一种用于公路隧道的照明配光结构化检测方法与流程

本发明涉及公路隧道相关的隧道照明管理
技术领域：
，尤其涉及一种用于公路隧道的照明配光结构化检测方法。
背景技术：
：根据《公路隧道照明设计细则》jtg/td70/2-01-2014中的相关规定，公路隧道照明主要检测指标包括：路面平均照度(亮度)、路面总均匀度、路面中线纵向均匀度。传统的检测方法是在一个照明段取一个区域，在区域对35个左右的检测点进行逐一测量，然后进行计算。这种方法通常作为未通车隧道的检测手段，且也具有较高的准确性，但在已通车运营的隧道中这种检测方法需要对隧道进行封路，因此实现难度及成本较高，不具有实用性。随着高速公路运营隧道的不断增加，运营隧道的照明管理及隧道照明质量评价逐渐成为运营管理公司重视的对象，相关专业领域的团体及公路隧道的运营管理单位都已经开展了关于隧道照明管理或隧道照明质量相关的标准、规范的研究，然而传统的隧道照明检测方法需要长时间、大范围的布控封道甚至封路，检测采集点数量多，监测流程繁琐在实际运用过程中具有较大的不便，并且也存在较大的安全隐患。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种用于公路隧道的照明配光结构化检测方法。本发明采用的技术方案是：一种用于公路隧道的照明配光结构化检测方法，其包括以下步骤：步骤1，对隧道每个照明分段划定一个检测区块，检测区块纵向长度不小于一个布灯循环，步骤2，隧道完工后对隧道路照度进行检测并按检测点分别记录数据；步骤3，为每块检测区块选取至少两个检测点作为区块锚点，并在路面做永久性标记，同时在原始数据表中标记相应位置；步骤4，将区块内所有检测点的数据进行零均值归一化处理后该区块内各个点的配光值形成区块配光表；步骤5，以后再次检测时只需对每个照明段检测区块中的至少一组检测锚点进行数据采集获得实测照度值，步骤6，通过配光结构数据库中获取相应段检测区块相应锚点的配光值，并计算出区块当前平均照度u′以及区块当前最大照度差σ′，其计算公式如下：其中，a、b分别为2个锚点，为a、b点的配光值，la、lb为a、b点实测照度值，u′为区块平均照度计算值，σ′为区块最大照度差；步骤7，计将区块当前平均照度u′以及区块当前最大照度差σ′，代入区块配光表计算出区块各检测点得亮度值，每个单点照度值li′的计算公式如下其中，li′为单点照度值，为单点配光值。进一步地，步骤1中检测区域内检测点的纵向间距小于1.0m，横向检测点不少于2n+1个点，n为车道数。例如2车道不应少于5个点，3车道不少于7个点，4车道不少于9个点，检测点越密集，获得的配光结构越精确。进一步地，步骤2中照度采集时需在灯具表面未受污染情况下进行，即在新灯具安装完成后或灯具清洗完成后进行采集。进一步地，步骤3中在路面两侧各选一组靠近路测的检测点作为区块锚点。进一步地，步骤4中各个点的配光值的计算公式如下：σ＝lmax-lmin(6)其中，为单点配光值，u为样本库中区块照度平均值，σ为样本库中区块照度最大差值，li为单点照度值，lij为区块各检测点的照度值，m为区块横向监测点数，n为区块纵向检测点数，lmax为区块中最大的照度值，lmin为区块中最小的照度值。进一步地，步骤6中通过检测2组或多组区块锚点后，对计算出的照度(亮度)进行平均处理后作为该检测区块的平均照度，以有效减少误差。本发明采用以上技术方案，通过利用建设完工之前所得的隧道照明完工检测数据，或通过传统检测方法进行一次完整数据采集，再用数学归一化处理方式，建立相应的隧道照明配光结构化数据表，在后期再运营管理过程中，可通过测量两个标识点的亮度值，导入结构化数据表进行计算即可测算出得整个测试面各点的亮度，平均亮度、均匀度等隧道照明参数。相较传统检测方法一个检测区域需要检测35个左右的检测点，大幅降低了检测工作量。对一个检测区块进行现场检测只需要3-5分钟即可，而传统检测方法至少需要30-40分钟以上。并且不需要对隧道进行封路。本发明为已运营的公路隧道提供一套方便、快捷、准确的检测方法。无需每次检测都对隧道进行封道封路，提高检测作业的安全性，降低检测作业对隧道通行的影响。本发明通过快速检测实现对隧道照明的精细化管理和养护，实现隧道照明的实时检测和采集。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；图1为本发明公路隧道中加强照明检测区块及锚点示意图；图2为本发明公路隧道中基本照明的检测区块及锚点示意图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本发明涉及的名词解释如下：配光结构：指多盏灯具在相对固定不变的隧道空间环境中形成的光强分布，通常用各测量点之间的光强相对关系表示。零均值归一化：通过对数组(光强分布)进行以数组平均值为基准的归一化数据处理。计算方法：将数组中的对应数值减去数组平均值除以数组中最大值与最小值的差值，得到的取值在(-1,1)之间的小数，无量纲值。配光区块：在隧道照明分段检测中可代表的最小照明区域，分重复区块与独立区块两类。区块测量点分布可参考jtg/td70/2相关要求。纵向长度不小于布灯间距，检测点纵向间距不宜大于1m，横向检测点不应小于5点。应急照明状态下配光测量纵向间距可适当增大，但点数量可不变。区块锚点：指配光区块测量点中被选择为代表区块配光结构的具有固定标识的测量点。用于该区块光环境的长期采集与监测，一个区块至少有两个锚点。区块照度(亮度)平均值u：即区块内所有检测点照度(亮度)的平均值。区块照度(亮度)最大差值σ：区块内所有检测点中最大的照度(亮度)与最小照度(亮度)的差值。单点配光值指i检测点的照度(亮度)值li通过零均值归一化处理后的值。下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。本发明的理论基础为：根据《公路隧道照明设计细则》jtg/td70/2-01-2014中相关公式及条文描述：某一灯具在洞内路面计算点p产生的水平照度可按式计算：式中：epi——灯具在洞内路面计算点p产生的水平照度(lx)；γ——p点对应的灯具光线入射角(°)；icγ——灯具在计算点p的光强值(cd)，从由厂家提供光强值表中获得；m——灯具的养护系数；——灯具额定光通量(lm)；h——灯具光源中心至路面的高度(m)。数个灯具在计算点p所产生的照度可按式计算：式中：ep——p点的水平照度(lx)；n——灯具数量，计算时可取计算区域前后各一组。在隧道环境下，公式一中γ、icγ、、m、h都是可通过测量或厂家提供的固定值，唯一变量为灯具养护系数m,因此在灯具固定不动的情况下，灯具在洞内路面计算点p产生的水平照度epi与养护系数m呈线性关系。而在同一时间内，m为固定值，同一灯具在不同点的水平照度仅与γ、icγ相关。由公式二可知，p的水平照度，为各灯具在p点产生的照度的叠加。由上可知，隧道照明配光结构在隧道灯具及安装情况未发生改变的情况下是不会改变的，路面照度的变化仅与养护系数m有关。因此可通过计算出检测区块各检测点之间的关系(即配光结构)，在养护系数m改变后，仅需要少量检测点即可计算出，检测区块其他检测点的值。如图1或图2所示，本发明公开了一种用于公路隧道的照明配光结构化检测方法，其包括以下步骤：步骤1，对隧道每个照明分段划定一个检测区块，检测区块纵向长度不小于一个布灯循环，步骤2，隧道完工后对隧道路照度进行检测并按检测点分别记录数据；具体地，隧道照明样本库数据采集:对隧道每个照明分段划定一个检测区块，检测区块纵向长度不应小于一个布灯循环，检测区域内检测点的纵向间距小于1.0m，横向检测点2车道不应少于5个点，3车道不少于7个点，4车道不少于9个点(检测点越密集，获得的配光结构越精确)，对隧道路照度(亮度)进行采集并按采集点分别记录数据。按《公路隧道照明设计细则》jtg/td70/2-01-2014中的相关公式计算路面平均照度(亮度)及均匀度并记录。为确保配光结构的准确性，本步骤需要在灯具表面未受污染情况下进行，可在新灯具安装完成后或灯具清洗完成后进行(通常在进行灯具更换或灯具清洗都需要布控封路，因此，原始数据的采集不需要额外布控封路)。步骤3，为每块检测区块选取至少两个检测点作为区块锚点，并在路面做永久性标记，同时在原始数据表中标记相应位置；具体地，区块锚点的选择：区块锚点以2个为一组，从理论上来说，一个检测区块内的任意两个检测点都可作为一组区块锚点使用，为方便后期检测，建议选择靠近路测的检测点作为区块锚点，并在路面两侧各选一组。区块锚点选定后，需要在路面做永久性标记，并在原始数据表中标记相应位置。如图1所示，隧道加强照明(入口段、过渡段、出口段)检测区块及锚点示意图；如图2所示，隧道基本照明检测区块及锚点示意图。步骤4，将区块内所有检测点的数据进行零均值归一化处理后该区块内各个点的配光值形成区块配光表；具体地，将区块中的单点亮度数据通过零均值归一化处理后，形成的一个(-1，1)之间的小数，就是该点在区块内的配光值。各个点的配光值的计算公式如下：σ＝lmax-lmin(6)其中，为单点配光值，u为样本库中区块照度平均值，σ为样本库中区块照度最大差值，li为单点照度值，lij为区块各检测点的照度值，m为区块横向监测点数，n为区块纵向检测点数，lmax为区块中最大的照度值，lmin为区块中最小的照度值。进一步地，将区块内所有检测点的数据进行零均值归一化处理后，即可获区块配光表。例如下面表1中样本库中区块各个单点数据表经过零均值归一化处理后获得表2的区块配光表：表1：区块各个单点数据表表2：区块配光表步骤5，以后再次检测时只需对每个照明段检测区块中的至少一组检测锚点进行数据采集获得实测照度值，步骤6，通过配光结构数据库中获取相应段检测区块相应锚点的配光值，并计算出区块当前平均照度u′以及区块当前最大照度差σ′，其计算公式如下：其中，a、b分别为2个锚点，为a、b点的配光值，la、lb为a、b点实测照度值，u′为区块平均照度计算值，σ′为区块最大照度差；具体地，通过对锚点a、b点进行现场检测获得a、b点实测照度(亮度)值la、lb，并在配光结构数据库中查看相应段检测区块相应锚点得配光值计算出区块当前平均照度(亮度)u′以及区块当前最大照度(亮度)差σ′，步骤7，计将区块当前平均照度u′以及区块当前最大照度差σ′，代入区块配光表计算出区块各检测点得亮度值，每个单点照度值li′的计算公式如下其中，li′为单点照度值，为单点配光值。具体地，利用区块当前平均照度(亮度)u′以及区块当前最大照度(亮度)差σ′两个值代入区块配光表，即可计算出该区块各检测点得亮度值，进而己算出路面总均匀度和路面中线纵向均有度。对各照明段的检测区块锚点进行采集，即可获得全隧道的照明数据。此外，因为对锚点的检测可能存在误差，因此可通过检测2组或多组锚点后，对计算出的照度(亮度)进行平均处理，减少误差。为了进一步阐明本发明的技术优势，通过设计实验场景，检测与计算来验证隧道配光结构化处理方法的可行性。将可调光隧道灯放置在木箱上与墙面距离1米。测试面上选取5*5的测试点，横向间距为60cm，纵向间距为50cm，测试面为2.4m*2m。测试将led灯控制电压调节为10v,5v,1v，测试照度(lx)数据如下表所示。表3：调光控制电压10v的测试照度(lx)数据5759271007788579806170825601910112099029405450385017609602450509037501760450930173018601150从表3可知，调光控制电压10v的测试照度(lx)的平均值为1884lx，均匀度为0.2389。表4：调光控制电压5v的测试照度(lx)数据31750353741731744290314231056626554165730302100966477134027802000980244495964946635从表4可知，调光控制电压5v的测试照度(lx)的平均值为1028.36lx，均匀度为0.2373。表5：调光控制电压1v的测试照度(lx)数据从表5可知，调光控制电压1v的测试照度(lx)的平均值为525lx，均匀度为0.2438。因亮度测试可能存在误差，为了提高准确性通过将三次测试的平均值进行零均值标准比处理建立归一化数据表：表6：三次测试的平均值进行零均值标准比处理建立的归一化数据表-0.2594756880-0.1911628413-0.1757163059-0.2192276732-0.2587142391-0.2135711955-0.03876427720.13778309580.0074665506-0.1490655934-0.17560752750.21555966500.71550527580.3936299358-0.0235352986-0.19138039810.11047971280.63751114980.3645860981-0.0209246166-0.2844947242-0.1909452845-0.0277776569-0.0180963777-0.1440617861通过导入原测试调光控制电压10v、5v、1v情况下第一行第一、二个照度数据进行反推获得数据如下：表7：调光控制电压10v的反推照度数据表5759271006.592357782.388535578.9235669811.53503181712.2738852621.9808921950.4904461143.9171971007.1528663022.7452235598.8471343940.2993631790.745223925.87898092481.2929945196.9617833790.6433121804.197452446.0828025928.12101911768.885351818.7707011169.700637从表7可知，调光控制电压10v反推的平均照度为：1912.02lx均匀度为：0.2333表8：调光控制电压10v的反推照度数据的误差：0.0000％0.0000％-0.0405％-0.7121％-0.0132％0.6867％0.2502％2.4211％2.1199％2.1355％1.7326％2.8145％2.7311％2.3454％1.7469％-3.5543％1.2773％2.1014％1.0838％2.5112％-0.8705％-0.2020％2.2477％-2.2166％1.7131％从表8可知，调光控制电压10v反推的平均照度误差1.5％均匀度误差：2.3％表9：调光控制电压5v的反推照度数据表317503545.0573248426.5859873319.0732484441.9872611917.94585991398.6433121043.821656617.6210191545.35350321610.4108282971.6464972095.254777959.410828502.40764331324.3025482759.2866242016.175159966.5191083248.8789809503.5923567947.8598726974.2197452631.2452229从表9可知，调光控制电压5v反推的平均照度：1023.49lx均匀度：0.2432表10：调光控制电压5v的反推照度数据的误差：0.0000％0.0000％1.5004％2.2988％0.6540％-0.0029％1.6551％-1.7116％-1.1533％-1.3385％-1.5607％-2.8117％-1.9259％-0.2260％-0.6821％5.3265％-1.1715％-0.7451％0.8088％-1.3756％1.9996％1.7358％-1.6743％2.9831％-0.5913％从表10可知，调光控制电压5v反推的平均照度误差：0.04％，均匀度误差：2.4％表11：调光控制电压1v的反推照度数据表160250270.3503185213.0254777161.0031847220.477707450.7802548683.3757962511.6878981305.4617834270.4936306785.8439491444.5063691020.44586470.843949249.7133758647.40445861341.751592982.1815287474.2834395127.0382166250.2866242465.2547771478.0095541312.0541401从表11可知，调光控制电压1v反推的平均照度：501.85lx均匀度：0.2531表12：调光控制电压1v的反推照度数据的误差：0.0000％0.0000％-2.7517％-1.8316％-1.2250％-2.4435％-4.0893％-5.2183％-5.2430％-4.8406％-3.0489％-4.3985％-5.8954％-7.7355％-4.8800％3.6155％-2.3523％-6.0398％-5.4686％-6.0825％-0.7514％-2.6122％-4.6609％2.7978％-4.8615％从表12可知，调光控制电压1v反推的平均照度误差：0.04％，均匀度误差：3.8％从实验室数据上看推算数据虽然与实测数据存在误差，通过后期分析，造成误差的主要原因为测试时产生了误差，导致归一化配光结构不够精确而导致的。并且，通过实验室验证试验可以看出作为隧道照明检测的主要输出数据平均亮度的误差基本控制在2％以内，均匀度误差在4％以内。并且在单点实测存在误差的情况下，平均亮度及均匀度的精度仍能保证。本发明采用以上技术方案，通过利用建设完工之前所得的隧道照明完工检测数据，或通过传统检测方法进行一次完整数据采集，再用数学归一化处理方式，建立相应的隧道照明配光结构化数据表，在后期再运营管理过程中，只需要对每个照明段检测区块中的2个检测锚点进行数据采集，可通过测量两个标识点的亮度值，导入结构化数据表进行计算即可测算出得整个测试面各点的亮度，平均亮度、均匀度等隧道照明参数。相较传统检测方法一个检测区域需要检测35个左右的检测点，大幅降低了检测工作量。对一个检测区块进行现场检测只需要3-5分钟即可，而传统检测方法至少需要30-40分钟以上。并且不需要对隧道进行封路。本发明为已运营的公路隧道提供一套方便、快捷、准确的检测方法。无需每次检测都对隧道进行封道封路，提高检测作业的安全性，降低检测作业对隧道通行的影响。本发明通过快速检测实现对隧道照明的精细化管理和养护，实现隧道照明的实时检测和采集。本发明的检测方法及公式的应用包括应用在隧道照明检测设备、隧道照明在线监测设备、隧道照明管理养护系统。当前第1页12