservazione sia stata sistematica e sufficiente ai fini dello studio.

I limiti di questi esperimenti sono presentati come linee guida e punti importanti che dovrebbero essere presi in considerazione nella ricerca futura. In nessun caso si intendeva minare l'importanza di questi studi. Le aree indicate dovrebbero essere prese in considerazione per massimizzare l'operativizzazione dello studio al fine di facilitare le repliche, che svolgono un ruolo importante nella psicologia^17,18, e semplificare la conduzione degli esperimenti sul campo. Tuttavia, è discutibile se tutte le questioni menzionate possano essere affrontate migliorando i metodi di osservazione che in ultima analisi si basano su osservatori umani.

Per questi motivi, l'occupazione e logger di dati leggeri (vedi Tabella dei materiali) è uno strumento prezioso che può essere efficacemente utilizzato per raccogliere informazioni su un particolare tipo di comportamenti di risparmio energetico, la commutazione della luce, senza le limitazioni dell'utilizzo di osservatori o restrizioni etiche (il logger non raccoglie i dati audiovisivi). Nel complesso, lo scopo di questo articolo è quello di presentare la descrizione tecnica e le possibilità di un modello di occupazione e logger di dati leggeri. Per quanto riguarda la conoscenza degli autori, questo è il primo tentativo di presentare questo strumento a fondo nel contesto del suo uso negli esperimenti sul campo in psicologia.

Descrizione tecnica dei logger
Il modello di logger di dati di occupazione/luce (vedi Tabella dei materiali)utilizzato per questo articolo è stato dotato di una capacità di memoria standard di 128 kB. Il logger pesa 30 g e la sua dimensione è di 3,66 cm - 8,48 cm - 2,36 cm. Dettagli aggiuntivi e il manuale del prodotto possono essere trovati sul sito web del produttore¹⁹.

I pulsanti di controllo, il sensore di luce e il vassoio della batteria si trovano sul pannello superiore. Il pannello anteriore è costituito dal sensore di occupazione e da uno schermo LCD, mentre il pannello posteriore è dotato di magneti e loop di montaggio (Figura 1). La porta USB 2.0 si trova sul pannello inferiore, per consentire la connessione del logger al computer con un cavo USB al fine di abilitare la configurazione prima della distribuzione e successivamente ottenere letture utilizzando il pacchetto software di analisi dedicato a questo registratore di dati.

La soglia del sensore di luce integrato (fotocellula) è superiore a 65 lx, che funziona con diversi tipi di luce (LED, CFL, fluorescente, HID, incandescente, naturale) che si possono trovare nella maggior parte degli spazi pubblici. Nel complesso, il logger interpreta i cambiamenti di stato della luce (ON/OFF) a seconda della forza del segnale luminoso, più precisamente, se scende al di sotto o sale al di sopra dei livelli della soglia di calibrazione. Va anche notato che il sensore è fissato da falsi rilevamenti di stati ON e OFF da un livello di isteresi incorporato di circa il 12,5%¹⁹.

Un sensore di movimento determina se la stanza è occupata o non occupata. Con l'uso di un sensore a infrarossi piroelettrico (PIR), rileva il movimento delle persone dalla loro temperatura corporea (che differisce dalla temperatura dell'ambiente circostante). L'intervallo di rilevamento del logger discusso ha un massimo di 5 m e la versione estesa del logger ha un intervallo di 12 m. Le prestazioni di rilevamento orizzontale funzionano fino a 94 gradi e verticale fino a 82 gradi .

Il modello descritto di logger di occupazione/luce è stato convalidato insieme ai sensori open Source Building Science e sembra fornire una misurazione affidabile dell'intensità della luce e della frequenza di occupazione²¹. Inoltre, questi modelli di logger sono stati dimostrati utili nella ricerca sull'ambiente integrato, proprio nelle applicazioni di illuminazione^22,23,24.

Protocollo

Lo studio è stato approvato dal comitato etico della SWPS University of Social Science and Humanities di Varsavia (numero 46/2016).

1. Scelta di un sito sperimentale per la distribuzione del logger

1. Scegliere un sito sperimentale interno che consenta di montare il logger in prossimità della sorgente luminosa (per un adeguato rilevamento dei cambiamenti di luce) nonché di raccogliere i dati sul comportamento relativo allo stato di occupazione della stanza (per un adeguato rilevamento del movimento) di singoli partecipanti (cioè uno alla volta).
2. Stabilire l'uso previsto della stanza e dei suoi utenti designati (maschi, femmine o co-ed).
   NOTA: Un esempio di un sito sperimentale potrebbe essere un bagno pubblico a singola stalla a causa del fatto che questo tipo di camera è spesso e individualmente visitato dai suoi utenti. Inoltre, nella maggior parte dei casi, è possibile specificare se la stanza è visitata da maschi o femmine, in base alla sua designazione.
3. Visitare un sito scelto e prendere nota del tipo / numero di sorgenti luminose funzionanti insieme ai loro interruttori di luce. Controllare se più sorgenti luminose sono controllate da uno o più interruttori di luce.
4. Verificare le possibilità di montaggio del logger accanto alla sorgente luminosa. Assicurarsi che il luogo di montaggio del logger non sia in prossimità di alcun tipo di fonti di riscaldamento (ad esempio, riscaldatori, finestre o specchi) per garantire che venga registrato solo il calore corporeo degli utenti della stanza.
5. Acquisire tutte le autorizzazioni scritte necessarie dal proprietario del sito per l'installazione del logger e l'esecuzione dell'esperimento. Fornire al proprietario del sito i dettagli dell'esperimento, il tipo di logger e la sua applicazione in forma scritta.

2. Configurazione del logger prima della distribuzione

1. Scaricare e installare il software dedicato (vedere Tabella dei materiali)disponibile per le piattaforme Windows/Mac per l'avvio, la lettura e la tracciatura dei dati dai data logger.
   NOTA: Una descrizione dettagliata con i requisiti di sistema di base e il manuale del software sono disponibili sul sito Web del produttore (vedere Tabella dei materiali).
2. Collegare il logger tramite cavo USB al computer (collegare l'estremità più grande del cavo dell'interfaccia USB a una porta USB del computer e l'estremità più piccola del cavo di interfaccia USB nella porta sul dispositivo).
3. Avviare il software.
4. Fare clic sull'icona Avvia sulla barra degli strumenti (o selezionare il comando Avvia dal menu del dispositivo) che apre la finestra di configurazione dei logger.
   NOTA: questa opzione non sarà disponibile quando il logger non è connesso al computer. La finestra Launch Logger è suddivisa nelle tre sezioni seguenti: 1) Logger Informazioni che presentano il modello, il numero di serie, il numero di distribuzione e il livello di batteria corrente del logger selezionato; 2) elenco dei sensori disponibili per il logger; e 3) configurazione di distribuzione. Da questa interfaccia, è possibile impostare funzionalità specifiche che configureranno il logger prima della distribuzione, come quelle menzionate in precedenza: configurazione del sensore, configurazione dei filtri di visualizzazione dati, registrazione di avvio/arresto e visualizzazione dello schermo LCD.
5. Immettere un nome per il lancio che verrà utilizzato come nome file predefinito durante la lettura e il salvataggio dei dati registrati dal logger.
6. Selezionare il sensore di luce. Impostare la misurazione su Log State dall'elenco a discesa e scegliere la descrizione dello stato off/on dall'elenco a discesa.
7. Selezionare il sensore Occupazione. Impostare la misurazione per registrare lo stato dall'elenco a discesa e scegliere la descrizione dello stato non occupata/occupata dall'elenco a discesa.
   NOTA: i canali di occupazione e di sensori luminosi possono essere configurati per registrare le modifiche di stato o di runtime. Nell'impostazione di modifica dello stato, il lavoro del logger dipende dall'evento. Mentre si controlla ogni secondo per una modifica di stato, il logger registrerà solo un valore con timestamp (la durata di un evento, la data e l'ora) quando si verifica la modifica dello stato. D'altra parte, nell'impostazione di configurazione del runtime, il logger controlla e registra lo stato del sensore una volta al secondo.
8. Fare clic sul pulsante Filtri per abilitare il calcolo automatico di valori aggiuntivi (ad esempio, massimo, minimo, medio o totale).
   NOTA: il passaggio 2.8 è facoltativo e serve per filtrare i dati per ogni serie durante la lettura dei logger.
   1. Selezionare il tipo di sensore scelto. Selezionare il tipo di filtro e l'intervallo da utilizzare.
   2. Modificare il nome e fare clic su Crea nuova serie. Fare clic su Fine.
9. Fare clic sul pulsante Avanzate per accedere alle proprietà del sensore.
   1. Selezionare il sensore di luce. Selezionare Imposta alla massima sensibilità per la calibrazione e fare clic sul pulsante Salva.
      NOTA: Per impostazione predefinita, il sensore di luce può essere auto-calibrato nella posizione in cui il logger verrà distribuito utilizzando il pulsante di controllo situato sul pannello superiore. Premendo semplicemente il pulsante di calibrazione, mentre sul sito di distribuzione, lo schermo LCD dei logger visualizzerà la potenza del segnale della luce monitorata (utilizzare questa opzione quando i livelli di luce nel sito sperimentale sono sconosciuti prima della distribuzione). La sensibilità dei sensori può essere regolata anche tramite l'opzione "Imposta su sensibilità massima/minima" - se i livelli di luce al posto di distribuzione sono noti in anticipo. Queste forme di calibrazione garantiscono una lettura accurata dei cambiamenti di luce tra gli stati ON e OFF.
   2. Selezionare il sensore Occupazione. Selezionare un valore di timeout preimpostato (ad esempio, 10 s; 30 s; 1 min; 2 min; 5 min) oppure selezionare Personalizzato e immettere un valore in minuti e secondi, se necessario. Fare clic sul pulsante Salva.
      NOTA: il valore di timeout specifica il periodo di inattività necessario al sensore per considerare l'area non occupata. Per impostazione predefinita, questo attributo è impostato su 1 min.
10. Selezionare quando avviare il logger, a seconda del piano sperimentale: 1) immediatamente; 2) a intervalli (disponibili durante il tempo di esecuzione della registrazione); 3) in una data/ora specificata; o 4) utilizzando manualmente il pulsante di avvio.
11. Selezionare quando il logger deve interrompere la registrazione: 1) quando la memoria si riempie; 2) fermarsi a una data/ora specificata; 3) interrompere manualmente o 4) non si ferma mai, con conseguente sovrascrittura dei dati più recenti.
12. Fare clic sul pulsante Start al termine della configurazione. Scollegare il logger dal computer.

3. Distribuzione del logger nelle impostazioni del campo

1. Visita il sito sperimentale prima del momento in cui il logger inizierà a registrare i dati.
2. Equipaggiare il logger con un tubo di luce in fibra ottica aggiuntivo (vedi Tabella dei materiali)collegandolo alla parte posteriore del logger, al fine di filtrare qualsiasi luce ambientale (proveniente da finestre o riflessi specchio) e garantire le letture più accurate.
   NOTA: Il tubo luminoso è lungo 30,48 cm e può essere piegato per ottenere l'accesso ad aree difficili da raggiungere, che possono essere utili anche per nascondere il logger alla vista di qualsiasi utente della stanza.
3. Montare il logger con il tubo luminoso accanto alla sorgente luminosa designata con l'uso di: 1) quattro magneti incorporati sul retro del logger che possono collegarlo ad una superficie magnetica; 2) striscia adesiva che può essere attaccata alla parte posteriore del logger per montarlo su pareti o altre superfici piane; 3) qualsiasi nastro a doppio lato per attaccare il logger ad una superficie; o 4) il cinturino hook-and-loop che può essere utilizzato attraverso gli anelli di montaggio su entrambi i lati del logger per montarlo su una superficie curva.
   NOTA: la scelta del metodo di montaggio dipende dal tipo di superficie su cui verrà montato il logger.
4. Lasciare il sito sperimentale per il tempo di registrazione dei dati impostato o pianificato.
5. Dopo aver terminato la registrazione, rivisitare il sito sperimentale e rimuovere il logger ai fini della lettura dei dati.

4. Lettura dei dati

1. Collegare il logger tramite cavo USB al computer e avviare il pacchetto software di analisi dedicato al data logger (vedere Tabella dei materiali).
2. Fare clic sul pulsante Dispositivo di lettura dal pannello di controllo o selezionare Lettura dal menu del dispositivo, che consentirà al logger di scaricare i dati raccolti.
3. Scegliere un percorso e un nome file oppure accettare il percorso e il nome di default per salvare i dati. Fare clic su Salva e selezionare i sensori e/o gli eventi da visualizzare in un grafico, quindi fare clic su Stampa.
4. Selezionare la serie da visualizzare sui dati della tabella e sul grafico. Fare clic sul pulsante Tutto o Nessuno per selezionare o deselezionare tutte le serie oppure fare clic sulle caselle di controllo per selezionare o deselezionare singole serie.
   NOTA: i dati della tabella vengono presentati numericamente utilizzando i filtri aggiunti impostati prima della distribuzione. Ogni colonna corrisponde al tipo di dati raccolti. Ad esempio, la colonna denominata "luce" presenta le occorrenze della commutazione della luce, mentre la colonna denominata "occupazione" presenta le informazioni sulla presenza di movimento nel campo in cui è stato distribuito il logger. In ogni colonna, i cambiamenti di stato sono presentati dicotomiatamente (il numero "0" rappresenta lo stato di luce di off nella colonna "luce" e una mancanza di movimento nella colonna "occupazione").
5. Selezionare Esporta dati tabella dal pannello di controllo. Scegliere la cartella di destinazione per l'esportazione.
   NOTA: è possibile eseguire una lettura dei dati ed esportarli in testo, valori delimitati da virgole o file di fogli di calcolo. Sono disponibili anche altre opzioni, come il grafico dei dati; tuttavia, a causa del fatto che la maggior parte dei ricercatori lavora sui dati esportati e utilizza pacchetti statistici, abbiamo deciso di presentare la lettura dei dati più basilare. Per ulteriori informazioni fare riferimento al manuale¹⁹dei logger.

Risultati

Test di affidabilità dei logger rispetto all'osservazione umana
Al fine di testare l'affidabilità del logger rispetto all'osservazione umana, è stato condotto un test di campo di 4 or in un bagno maschile a singola bancarella situato nel campus universitario. Due osservatori maschi hanno aspettato fuori dal bagno (circa 5 metri dalla porta d'ingresso) e hanno registrato in modo indipendente il comportamento dei visitatori in termini di tassi di occupazione/tempi e commutazione della luce (luci lasc...

Discussione

Quando si pianifica di utilizzare più di un sito (per la distribuzione del logger) contemporaneamente, è necessario assicurarsi che ogni sito abbia un layout architettonico identico per escludere la possibilità di verificarsi modelli comportamentali diversi dai partecipanti (ad esempio, derivanti da tempi di occupazione e possibilità di commutazione della luce). Un sito adatto deve essere dotato di una o più sorgenti luminose con un solo interruttore della luce corrispondente, visibile all'occupante. Se non altro, s...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
HOBO Occupancy/Light (5m Range) Data Logger	ONSET	UX90-005	As advertised by Onset - The HOBO UX90-005 Room Occupancy/Light Data Logger is available in a standard 128 KB memory model (UX90-005) capable of 84,650 measurements and an expanded 512KB memory version (UX90-005M) capable of over 346,795 measurements. For details and other products visit: https://www.onsetcomp.com/products/data-loggers/ux90-005
HOBO Light Pipe	ONSET	UX90-LIGHT-PIPE-1	An optional fiber optic attachment or light pipe that eliminates effects of ambient light to ensure the most accurate readings. For details visit: https://www.onsetcomp.com/support/manuals/17522-using-ux90-light-pipe-1
HOBOware	ONSET	-	Setup, graphing and analysis software for Windows and Mac. There are two versions of HOBOware: HOBOware (available for free) and HOBOware Pro (paid version which allows for additional analysis with different loggers). Each of them are dedicated to HOBO loggers. For details visit: https://www.onsetcomp.com/products/software/hoboware