Pomiar przełączania światła za pomocą rejestratora danych o obecności i oświetleniu

Podsumowanie

Ten artykuł opisuje procedurę korzystania i wdrażania rejestratora zajętości i światła, który pozwala na zbieranie danych o zachowaniu uczestników w zakresie przełączania światła w terenie.

Streszczenie

Ze względu na rozbieżności między zgłaszanymi przez siebie a obserwowanymi zachowaniami prośrodowiskowymi, badacze sugerują użycie bardziej bezpośrednich miar zachowania. Chociaż bezpośrednia obserwacja behawioralna może zwiększyć zewnętrzną trafność i możliwość uogólnienia badania, może być czasochłonna i podlegać stronniczości eksperymentatora lub obserwatora. Aby rozwiązać te problemy, zastosowanie rejestratorów danych jako alternatywy dla naturalnej obserwacji może pozwolić naukowcom na przeprowadzenie szeroko zakrojonych badań bez przerywania naturalnie występujących zachowań uczestników. W tym artykule opisano jedno z takich narzędzi – rejestrator danych o zajętości i świetle – wraz z jego opisem technicznym, protokołem wdrożenia i informacjami o jego możliwych zastosowaniach w eksperymentach psychologicznych. Wyniki testów niezawodności rejestratora w porównaniu z obserwacją prowadzoną przez człowieka przedstawiono wraz z przykładem danych zebranych podczas 15-dniowego pomiaru w publicznej toalecie (N = 1 148), który obejmuje: 1) zmiany obłożenia pomieszczeń; 2) zmiany oświetlenia w pomieszczeniach; oraz 3) czas zajmowania pokoju.

Wprowadzenie

Jednym z najczęściej używanych mierników zachowań prośrodowiskowych w psychologii są samoopisy w formie ankiet, wywiadów lub kwestionariuszy¹. Wśród przyczyn tego trendu wskazuje się po prostu na trudność w przeprowadzaniu eksperymentów terenowych, które zwykle wymagają sporej ilości zasobów i precyzyjnej operacjonalizacji^2,3. Jednak ten kompromis jest wart wysiłku, ponieważ dobrze wiadomo, że poleganie na miarach samoopisu może być mylące w przewidywaniu obiektywnego zachowania^4,5,6.

Próbując uniknąć tego problemu, badacze, którzy skupiają się na badaniu zachowań związanych z oszczędzaniem energii, zazwyczaj używają danych obserwacyjnych (nominalna kategoryzacja obserwowanych zdarzeń, np. włączanie/wyłączanie świateł) lub szczątkowych (wymierne dowody przeszłego zachowania, np. zużycie energii w kWh) jako pomiarów zmiennych zależnych⁷. Chociaż oba typy pomiarów są cenne, dane obserwacyjne są najczęściej wykorzystywane w eksperymentach terenowych^2,3,8, szczególnie gdy ich zmienne zależne dotyczą zachowania przełączania światła.

Przed uzyskaniem danych obserwacyjnych, badacze powinni rozważyć kilka kwestii metodologicznych, którymi są: 1) reprezentatywność próby; 2) liczbę obserwatorów w celu wykluczenia ewentualnych błędów ludzkich; 3) zgodność między obserwatorami w celu wykluczenia stronniczości eksperymentatora; 4) lokalizację obserwatora, która powinna być ukryta w celu zmniejszenia możliwości bycia zauważonym przez uczestników; 5) jasno i precyzyjnie określone kodowanie obserwacji; 6) test wstępny środków obserwacyjnych; 7) szkolenie obserwatorów; oraz 8) ustalenie systematycznego czasu obserwacji⁹. Mimo że większość z wymienionych zagadnień została już poruszona – na przykład te, które dotyczą analizy niezawodności¹⁰ lub kodowania danych obserwacyjnych¹¹ – wydaje się, że nie wszystkim poświęca się wiele uwagi w artykułach opisujących eksperymenty nad zachowaniem przełączania światła.

Analiza czterech badań^12,13,14,15, które zostały wybrane ze względu na ich podobieństwo w kontekście eksperymentalnym (wszystkie dotyczyły zachowania polegającego na przełączaniu światła w publicznych łazienkach/toaletach) wykazały, że nawet jeśli szczegóły lokalizacji w każdym z badań były precyzyjne, szczegóły pomiaru obserwacji różniły się. Ponieważ każde badanie wykorzystywało obserwację naturalistyczną, zebranie informacji o zachowaniu uczestników, którzy byli płci przeciwnej do obserwatorów, nie zawsze było możliwe¹⁴ ze względu na możliwą ingerencję lub naruszenie norm społecznych (np. jeśli eksperymentator płci męskiej miałby wejść do damskiej toalety lub odwrotnie). W niektórych przypadkach nie podano dokładnych danych dotyczących płci uczestników¹⁵. Wydaje się, że jest to ograniczenie, jeśli weźmie się pod uwagę, że płeć może być ważnym czynnikiem w przewidywaniu zachowań proekologicznych¹⁶.

Największe różnice pojawiły się jednak w opisie obserwatorów i czasach pomiarów. Mimo że opisy te będą się oczywiście różnić w zależności od lokalizacji eksperymentalnej, dokładna liczba obserwatorów nie zawsze była podawana¹⁴. Co więcej, dokładna lokalizacja obserwatorów nie była jawna^12,14,15, co utrudnia przeprowadzenie ewentualnych replikacji i upewnienie się, że uczestnicy nie są świadomi, że są obserwowani. Z czterech analizowanych artykułów tylko jeden zawierał szczegółowy opis lokalizacji obserwatora¹³.

Ponadto, dokładne czasy interwałów obserwacji zostały podane tylko przez jedno badanie¹², podczas gdy inne badania albo opisywały ogólny czas nauki (z ogólnym opisem, ile razy w każdym dniu badania obserwacja miała miejsce)^13,15 lub w ogóle tego nie opisywały¹⁴. Może to ponownie utrudnić replikację i ustalenie, czy czas obserwacji był systematyczny i wystarczający do osiągnięcia celów badania.

Ograniczenia tych eksperymentów są przedstawione jako wytyczne i ważne punkty, które powinny być brane pod uwagę w przyszłych badaniach. W żadnym wypadku nie miało to na celu podważenia znaczenia tych badań. Wskazane obszary powinny być brane pod uwagę w celu maksymalizacji operacjonalizacji badania w celu ułatwienia replikacji, które odgrywają ważną rolę w psychologii^17,18, oraz uproszczenia przeprowadzania eksperymentów terenowych. Wątpliwe jest jednak, czy wszystkie wymienione problemy można rozwiązać poprzez ulepszenie metod obserwacji, które ostatecznie opierają się na ludzkich obserwatorach.

Z tych powodów, rejestrator danych o zajętości i świetle (patrz Tabela materiałów) jest cennym narzędziem, które może być efektywnie wykorzystane do zbierania informacji o konkretnym typie zachowań związanych z oszczędzaniem energii, przełączaniem światła, bez ograniczeń związanych z korzystaniem z obserwatorów lub ograniczeń etycznych (rejestrator nie zbiera danych audiowizualnych). Ogólnie rzecz biorąc, celem niniejszego artykułu jest przedstawienie opisu technicznego i możliwości jednego modelu rejestratora zajętości i światła. Według wiedzy autorów jest to pierwsza próba kompleksowego przedstawienia tego narzędzia w kontekście jego wykorzystania w eksperymentach terenowych w psychologii.

Opis techniczny rejestratorów
Model rejestratora zajętości/światła (patrz tabela materiałów), który został wykorzystany w tym artykule, został wyposażony w pamięć o standardowej pojemności 128 kB. Rejestrator waży 30 g, a jego wymiary to 3,66 cm × 8,48 cm × 2,36 cm. Dodatkowe informacje oraz instrukcję obsługi produktu można znaleźć na stronie producenta¹⁹.

Przyciski sterujące, czujnik światła i taca baterii znajdują się na górnym panelu. Panel przedni składa się z czujnika obecności i ekranu LCD, natomiast panel tylny jest wyposażony w magnesy i pętle montażowe (Rysunek 1). Port USB 2.0 znajduje się na dolnym panelu, aby umożliwić podłączenie rejestratora do komputera za pomocą USB w celu umożliwienia konfiguracji przed wdrożeniem i późniejszego uzyskania odczytów za pomocą pakietu oprogramowania analitycznego dedykowanego dla tego rejestratora.

Próg zintegrowanego czujnika światła (fotokomórki) jest większy niż 65 luksów, co działa z różnymi typami światła (LED, CFL, fluorescencyjne, HID, żarowe, naturalne), które można znaleźć w większości miejsc publicznych. Ogólnie rzecz biorąc, rejestrator interpretuje zmiany stanu światła (ON/OFF) w zależności od siły sygnału świetlnego, a dokładniej, czy spada on poniżej, czy wzrasta powyżej poziomu progu kalibracji. Należy również zauważyć, że czujnik jest zabezpieczony przed fałszywym wykrywaniem stanów ON i OFF przez wbudowany poziom histerezy około ±12,5%¹⁹.

Czujnik ruchu określa, czy pomieszczenie jest zajęte, czy nie. Za pomocą piroelektrycznego czujnika podczerwieni (PIR) wykrywa ruch ludzi na podstawie temperatury ich ciała (która różni się od temperatury otoczenia). Zasięg detekcji omawianego rejestratora wynosi maksymalnie 5 m, a rozszerzona wersja rejestratora ma zasięg 12 m. Detekcja pozioma działa do 94° (±47°), a pionowa do 82° (±41°).

Opisany model rejestratora danych o zajętościach/świetle został zweryfikowany wraz z Open Source Building Science Sensors i wydaje się dostarczać wiarygodny pomiar natężenia światła i częstotliwości zajętości²¹. Co więcej, te modele rejestratorów okazały się przydatne w badaniach środowiska zbudowanego, a dokładnie w zastosowaniach oświetleniowych^22,23,24.

Protokół

Badanie zostało zatwierdzone przez komisję etyczną Uniwersytetu SWPS Uniwersytetu Humanistycznospołecznego w Warszawie (numer 46/2016).

1. Wybór eksperymentalnego miejsca do wdrożenia rejestratora

1. Wybierz wewnętrzne stanowisko eksperymentalne, które pozwoli na zamontowanie rejestratora w bliskiej odległości od źródła światła (w celu odpowiedniego wykrywania zmian światła), a także na zebranie danych na temat zachowania dotyczącego stanu zajętości pomieszczenia (w celu odpowiedniego wykrywania ruchu) poszczególnych uczestników (tj. pojedynczo).
2. Ustal przeznaczenie pomieszczenia i jego wyznaczonych użytkowników (mężczyzn, kobiet lub koedukacyjnych).
   UWAGA: Przykładem miejsca eksperymentalnego może być publiczna toaleta jednostanowiskowa ze względu na fakt, że ten rodzaj pomieszczenia jest często i indywidualnie odwiedzany przez jego użytkowników. Ponadto w większości przypadków możliwe jest określenie, czy pomieszczenie jest odwiedzane przez mężczyzn czy kobiety, na podstawie jego oznaczenia.
3. Odwiedź wybrane miejsce i zanotuj rodzaj/liczbę działających źródeł światła wraz z ich włącznikami światła. Sprawdź, czy wiele źródeł światła jest sterowanych przez jeden czy wiele włączników światła.
4. Sprawdź możliwości montażu rejestratora przy źródle światła. Upewnij się, że miejsce montażu rejestratora nie znajduje się w pobliżu jakichkolwiek źródeł ciepła (np. grzejników, okien lub luster), aby mieć pewność, że rejestrowane będą tylko ciepło ciała użytkowników pomieszczenia.
5. Uzyskaj wszelkie niezbędne pisemne pozwolenia od właściciela witryny na instalację rejestratora i przeprowadzenie eksperymentu. Przekaż właścicielowi witryny szczegóły eksperymentu, typ rejestratora i jego zastosowanie w formie pisemnej.

2. Konfiguracja rejestratora przed wdrożeniem

1. Pobierz i zainstaluj dedykowane oprogramowanie (patrz Spis materiałów) dostępne dla platform Windows/Mac do uruchamiania, odczytywania i wykreślania danych z rejestratorów danych.
   UWAGA: Dodatkowo szczegółowy opis wraz z podstawowymi wymaganiami systemowymi oraz instrukcję oprogramowania można znaleźć na stronie producenta (patrz Tabela materiałów).
2. Podłącz rejestrator za pomocą USB do komputera (podłącz większą końcówkę interfejsu USB do portu USB w komputerze, a mniejszą końcówkę interfejsu USB do portu w urządzeniu).
3. Uruchom oprogramowanie.
4. Kliknij ikonę Uruchom na pasku narzędzi (lub wybierz polecenie Uruchom z menu urządzenia), która otworzy okno konfiguracji rejestratorów.
   UWAGA: Ta opcja będzie niedostępna, gdy rejestrator nie jest podłączony do komputera. Okno Launch Logger jest podzielone na następujące trzy sekcje: 1) informacje o rejestratorze, które prezentują model, numer seryjny, numer wdrożenia i aktualny poziom naładowania baterii wybranego rejestratora; 2) listę czujników dostępnych dla rejestratora; oraz 3) konfiguracja wdrożenia. Z tego interfejsu można ustawić konkretne funkcje, które skonfigurują rejestrator przed wdrożeniem, takie jak te wcześniej wspomniane: konfiguracja czujnika, konfiguracja filtrów wyświetlania danych, rejestrowanie start/stop oraz wyświetlanie ekranu LCD.
5. Wprowadź nazwę uruchomienia, która będzie używana jako domyślna nazwa pliku podczas odczytu i zapisywania danych zarejestrowanych przez rejestrator.
6. Wybierz czujnik światła. Z listy rozwijanej ustaw pomiar na rejestr stanu, a następnie z listy rozwijanej wybierz opis stanu wyłączony/włączony.
7. Wybierz czujnik zajętości. Z listy rozwijanej ustaw wartość pomiaru na rejestruj stan, a z listy rozwijanej wybierz opis stanu niezajęty/zajęty.
   UWAGA: Kanały czujnika zajętości i światła można skonfigurować tak, aby rejestrować zmiany stanu lub czas działania. Przy ustawieniu zmiany stanu praca rejestratora jest zależna od zdarzenia. Sprawdzając co sekundę zmianę stanu, rejestrator zarejestruje tylko wartość oznaczoną znacznikiem czasu (jak długo trwa zdarzenie, data i godzina), gdy nastąpi zmiana stanu. Z drugiej strony, przy ustawieniach konfiguracji środowiska uruchomieniowego, rejestrator sprawdza i rejestruje stan czujnika raz na sekundę.
8. Kliknij przycisk Filtry, aby włączyć automatyczne obliczanie dodatkowych wartości (np. maksymalnych, minimalnych, średnich lub całkowitych).
   UWAGA: Krok 2.8 jest opcjonalny i służy do filtrowania danych dla każdej serii podczas odczytu rejestratorów.
   1. Wybierz odpowiedni typ czujnika. Wybierz typ filtru i interwał, który ma być używany.
   2. Edytuj nazwę i kliknij przycisk Utwórz nową serię. Kliknij Gotowe.
9. Kliknij przycisk Zaawansowane, aby uzyskać dostęp do właściwości czujnika.
   1. Wybierz czujnik światła. Wybierz opcję Ustaw maksymalną czułość dla kalibracji i kliknij przycisk Zapisz.
      UWAGA: Domyślnie czujnik światła może być automatycznie kalibrowany w miejscu, w którym rejestrator zostanie rozmieszczony, za pomocą przycisku sterującego znajdującego się na górnym panelu. Wystarczy nacisnąć przycisk kalibracji, gdy znajduje się w miejscu rozmieszczenia, ekran LCD rejestratorów wyświetli siłę sygnału monitorowanego światła (użyj tej opcji, gdy poziom światła w miejscu eksperymentalnym jest nieznany przed wdrożeniem). Czułość czujników można również regulować za pomocą opcji "Ustaw na maksymalną/minimalną czułość" - jeśli poziom oświetlenia w miejscu rozmieszczenia jest znany z wyprzedzeniem. Te formy kalibracji zapewniają dokładny odczyt zmian światła między stanami ON i OFF.
   2. Wybierz czujnik zajętości. Wybierz wstępnie ustawioną wartość limitu czasu (np. 10 s; 30 s; 1 min; 2 min; 5 min) lub wybierz opcję Custom (Niestandardowa) i w razie potrzeby wprowadź wartość w minutach i sekundach. Kliknij przycisk Zapisz.
      UWAGA: Wartość limitu czasu określa okres bezczynności wymagany, aby czujnik uznał obszar niezajęty. Domyślnie ten atrybut jest ustawiony na 1 min.
10. Wybierz, kiedy uruchomić rejestrator, w zależności od planu eksperymentalnego: 1) natychmiast; 2) w odstępach czasu (dostępne podczas rejestrowania środowiska uruchomieniowego); 3) w określonym dniu/godzinie; lub 4) ręcznie za pomocą przycisku Start.
11. Wybierz, kiedy rejestrator powinien przestać rejestrować: 1) kiedy pamięć się zapełnia; 2) zatrzymać się w określonym dniu/godzinie; 3) Zatrzymaj ręcznie lub 4) Nigdy nie zatrzymuj — co powoduje zastąpienie najnowszych danych najstarszymi.
12. Kliknij przycisk Start po zakończeniu konfiguracji. Odłącz rejestrator od komputera.

3. Rozmieszczenie rejestratora w ustawieniach polowych

1. Odwiedź witrynę eksperymentalną przed czasem, w którym rejestrator zacznie rejestrować dane.
2. Wyposaż rejestrator w dodatkowy światłowód światłowodowy (patrz Tabela materiałów), podłączając go z tyłu rejestratora, aby odfiltrować wszelkie światło otoczenia (pochodzące z okien lub odbić lustrzanych) i zapewnić najdokładniejsze odczyty.
   UWAGA: Światłowód ma długość 30,48 cm i można go wygiąć, aby uzyskać dostęp do trudno dostępnych miejsc, co może być również przydatne w ukryciu rejestratora przed wzrokiem każdego użytkownika pomieszczenia.
3. Zamontuj rejestrator z światłowodem obok wyznaczonego źródła światła za pomocą: 1) czterech wbudowanych magnesów z tyłu rejestratora, które mogą przymocować go do powierzchni magnetycznej; 2) pasek samoprzylepny, który można przymocować z tyłu rejestratora, aby zamontować go na ścianach lub innych płaskich powierzchniach; 3) dowolna taśma dwustronna do przyklejenia rejestratora do powierzchni; lub 4) pasek na rzep, który może być używany przez pętle montażowe po obu stronach rejestratora, aby zamontować go na zakrzywionej powierzchni.
   UWAGA: Wybór sposobu montażu zależy od rodzaju powierzchni, do której zostanie zamontowany rejestrator.
4. Opuść ośrodek eksperymentalny na czas rejestracji danych, ustawiony lub zaplanowany.
5. Po zakończeniu nagrywania ponownie odwiedź miejsce eksperymentalne i wyjmij rejestrator w celu odczytu danych.

4. Odczyt danych

1. Podłącz rejestrator USB do komputera i uruchom pakiet oprogramowania analitycznego dedykowany dla rejestratora danych (patrz Tabela Materiałów).
2. Kliknij przycisk Odczyt urządzenia na panelu sterowania lub wybierz Odczyt z menu urządzenia, co umożliwi rejestratorowi rozładowanie zebranych danych.
3. Wybierz lokalizację i nazwę pliku lub zaakceptuj domyślną lokalizację i nazwę, aby zapisać dane. Kliknij przycisk Zapisz i wybierz czujniki i/lub zdarzenia do wyświetlenia na wykresie, a następnie kliknij przycisk Drukuj.
4. Wybierz serię, która ma zostać wyświetlona w tabeli i na wykresie. Kliknij przycisk Wszystkie lub brak, aby zaznaczyć lub odznaczyć wszystkie serie, lub kliknij pola wyboru, aby zaznaczyć lub odznaczyć poszczególne serie.
   UWAGA: Dane tabeli są prezentowane numerycznie przy użyciu dodanych filtrów, które zostały ustawione przed wdrożeniem. Każda kolumna odpowiada typowi gromadzonych danych. Na przykład kolumna oznaczona jako "światło" przedstawia przypadki przełączania światła, podczas gdy kolumna oznaczona jako "zajętość" przedstawia informacje o obecności ruchu na polu, na którym zainstalowano rejestrator. W każdej kolumnie zmiany stanu są przedstawione dychotomicznie (liczba "0" oznacza stan światła wyłączonego w kolumnie "światło" i brak ruchu w kolumnie "zajętość").
5. Wybierz opcję Eksportuj dane tabeli z panelu sterowania. Wybierz folder docelowy dla export.
   UWAGA: Możliwe jest wykonanie odczytu danych i wyeksportowanie ich do plików tekstowych, wartości oddzielonych przecinkami lub arkuszy kalkulacyjnych. Dostępne są również inne opcje, takie jak wykres danych; Jednak ze względu na to, że większość badaczy pracuje na wyeksportowanych danych i korzysta z pakietów statystycznych, zdecydowaliśmy się przedstawić najbardziej podstawowy odczyt danych. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z instrukcją rejestratora¹⁹.

Wyniki

Test niezawodności rejestratorów w porównaniu z obserwacją ludzką
W celu przetestowania niezawodności rejestratora w porównaniu z obserwacją ludzką przeprowadzono 4-godzinny test terenowy w męskiej toalecie jednoosobowej znajdującej się na kampusie uniwersyteckim. Dwóch obserwatorów mężczyzn czekało przed toaletą (w odległości około 5 m od drzwi wejściowych) i niezależnie rejestrowało zachowanie odwiedzających pod kątem wskaźników/czasu zajętości oraz przełączania świateł (światła pozostawione włączo...

Dyskusja

Planując korzystanie z więcej niż jednej lokalizacji (do wdrożenia rejestratora) w tym samym czasie, należy upewnić się, że każda lokalizacja ma identyczny układ architektoniczny, aby wykluczyć możliwość wystąpienia różnych wzorców zachowań uczestników (tj. wynikających z czasów zajętości i możliwości przełączania światła). Odpowiednie miejsce powinno być wyposażone w jedno lub więcej źródeł światła z tylko jednym odpowiadającym mu włącznikiem światła, widocznym dla osoby przebywającej w pojeździe. W przeciwnym razie nal...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Rejestrator danych HOBO Occupancy/Light (zasięg 5 m)	ONSET	UX90-005	Zgodnie z reklamą Onset - Rejestrator danych o zajętości / oświetleniu pomieszczeń HOBO UX90-005 jest dostępny w standardowym modelu pamięci 128 KB (UX90-005) zdolnym do 84 650 pomiarów i rozszerzonej wersji pamięci 512 KB (UX90-005M) zdolnej do ponad 346 795 pomiarów. Aby uzyskać szczegółowe informacje i inne produkty, odwiedź: https://www.onsetcomp.com/products/data-loggers/ux90-005
HOBO Light pipe	ONSET	UX90-LIGHT-PIPE-1	Opcjonalna nasadka światłowodowa lub światłowód, który eliminuje wpływ światła otoczenia, aby zapewnić najdokładniejsze odczyty. Aby uzyskać szczegółowe informacje, odwiedź: https://www.onsetcomp.com/support/manuals/17522-using-ux90-light-pipe-1
HOBOware	ONSET-Oprogramowanie		do konfiguracji, tworzenia wykresów i analizy dla systemów Windows i Mac. Istnieją dwie wersje HOBOware: HOBOware (dostępna za darmo) i HOBOware Pro (wersja płatna, która pozwala na dodatkową analizę za pomocą różnych rejestratorów). Każdy z nich dedykowany jest dla loggerów HOBO. Aby uzyskać szczegółowe informacje, odwiedź: https://www.onsetcomp.com/products/software/hoboware