专利名称：：高速公路路段多隧道集合式智能通风控制方法
技术领域：
：本发明涉及一种公路隧道通风系统的控制方法，尤其是高速公路路段上多座隧道通风系统的控制方法。技术背景公路隧道通风系统的控制方法目前主要有固定程序控制、反馈控制。固定程序控制方法不考虑烟雾、一氧化碳浓度及交通量的变化情况，而是按时间区间(如白昼与夜晚，节假日与平时)预先编成程序来控制风机运转，该方法不能适应交通流的变化，主要用于市政公路隧道的通风控制中。反馈式控制法是通过分布在隧道内各点的烟雾透过率传感器和一氧化碳浓度传感器，直接检测行驶车辆排放出的烟雾浓度和C0浓度值，将隧道内当前的污染浓度(VI值和C0值)与控制目标值进行比较，以不超过目标值为原则，经计算处理后，给出控制信号，对风机的运转台数进行控制。我国许多隧道目前较普遍采用这种方式进行通风控制。但由于隧道污染物浓度的变化较大，这种控制方法对风机的控制容易产生波动，即开停频繁，导致其不仅消耗大量的电能，还缩短了风机的使用寿命，同时由于冲企测数据反4贵的时延，难免产生污染物浓度已经超标，风机才增加开启数量；或者车流已经减少，污染浓度很低，仍未减少风机的开启数量，浪费能量；使得通风控制效果(隧道运营环境)不理想。
发明内容本发明的目的就是提供一种高速公路路段多隧道集合式智能通风控制方法，该方法能够提前预测隧道内交通流及烟雾、一氧化碳浓度变化，从而提前控制射流风机的开启数量；控制效果好，同时又减少能量消耗，提高风机的使用寿命。本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是一种高速公路路段多隧道集合式智能通风控制方法，在各隧道内利用车辆检测仪、烟雾浓度/一氧化碳检测仪、风速检测仪分别对各自隧道内的交通流、烟雾和一氧化碳浓度、风速进行检测，根据检测结果由数据处理及控制系统对隧道内的射流风机的开启或关闭状态进行控制，其特征在于所述根据检测结果由数据分析及控制系统对隧道内的射流风机的开启状态进行控制的做法是Al、交通流预测数据处理及控制系统接收本隧道当前控制周期测出的交通流《k,结合本隧道的上一控制周期的交通流《1(卜1)，按照以下公式计算出本隧道下一控制周期的交通流《1(Z+1):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中A,^为《i"力O-i)的权重系数，满足^+/，=1;Bl、污染物浓度预测及控制由数据处理及控制系统根据当前控制周期实测的烟雾和一氧化碳浓度值及交通流gh和风速，以及Al步预测出的下一控制周期本隧道的交通流《1(/+1),得出下一控制周期的烟雾、一氧化碳浓度的预测值，将预测值与烟雾、一氧化碳的控制目标值VIE、COe迸行模糊推理，对射流风机开启数量进行模糊控制；第二、第三及以后隧道A2、交通流预测数据处理及控制系统接收本隧道及前一隧道当前控制周期测出的交通流《m"《(m-l)f,结合本隧道的上一控制周期的交通流《m(/-l)，按照以公式计算出本隧道下一控制周期的交通流《mO+l):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中"附，A附，;^为《(附-i)f，^w,《附(/-i)的权重系数，满足"附十Az+^附=1。B2、污染物浓度预测及控制根据本隧道当前周期实测的风速，烟雾、一氧化碳浓度以及A2步预测出的下一控制周期本隧道的交通流，计算得出下一控制周期本隧道的烟雾、一氧化碳浓度的预测值，将预测值与烟雾、一氧化碳的控制目标值VIE、COE进行模糊推理运算，对射流风机开启数量进行模糊控制。与现有技术相比，本发明的有益效果是第一隧道由数据处理及控制系统根据实测的烟雾和一氧化碳浓度值及交通流和风速，预测得出下一控制周期的交通流、烟雾、一氧化碳浓度的预测值，并进而根据预测值进行模糊推理，对射流风机开启数量进行模糊控制；第二及以后隧道将前一隧道车辆检测仪当前周期实测的交通流数据实时地传给数据处理及控制系统，由该系统采用^^莫糊预测方法对当前隧道的下一控制周期的交通流进行预测。利用了高速公路交通流通过路段上多座隧道车辆依次通过的连续性特点，使得当前隧道的交通流预测的准确性得以明显提高；再以该准确的交通流作为依据进一步得出下一周期当前隧道的烟雾、一氧化石友浓度的预测值。并采用智能模糊推理的方式提前对风机进行开启(关闭)数量进行控制。因此本发明的方法，避免了现有控制方法的控制时延，通风控制效果大大提高，同时也更有效地减少了能量消耗，提高了风机的使用寿命。尤其在第二及以后的隧道中，其预测的值的准确性大大提高，其预测更为准确，通风控制效果更好。上述的第三及以后隧道的交通流预测方法为数据处理及控制系统接收本隧道及前一、前二隧道当前控制周期测出的交通流^W，《(m-l》，《0-2》，结合本隧道的上一控制周期的交通流《m(卜l),按照以公式计算出本隧道下一控制周期的交通流《w(f+1):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中"m、"m、Km分别为前一、前二隧道实测交通流、本隧道实测交通流和本隧道历史交通流的权重系数，需满足"1+"1+Km=l，2)、"m^-l)分别为前二、前一隧道实测交通流的权重系数，满足"附(M-2)+"附(/w-l广l。这样，本发明方法对公路路段上的第三及以后隧道的交通流预测，在考虑了前一隧道交通流影响的基础上，还同时考虑了前二隧道的交通流，其下一周期第三及以后隧道的交通流预测更加准确、可靠。从而控制更准确，更节能。上述的数据处理及控制系统根据当前控制周期实测的烟雾和一氧化碳浓度值及交通流和风速，得出下一控制周期的烟雾、一氧化碳浓度的预测值的具体方法为由本隧道的当前交通流^^计算出污染物的理论排放量，再结合本隧道内当前的风速WS,计算出烟雾及一氧化碳的理论浓度W;、CO;;再由本隧道的下一控制周期交通流的预测值^/^+/)计算出下一控制周期的污染物的理论排放量，并假设本隧道下一控制周期的风速与当前风速ws相同，计算出下一控制周期烟雾及一氧化碳的理论浓度Ww,COw,再由以下公式计算出下一个控制周期烟雾及一氧化碳浓度<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中，k，为当前控制周期实测的污染物浓度烟雾和一氧化碳浓度。以上这种根据交通流预测烟雾浓度及一氧化碳浓度的方法，方法成熟、简单有效，符合z厶路隧道交通污染物扩散的实际情况。上述的对射流风机开启数量进行模糊控制的做法为由预测得到的本隧道下一个控制周期烟雾及一氧化碳浓度W,+/,CO,+;，和当前周期本隧道测得的烟雾及一氧化碳浓度A，cq，计算出下一控制周期烟雾及一氧化碳浓度的预测增量AVI、ACO，将此预测增量AV、ACO及当前周期实测的风速WS,模糊化后作为模糊推理的输入量，根据下表的模糊推理规则，得出射流风机开启增量的模糊量，解模糊后得到后隧道的射流风机的开启增量，实现对射流风机开启数量的控制<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表中模糊语言变量的含义为NB-负大，NM-负中，NS-负小，Z-零，PS-正小，PM-正中，PB-正大；S-小，M-中，BS-中大，BB-大。通过以上模糊控制的方法，使本发明控制模型的建立与运算简单，同时也能对隧道的通风进行适当、有效的控制通过智能模糊控制，可减少风机开停频度，延长风机寿命，并节省电力消耗，也可防止不良车辆行走时引起的波动，获得更加安定的通风效果。下面结合附图及具体实施方式对本发明进行进一步详细的说明。图1是本发明实施例控制方法的多隧道及其中布置的三种检测仪及射流风机的示意图。图中箭头方向为车辆行驶方向。图2是本发明实施例的才莫糊判断控制方法中的烟雾浓度增量AVI的论域及隶属函数图。其中，烟雾浓度VI及其增量AVI的单位为1/m(透光率)。图3是本发明实施例的模糊判断控制方法中的一氧化碳ACO的论域及隶属函数图。其中，一氧化碳浓度CO及其增量AC0的单位为ppm。图4是本发明实施例的模糊判断控制方法中的风速WS的论域及隶属函数图。其中风速WS的单位为m/s。图5是本发明实施例的模糊判断控制方法中的风机增量ANjf的论域及隶属函数图。具体实施方式实施例图1示出，本发明的一种具体实施方式为一种高速公路路段多隧道集合式智能通风控制方法，在各隧道内利用车辆检测仪CT、烟雾浓度/一氧化碳检测仪VI/C0T、风速检测仪WST分别对各自隧道内的交通流、烟雾和一氧化碳浓度、风速进行检测，根据检测结果由数据处理及控制系统对隧道内的射流风机JF的开启或关闭状态进行控制。根据检测结果由数据分析及控制系统对隧道内的射流风机JF的开启状态进行控制的做法是第一隧道Al、交通流预测数据处理及控制系统接收本隧道当前控制周期测出的交通流gi/,结合本隧道的上一控制周期的交通流A(/-1),按照以下公式计算出本隧道下一控制周期的交通流《l(f+l):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中A,r，为《k，l)的权重系数，满足A+K";Bl、污染物浓度预测及控制由数据处理及控制系统才艮据当前控制周期实测的烟雾和一氧化碳浓度值及交通流力,和风速，以及A1步预测出的下一控制周期本隧道的交通流《1(/+1)，得出下一控制周期的烟雾、一氧化碳浓度的预测值，将预测值与烟雾、一氧化碳的控制目标值VIE、COe迸行模糊推理，对射流风机开启数量进行模糊控制；第二隧道A2、交通流预测数据处理及控制系统接收本隧道及前一隧道当前控制周期测出的交通流《2b《k,结合本隧道的上一控制周期的交通流《2(卜1)，按照以公<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>)其中"2,"2，/2为《k《2"《2(卜1)的权重系数，满足"2+02+2=1。B2、污染物浓度预测根据本隧道当前周期实测的风速，烟雾、一氧化碳浓度以及A2步预测出的下一控制周期本隧道的交通流，计算得出下一控制周期本隧道的烟雾、一氧化碳浓度的预测值，将预测值与烟雾、一氧化碳的控制目标值VIE、COE进行模糊推理运算，对射流风机开启数量进行才莫糊控制。本例中第三及以后隧道的交通流预测方法为数据处理及控制系统接收本隧道及前一、前二隧道当前控制周期测出的交通流《附〃《0-1)/，《(附-2),，结合本隧道的上一控制周期的交通流《附0-1)，按照以公式计算出本隧道下一控制周期的交通流《m(f+l):+Aw.fe+,附.《附o-1)式中"m，Aw，;^分别为前一、前二隧道实测交通流、本隧道实测交通流和本隧道历史交通流的权重系数，需满足"1+"1+Km=l;"w(w-2),"m(w-l)分别为前二、前一隧道实测交通流的权重系数，满足2)=1。m=3，4，5……M，分别表示第三、第四、第五……第M个隧道。第三及以后隧道的污染物浓度预测及控制方法，则与第一、第二隧道完全相同，只是其中的下一周期交通流预测值的计算方法采用以上方式而与第一、第二隧道不同。本例交通流预测公式中的权重系数如"w，A，yw，,"wo-2)及"2，"2，n，A，r,，可根据实测的样本数据进行确定，即选取一组权重系数使得公式计算得到的预测值与实测值的误差最小。可通过Powell法、搜索法等最优化方法获4寻。本例中数据处理及控制系统根据当前控制周期实测的烟雾和一氧化碳浓度值及交通流和风速，得出下一控制周期的烟雾、一氧化碳浓度的预测值的具体方法为由本隧道的当前交通流^^计算出污染物的理论排放量，再结合本隧道内当前的风速WS,计算出烟雾及一氧化碳的理论浓度W;、C";再由本隧道的下一控制周期交通流的预测值《m0+7)计算出下一控制周期的污染物的理论排放量，并假设本隧道下一控制周期的风速与当前风速WS相同，计算出下一控制周期烟雾及一氧化碳的理论浓度W二,COw,再由以下公式计算出下一个控制周期烟雾及一氧化碳浓度Ww，09^，式中，，co,,为当前控制周期实测的污染物浓度烟雾和一氧化碳浓度。本例中假定隧道内下一控制周期的风速与当前实测的风速相同。而烟雾和一氧化碳浓度的理论排放量^/;、c"，wj，c"+/，，由交通流数值根据《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)计算得出。本例中对射流风机开启数量进行模糊控制的做法为由预测得到的本隧道下一个控制周期烟雾及一氧化碳浓度Ww,COw,和当前周期本隧道测得的烟雾及一氧化碳浓度w,,CO,，计算出下一控制周期烟雾及一氧化碳浓度的预测增量AVI、ACO，将此预测增量AV、ACO及当前周期实测的风速WS,模糊化后作为模糊推理的输入量，根据下表的模糊推理规则，得出射流风机开启增量ANJF的模糊量，解模糊后得到后隧道的射流风机的开启增量ANJF，实现对射流风机开启数量的控制。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>PMPSPSPSPSPSPSPSPSPSPS，PS，PMPS,PM,PMPBPSPSPSPSPSPMPS，，PMPMPMPMPBPMPBPB表中模糊语言变量的含义为NB-负大，NM-负中，NS-负小，Z-零，PS-正小，PM-正中,PB-正大；S-小,M-中，BS-中大,BB-大。上表共有105个判定规则，如表中第一行、第一列的规则为Rl:IF△VIisPBandWSisBBand△COisPBTHEN△NJFisPB;即当烟雾浓度增量为正大，风速为大，一氧化碳浓度为正大时，风机开启的增量为正大。该模糊推理规则表适合于长度在3000m-6000m的高速公路隧道，对于其它长度范围内的高速隧道通风系统的模糊控制规则可在其基础之上适当修改并经测试实验即可。图2-5分别给出了本例在进行模糊判定并计算风机开启增量ANJF时，烟雾浓度增量AVI,—氧化碳ACO,风速WS,风机增量ANjf的论域及隶属函数图。输入变量烟雾浓度增量AVI,—氧化碳AC0，风速WS的模糊化采用单点模糊化方法由图2—4的论域及隶属函数图得出；输出变量风4几增量ANJF采用重心法由图5论域及隶属函数图进行解模糊。实施例二本例与实施例一基本相同，所不同的仅仅是，第三及以后隧道的交通流的预测方法与第二隧道的预测方法相同。即第二、第三及以后隧道均按以下公式计算《+1)二"附.i)f+Aw.+z附.其中,Aw,为，《附"1)的权重系数，满足am+Pm+Ym=l。m=2,3,4......M,分别表示第二、第三、第四......第M个隧道。也即本例的第三、第四及以后隧道的交通流预测，只考虑其前面一个隧道的影响，而不考虑再前面一个(前二)隧道的影响，其预测计算更筒单，<旦精确度更低。权利要求1、一种高速公路路段多隧道集合式智能通风控制方法，在各隧道内利用车辆检测仪(CT)、烟雾浓度/一氧化碳检测仪(VI/COT)、风速检测仪(WST)分别对各自隧道内的交通流、烟雾和一氧化碳浓度、风速进行检测，根据检测结果由数据处理及控制系统对隧道内的射流风机(JF)的开启或关闭状态进行控制，其特征在于所述根据检测结果由数据分析及控制系统对隧道内的射流风机(JF)的开启状态进行控制的做法是第一隧道A1、交通流预测数据处理及控制系统接收本隧道当前控制周期测出的交通流q1t，结合本隧道的上一控制周期的交通流q1(t-1)，按照以下公式计算出本隧道下一控制周期的交通流q1(t+1)q1(t+1)＝β1·q1t+γ1·q1(t-1)其中β1，γ1为q1t，q1(t-1)的权重系数，满足β1+γ1＝1；B1、污染物浓度预测及控制由数据处理及控制系统根据当前控制周期实测的烟雾和一氧化碳浓度值及交通流q1t和风速，以及A1步预测出的下一控制周期本隧道的交通流q1(t+1)，得出下一控制周期的烟雾、一氧化碳浓度的预测值，将预测值与烟雾、一氧化碳的控制目标值VIE、COE进行模糊推理，对射流风机开启数量进行模糊控制；第二、第三及以后隧道A2、交通流预测数据处理及控制系统接收本隧道及前一隧道当前控制周期测出的交通流qmt，q(m-1)t，结合本隧道的上一控制周期的交通流qm(t-1)，按照以公式计算出本隧道下一控制周期的交通流qm(t+1)qm(t+1)＝αm·q(m-1)t+βm·qmt+γm·qm(t-1)其中αm，βm，γm为q(m-1)t，qmt，qm(t-1)的权重系数，满足αm+βm+γm＝1；B2、污染物浓度预测及控制根据本隧道当前周期实测的风速，烟雾、一氧化碳浓度以及A2步预测出的下一控制周期本隧道的交通流，计算得出下一控制周期本隧道的烟雾、一氧化碳浓度的预测值，将预测值与烟雾、一氧化碳的控制目标值VIE、COE进行模糊推理运算，对射流风机(JF)开启数量进行模糊控制。2、根据权利要求1所述的一种高速公路路段多隧道集合式智能通风控制方法，其特征在于，所述第三及以后隧道的交通流预测方法为数据处理及控制系统接收本隧道及前一、前二隧道当前控制周期测出的交通流《mf,《(m-1)"《(w-2)f,结合本隧道的上一控制周期的交通流《m(f-l),按照以公式计算出本隧道下一控制周期的交通流《mG+l):="m'("m(m-!2)《(w-2》+l)^(m—1)》+An《wf+/附.《m(")式中"m、^m、Km分别为前一、前二隧道实测交通流、本隧道实测交通流和本隧道历史交通流的权重系H需满足"111+/^1+Km=l,2)、"m(;n-l)分别为前二、前一隧道实测交通流的权重系数，满足"一附—2)+"w(w-i)=lo3、根据权利要求1或2所述的一种高速公路路段多隧道集合式智能通风控制方法，其特征在于，所述的数据处理及控制系统根据当前控制周期实测的烟雾和一氧化碳浓度值及交通流和风速，得出下一控制周期的烟雾、一氧化碳浓度的预测值的具体方法为由本隧道的当前交通流^^计算出污染物的理论排放量，再结合本隧道内当前的风速WS,计算出烟雾及一氧化碳的理论浓度W;、再由本隧道的下一控制周期交通流的预测值《m(&7)计算出下一控制周期的污染物的理论排放量，并假设本隧道下一控制周期的风速与当前风速WS相同，计算出下一控制周期烟雾及一氧化碳的理论浓度W^，C"+;，再由以下公式计算出下一个控制周期烟雾及一氧化碳浓度Ww，COw:式中，^,CQ，为当前控制周期实测的污染物浓度烟雾和一氧化碳浓度。4、根据权利要求1所述的一种高速公路路段多隧道集合式智能通风控制方法，其特征在于，所述的对射流风机开启数量进行模糊控制的做法为由预测得到的本隧道下一个控制周期烟雾及一氧化碳浓度w^,co,w，和当前周期本隧道测得的烟雾及一氧化碳浓度A,co,,计算出下一控制周期烟雾及一氧化碳浓度的预测增量AVI、ACO，将此预测增量AV、ACO及当前周期实测的风速WS，模糊化后作为模糊推理的输入量，根据下表的模糊推理规则，得出射流风机开启增量的模糊量，解模糊后得到后隧道的射流风机的开启增量，实现对射流风机开启数量的控制<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>表中模糊语言变量的舍义为NB-负大，NM-负中，NS-负小，Z-零，PS-正小，PM-正中，PB-正大；S-小，M-中，BS-中大，BB-大。全文摘要一种高速公路路段多隧道集合式智能通风控制方法，利用高速公路交通流依次通过路段上多座隧道时的连续性特点，先行隧道根据实测的交通流、污染物浓度数据，预测出下一控制周期的交通流数据及污染物浓度；后行隧道根据先行隧道当前控制周期的交通流及本隧道实测的交通流、污染物浓度，对后行隧道下一控制周期的交通流、污染物浓度进行预测；各隧道再根据污染物预测值采用智能模糊推理的方式，对风机的开启数量进行控制。该方法能够更精确地提前预测隧道内交通流及烟雾、一氧化碳浓度变化，从而提前控制射流风机的开启数量；通风控制效果好，同时又减少能量消耗，提高风机的使用寿命。文档编号E21F1/00GK101235723SQ20081004535公开日2008年8月6日申请日期2008年2月2日优先权日2008年2月2日发明者川何,张玉春,勇方,曾艳华,王明年,春郭申请人:西南交通大学