一种基于多参量的高速公路隧道智能调光方法及系统与流程

本发明涉及隧道照明技术领域，尤其涉及一种基于多参量的高速公路隧道智能调光方法及系统。

背景技术：

在隧道运营过程中，隧道的维护费用和耗电费用很高，其中照明系统占隧道机电耗电的绝大部分，另外照明节能和隧道安全运营的矛盾也越来越突出。通过先进的技术以及管理手段，改变传统的隧道照明方式，在保障行车安全的条件下，实现按需照明的目的，可以节约大量的能耗，实现降低高速公路运营费用的目的，对高速公路运营管理部分来说具有很大的吸引力。

隧道传统照明方式存在如下问题：

1、照明按照季节时间控制，按固定时间控制灯具。当入口段照明亮度低于洞外亮度时，司机进入隧道会出现“黑洞效应”；当洞内照明亮度于洞外亮度时，隧道照明存在“过度照明”。

2、照明系统按洞外亮度分级控制，由于分级控制的级数较低，调节亮度时间较长，亮度跳变情况比较明显，当亮度由亮变暗跳变时，出现人眼不适应的“盲视效应”。

3、照明控制系统未考虑无车行驶情况，均存在“过度照明”浪费情况。

4、目前隧道照明系统一直以单独的系统进行研究，然而隧道照明系统作为整个隧道机电系统的一部分，应综合考虑与监控系统的联动性。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种基于多参量的高速公路隧道智能调光方法及系统，至少部分解决上述技术问题。

为此，本发明提供一种基于多参量的高速公路隧道智能调光系统，包括光照度检测单元、车流量检测单元、智能调光控制单元、隧道led灯具、监控中心计算机、隧道监控系统，所述光照度检测单元与所述智能调光控制单元连接，所述车流量检测单元与所述智能调光控制单元连接，所述隧道led灯具与所述智能调光控制单元连接，所述监控中心计算机分别与所述智能调光控制单元和所述隧道监控系统通信连接；

所述光照度检测单元包括洞外亮度检测仪、入口段亮度检测仪和中间段亮度检测仪，所述洞外亮度检测仪安装于隧道洞外，用于检测隧道洞外的光照亮度，所述入口段亮度检测仪安装于隧道入口段，用于检测隧道入口段的光照亮度，所述中间段亮度检测仪安装于隧道中间段，用于检测隧道中间段的光照亮度，所述光照度检测单元用于将检测到的信息发送给所述智能调光控制单元；

所述车流量检测单元包括车流量检测仪、光电车检器和车检控制器，所述车流量检测仪安装于隧道外的道路互通之处，用于检测路段的车流量、车速和车道占有率，所述光电车检器安装于隧道外和隧道内，用于检测隧道内是否存在车辆，所述车检控制器与所述光电车检器连接，用于接收所述光电车检器的信息，所述车流量检测单元用于将检测到的信息发送给所述智能调光控制单元；

所述监控中心计算机用于接收所述隧道监控系统的信息，而且根据接收的信息与隧道监控系统进行联动；

所述监控中心计算机用于接收所述智能调光控制单元的信息，而且根据接收的信息向所述智能调光控制单元发送控制信号；

所述智能调光控制单元用于根据所述控制信号控制所述隧道led灯具为隧道提供照明光源。

可选的，所述智能调光控制单元包括隧道智能照明控制器和数显手动/自动转换器。

可选的，所述智能调光控制单元与所述监控中心计算机通过无线方式进行数据交换。

可选的，所述智能调光控制单元用于根据神经网络建模机制形成隧道照明模型和隧道照明数据库。

可选的，所述智能调光控制单元还用于根据所述隧道照明数据库形成神经网络预测模型，以对隧道调光进行预测和控制。

本发明还提供一种基于多参量的高速公路隧道智能调光方法，所述高速公路隧道智能调光方法基于高速公路隧道智能调光系统，所述高速公路隧道智能调光系统包括光照度检测单元、车流量检测单元、智能调光控制单元、隧道led灯具、监控中心计算机、隧道监控系统，所述光照度检测单元与所述智能调光控制单元连接，所述车流量检测单元与所述智能调光控制单元连接，所述隧道led灯具与所述智能调光控制单元连接，所述监控中心计算机分别与所述智能调光控制单元和所述隧道监控系统通信连接；

所述光照度检测单元包括洞外亮度检测仪、入口段亮度检测仪和中间段亮度检测仪，所述洞外亮度检测仪安装于隧道洞外，所述入口段亮度检测仪安装于隧道入口段，所述中间段亮度检测仪安装于隧道中间段，所述车流量检测单元包括车流量检测仪、光电车检器和车检控制器，所述车流量检测仪安装于隧道外的道路互通之处，所述光电车检器安装于隧道外和隧道内，所述车检控制器与所述光电车检器连接；

所述高速公路隧道智能调光方法包括：

所述洞外亮度检测仪检测隧道洞外的光照亮度，所述入口段亮度检测仪检测隧道入口段的光照亮度，所述中间段亮度检测仪检测隧道中间段的光照亮度；

所述光照度检测单元将检测到的信息发送给所述智能调光控制单元；

所述车流量检测仪检测路段的车流量、车速和车道占有率，所述光电车检器检测隧道内是否存在车辆；所述车检控制器接收所述光电车检器的信息；

所述车流量检测单元将检测到的信息发送给所述智能调光控制单元；

所述监控中心计算机接收所述隧道监控系统的信息，而且根据接收的信息与隧道监控系统进行联动；

所述监控中心计算机接收所述智能调光控制单元的信息，而且根据接收的信息向所述智能调光控制单元发送控制信号；

所述智能调光控制单元根据所述控制信号控制所述隧道led灯具为隧道提供照明光源。

可选的，还包括：

所述智能调光控制单元根据神经网络建模机制形成隧道照明模型和隧道照明数据库。

可选的，还包括：

所述智能调光控制单元根据所述隧道照明数据库形成神经网络预测模型，以对隧道调光进行预测和控制。

可选的，还包括：

当所述智能调光控制单元的功率控制信号为0v时，输出最大功率；

当所述智能调光控制单元的功率控制信号为5v时，输出最小功率。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的技术方案通过对隧道洞外亮度、洞内入口段亮度、中间段亮度、车流量以及是否有车到来等参量对灯具进行智能控制，从而消除“黑洞效应”，提升公路隧道照明系统的自动化管理水平，使得洞内照明强度在完全满足标准要求而且提高行车安全性的前提下最大限度地节约电能。本发明通过监控中心计算机与隧道监控系统进行交互，根据预先制定的预案分为拥堵、行人、火灾等事件，作为整个隧道监控系统预案的一部分对隧道照明系统进行实时控制。另外，本发明根据神经网络建模机制形成隧道照明模型和隧道照明数据库，根据数据库长期积累的数据对模型进行数据支撑和矫正，再根据数据库形成神经网络预测模型，进行智能预测。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于多参量的高速公路隧道智能调光系统的结构示意图；

图2为图1所示的光电车检器的布置示意图；

图3为图1所示的光电车检器的安装示意图；

图4为图3所示的光电车检器的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的光强检测实际值；

图6为本发明实施例一提供的实际隧道调光效果；

图7为本发明实施例二提供的照明联动控制原理图；

图8为本发明实施例二提供的神经网络建模原理图；

图9为本发明实施例二提供的智能预测控制原理图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的显示基板及其制备方法、显示装置进行详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种基于多参量的高速公路隧道智能调光系统的结构示意图。如图1所示，所述高速公路隧道智能调光系统包括光照度检测单元1、车流量检测单元2、智能调光控制单元3、隧道led灯具4、监控中心计算机5、隧道监控系统6，所述光照度检测单元1与所述智能调光控制单元3连接，所述车流量检测单元2与所述智能调光控制单元3连接，所述隧道led灯具4与所述智能调光控制单元3连接，所述监控中心计算机5分别与所述智能调光控制单元3和所述隧道监控系统6通信连接。本实施例提供的技术方案通过对隧道洞外亮度、洞内入口段亮度、中间段亮度、车流量以及是否有车到来等参量对灯具进行智能控制，从而消除“黑洞效应”，提升公路隧道照明系统的自动化管理水平，使得洞内照明强度在完全满足标准要求而且提高行车安全性的前提下最大限度地节约电能。本实施例通过监控中心计算机与隧道监控系统进行交互，根据预先制定的预案分为拥堵、行人、火灾等事件，作为整个隧道监控系统预案的一部分对隧道照明系统进行实时控制。另外，本实施例根据神经网络建模机制形成隧道照明模型和隧道照明数据库，根据数据库长期积累的数据对模型进行数据支撑和矫正，再根据数据库形成神经网络预测模型，进行智能预测。

本实施例中，所述光照度检测单元1包括洞外亮度检测仪11、入口段亮度检测仪12和中间段亮度检测仪13，所述洞外亮度检测仪11安装于隧道洞外，用于检测隧道洞外的光照亮度，所述入口段亮度检测仪12安装于隧道入口段，用于检测隧道入口段的光照亮度，所述中间段亮度检测仪13安装于隧道中间段，用于检测隧道中间段的光照亮度，所述光照度检测单元1用于将检测到的信息发送给所述智能调光控制单元3。

图2为图1所示的光电车检器的布置示意图，图3为图1所示的光电车检器的安装示意图，图4为图3所示的光电车检器的结构示意图。如图2-4所示，所述车流量检测单元2包括车流量检测仪21、光电车检器22和车检控制器23，所述车流量检测仪21安装于隧道外的道路互通之处，用于检测路段的车流量、车速和车道占有率，所述光电车检器22安装于隧道外和隧道内，用于检测隧道内是否存在车辆；所述车检控制器23与所述光电车检器22连接，用于接收所述光电车检器22的信息，所述车流量检测单元2用于将检测到的信息发送给所述智能调光控制单元3。

本实施例中，光电车检器22安装于隧道入口外300米和隧道内每隔500米的位置，检测隧道内是否有车辆。车流量检测仪21安装于隧道外道路互通处检测路段的车流量、车速和车道占有率信息，并将车辆检测的信息发送给智能调光控制单元3。光电车检器22检测到有车到来时，系统将前方500m至1000m左右的灯具打开，控制的距离大于500m，而且小于1000m。当车进入隧道后，隧道内的光电车辆检测器检测到车辆到来，相继把前方500m至1000m的灯具打开，依次类推，直至车辆驶出隧道。当车辆驶离后，系统在延迟一段时间且无车辆继续到来后，把相应的照明灯具关闭。

参见图3，光电车检器22安装在距离洞口300米处的道路两侧，高度1米可调。洞内安装于两侧墙壁上，约每500米安装一套，高度1米可调。光电车检器22与智能调光控制单元3通过io口连接，智能控制单元3的核心处理器采用arm。当无车经过时，光电车检器22发送给智能调光控制单元3的信号为0信号；当有车经过时，光电车检器22发送给智能调光控制单元3的信号为1信号，智能调光控制单元3根据该信息判断是否有车经过。

参见图4，光电车检器22由6部分组成，其中，l型安装支座221通过地脚螺栓与隧道固定。传感器226通过螺栓连接固定安装在球形铰链224上。球形铰链224用于调节传感器226的角度，调节范围为0°至360°。人工完成角度调节完成后拧紧角度调节固定旋钮225。球形铰链224的一端通过螺纹杆头固定在高度调节装置223上。高度调节装置223由套筒与实心轴组成，实心轴可在套筒内滑动，调节好高度后，紧固高度调节固定旋钮222。高度调节装置223通过螺栓连接固定在l型安装支座221上。l型安装支座221通过地脚螺栓与隧道固定。

本实施例中，所述监控中心计算机5用于接收所述隧道监控系统6的信息，而且根据接收的信息与隧道监控系统6进行联动。所述监控中心计算机5用于接收所述智能调光控制单元3的信息，而且根据接收的信息向所述智能调光控制单元3发送控制信号。所述智能调光控制单元3用于根据所述控制信号控制所述隧道led灯具4为隧道提供照明光源。

可选的，所述智能调光控制单元3包括隧道智能照明控制器31和数显手动/自动转换器32。所述智能调光控制单元3与所述监控中心计算机5通过无线方式进行数据交换。所述智能调光控制单元3用于根据神经网络建模机制形成隧道照明模型和隧道照明数据库。所述智能调光控制单元3还用于根据所述隧道照明数据库形成神经网络预测模型，以对隧道调光进行预测和控制。

本实施例以隧道长度2500米，设计时速80km/h的长隧道为例说明：

(1)计算条件

隧道长度；s＝2500m；设计时速v＝80km/h；

(2)路面亮度计算

①中间段亮度、长度

lin＝2.5cd/m²；sin＝2137.8m；

②入口段亮度、长度

lth1＝k×l20(s)＝0.026×3000＝78.0cd/m²；sth1＝42m；

lth2＝0.5×k×l20(s)＝0.5×0.026×3000＝39.0cd/m²；sth2＝40m；

③过渡段亮度、长度

ltr1＝0.15×lth1(s)＝0.15×78.0＝11.7cd/m²；str1＝70.2m；

ltr2＝0.05×lth1(s)＝0.05×78.0＝3.9cd/m²；str2＝96m；

④出口段亮度、长度

lex1＝3×lin＝3×2.5＝7.5cd/m²；sex1＝32m；

lex2＝5×lin＝5×2.5＝12.5cd/m²；sex2＝30m；

车辆在路面上正常行驶，路段上车辆流量检测仪检测路段的车流量、车速、车道占有率信息，该信息通过串口、光端机与监控中心计算机连接，并将信息传送给计算机，计算机将信息存入数据库。

本实施例中，洞外亮度检测器安装在隧道洞外离洞口60米，安装高度为2.5米，用于检测洞外亮度。洞内亮度检测器安装在洞内20米、60米、110米、200米、300米、1300米、2300米、2410米，2450米处，安装高度为2.5米，用于检测洞内各段的亮度。图5为本发明实施例一提供的光强检测实际值。如图5所示，为某隧道外检测的实际亮度，洞外亮度短时间内变化巨大。亮度检测器将亮度信息转换成4～20ma电信号，并与智能调光控制单元3的电信号口连接，智能调光控制单元3将电信号转换成数字信号，并与隧道内各段的目标亮度进行比较，并通过神经网络算法输出对灯具的功率控制信号。功率控制信号采用0～5v弱电压逆向控制，即0v输出满功率，5v输出0功率，以防智能调光控制单元故障时引脚输出为0v，隧道灯具熄灭引起交通事故。

当无车辆驶入隧道时，智能控制单元的功率信号输出5v，灯具低功耗运行以节省电能；当洞外光电车检器检测到车辆通过时，智能控制单元相应的io引脚信号从0变为1，同时将洞内亮度检测器检测到实际检测值与预先设定值进行比较，例如，lin与2.5cd/m²、lth1与78.0cd/m²、lth2与39.0cd/m²、ltr1与11.7cd/m²、ltr2与3.9cd/m²、lex1与7.5cd/m²、lex2与12.5cd/m²分别进行比较，将隧道内0～500米内的灯具通过神经网络控制方法相应控制，该段的照度达到安全行车标准。图6为本发明实施例一提供的实际隧道调光效果。如图6所示，为某隧道实际调光效果。当洞内第一个光电车检器检测到车辆通过时，将隧道内0～500米内的灯具通过神经网络控制方法相应控制，该段的照度达到安全行车标准，直至车辆安全驶出隧道。当所有车辆驶出隧道后5分钟，如果没有新的车辆驶入，智能调光控制单元将隧道内所有灯具低功耗运行。

本实施例提供的技术方案通过对隧道洞外亮度、洞内入口段亮度、中间段亮度、车流量以及是否有车到来等参量对灯具进行智能控制，从而消除“黑洞效应”，提升公路隧道照明系统的自动化管理水平，使得洞内照明强度在完全满足标准要求而且提高行车安全性的前提下最大限度地节约电能。本实施例通过监控中心计算机与隧道监控系统进行交互，根据预先制定的预案分为拥堵、行人、火灾等事件，作为整个隧道监控系统预案的一部分对隧道照明系统进行实时控制。另外，本实施例根据神经网络建模机制形成隧道照明模型和隧道照明数据库，根据数据库长期积累的数据对模型进行数据支撑和矫正，再根据数据库形成神经网络预测模型，进行智能预测。

实施例二

本实施例提供一种基于多参量的高速公路隧道智能调光方法，所述高速公路隧道智能调光方法基于实施例一提供的高速公路隧道智能调光系统。关于高速公路隧道智能调光系统的详细描述，请参见实施例一，此处不再赘述。

所述高速公路隧道智能调光系统包括光照度检测单元、车流量检测单元、智能调光控制单元、隧道led灯具、监控中心计算机、隧道监控系统，所述光照度检测单元与所述智能调光控制单元连接，所述车流量检测单元与所述智能调光控制单元连接，所述隧道led灯具与所述智能调光控制单元连接，所述监控中心计算机分别与所述智能调光控制单元和所述隧道监控系统通信连接。所述光照度检测单元包括洞外亮度检测仪、入口段亮度检测仪和中间段亮度检测仪，所述洞外亮度检测仪安装于隧道洞外，所述入口段亮度检测仪安装于隧道入口段，所述中间段亮度检测仪安装于隧道中间段，所述车流量检测单元包括车流量检测仪、光电车检器和车检控制器，所述车流量检测仪安装于隧道外的道路互通之处，所述光电车检器安装于隧道外和隧道内，所述车检控制器与所述光电车检器连接。

所述高速公路隧道智能调光方法包括：所述洞外亮度检测仪检测隧道洞外的光照亮度，所述入口段亮度检测仪检测隧道入口段的光照亮度，所述中间段亮度检测仪检测隧道中间段的光照亮度；所述光照度检测单元将检测到的信息发送给所述智能调光控制单元；所述车流量检测仪检测路段的车流量、车速和车道占有率，所述光电车检器检测隧道内是否存在车辆；所述车检控制器接收所述光电车检器的信息；所述车流量检测单元将检测到的信息发送给所述智能调光控制单元；所述监控中心计算机接收所述隧道监控系统的信息，而且根据接收的信息与隧道监控系统进行联动；所述监控中心计算机接收所述智能调光控制单元的信息，而且根据接收的信息向所述智能调光控制单元发送控制信号；所述智能调光控制单元根据所述控制信号控制所述隧道led灯具为隧道提供照明光源。本实施例提供的技术方案通过对隧道洞外亮度、洞内入口段亮度、中间段亮度、车流量以及是否有车到来等参量对灯具进行智能控制，从而消除“黑洞效应”，提升公路隧道照明系统的自动化管理水平，使得洞内照明强度在完全满足标准要求而且提高行车安全性的前提下最大限度地节约电能。本实施例通过监控中心计算机与隧道监控系统进行交互，根据预先制定的预案分为拥堵、行人、火灾等事件，作为整个隧道监控系统预案的一部分对隧道照明系统进行实时控制。另外，本实施例根据神经网络建模机制形成隧道照明模型和隧道照明数据库，根据数据库长期积累的数据对模型进行数据支撑和矫正，再根据数据库形成神经网络预测模型，进行智能预测。

图7为本发明实施例二提供的照明联动控制原理图。如图7所示，智能调光控制单元3根据光照度检测单元1、车辆检测单元2的综合信息进行自动智能控制，消除“黑洞效应”，无需人工手动操作，提高行驶安全性，减少事故发生；光强检测系统、车辆检测系统出现故障时，自动转换成时序控制；当隧道监控系统6检测到视频事件时，监控中心计算机5与隧道监控系统6进行交互，并根据预先制定的预案分为拥堵、行人、火灾等事件，作为整个隧道监控系统预案的一部分对隧道照明系统进行实时控制。

图8为本发明实施例二提供的神经网络建模原理图。如图8所示，智能调光控制单元3将光照度检测单元1、车辆检测单元2的信息建立隧道照明数据库，通过神经网络建模机制建立隧道照明精确模型，并根据数据库长期积累的数据对模型进行数据支撑及矫正，为智能照明提供依据。

图9为本发明实施例二提供的智能预测控制原理图。如图9所示，智能调光控制单元3根据数据库长期积累的数据及模型，对模型进行优化并进行预测控制。本实施例根据数据库长期积累的数据对模型进行数据支撑及矫正，并根据数据库数据建立神经网络预测模型，进行智能预测控制。

本实施例提供的技术方案通过对隧道洞外亮度、洞内入口段亮度、中间段亮度、车流量以及是否有车到来等参量对灯具进行智能控制，从而消除“黑洞效应”，提升公路隧道照明系统的自动化管理水平，使得洞内照明强度在完全满足标准要求而且提高行车安全性的前提下最大限度地节约电能。本实施例通过监控中心计算机与隧道监控系统进行交互，根据预先制定的预案分为拥堵、行人、火灾等事件，作为整个隧道监控系统预案的一部分对隧道照明系统进行实时控制。另外，本实施例根据神经网络建模机制形成隧道照明模型和隧道照明数据库，根据数据库长期积累的数据对模型进行数据支撑和矫正，再根据数据库形成神经网络预测模型，进行智能预测。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。