基于节能的公路隧道等效照明系统的灯具布局方法与流程

本发明涉及隧道照明领域，尤其涉及一种基于节能的公路隧道等效照明系统的灯具布局方法。

背景技术

隧道等效照明是指在确保隧道安全、舒适的照明运营环境的前提下，在降低照明系统负荷后通过一定的技术手段仍能达到原有的照明设计标准或满足行车安全所必须的照明量，从而实现节能减排和降低隧道运营费用之目的。

随着隧道建设数量的增加，隧道照明环境质量对交通安全影响受到越来越广泛的关注。隧道照明灯具的选取以及布设方式与隧道照明环境质量息息相关。目前我国规范并未结合人眼视觉特性对隧道照明灯具光谱做具体规定，并且只推荐了中间布灯、单侧布灯、双侧对称布灯以及双侧交错布灯作为布灯方式，并未对具体的布灯间距等参数进行规定，从而造成隧道照明工程实际中存在能耗过大，照明量不足或者过量的情况，严重影响了驾驶员在隧道内行驶过程的舒适体验，不利于交通安全，而且不利于节能环保。

因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的公路隧道等效照明系统灯具布局方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于节能的公路隧道等效照明系统的灯具布局方法，结合人眼在中间视觉条件下特点，充分利用和发挥灯具的性能特性，并结合隧道内实际环境进行灯具布局，能够有效保证隧道内安全、舒适的照明环境，能够有效降低隧道内因照明引起的交通事故发生率，而且更加节能、经济、环保，具有显著的经济效益和社会效益。

本发明提供的一种基于节能的公路隧道等效照明系统的灯具布局方法，其特征在于：包括如下步骤：

s1.选择灯具；

s2.确定灯具基面在隧道的横向旋转角度，并将横向旋转后的灯具基面所在平面作为第一次旋转基面；

s3.确定灯具第一次旋转基面纵向旋转的角度；

s4.确定灯具的布设高度；

s5.确定灯具在隧道的横向布置间距和纵向布置间距；

s6.根据步骤s1-s5确定的参数在隧道内布置灯具。

进一步，步骤s1中，根据如下方法选择灯具：

s11.灯具为对称配光的灯具；

s22.灯具的暗视觉光通量和明视觉光通量之比大于1.6，其中，灯具的暗视觉光通量和明视觉光通量通过如下公式计算：

其中，s为暗视觉光通量，p为明视觉光通量，k1m为暗视觉光谱光视效率函数最大值；km为明视觉最大光谱光视效率最大值，sλ(λ)为灯具的光谱能量分布函数；v1(λ)为暗视觉光谱光视效率函数；v(λ)为明视觉光谱光视效率函数；λ为灯具发出可见光的光波波长。

进一步，步骤s2中，根据如下公式确定灯具基面在隧道的横向旋转角度：

α为灯具基面的横向旋转角度，β为车道系数，b为隧道内轮廓宽度，hw为隧道侧壁高度。

进一步，步骤s4中，根据如下公式确定灯具的布设高度：

h＝hj+0.5；其中h表示灯具的布设高度，hj表示建筑限界的高度。

进一步，步骤s5中，根据如下公式确定灯具沿隧道横向的布置间距：

bl＝(2h-hw)tanα；其中，bl为灯具沿隧道横向的布置间距。

进一步，根据如下公式确定公路隧道的纵向照明间距s:

其中，η为灯具利用系数，为灯具的额定光通量，ω为灯具布置系数，hw为隧道侧壁高度，w为隧道的路面宽度，k1为隧道内交通量和通风方式的耦合修正系数，k2是隧道侧墙反射率修正系数，取值[0.6,0.83]；ei为隧道内的入口段、基本段和出口端的照度，m为灯具养护系数，eiav分别为隧道内的入口段、过渡段、基本段和出口段的平均照度。

进一步，根据如下方法确定隧道内各段的照度ei：

采集隧道外的亮度l20；

根据隧道设计规范计算隧道内各段的亮度：

lth1＝k×l20

lth2＝0.5×k×l20

ltr1＝0.15lth1

ltr2＝0.05lth1

ltr3＝0.02lth1

lex1＝3lin

lex2＝5lin

其中，lth1为第一入口段的亮度；lth2为第二入口段的亮度；ltr1为第一过渡段的亮度；ltr2为第二过渡段的亮度；ltr3为第三过渡段的亮度；lin为基本段的亮度；lex1为第一出口段的亮度；lex2为第二出口段的亮度，k为亮度折减系数；

计算各段的照度ei：

ei＝li×10；

其中，li表示各段的亮度，i＝1，2，…，7；当i为1时，l1＝lth1；当i为2时，l2＝lth2；当i为3时，l3＝ltr1；当i为4时，l4＝ltr2；当i为5时，l5＝ltr3；当i为6时，l6＝lex1；当i为7时，l7＝lex2。

本发明的有益效果：通过本发明，结合人眼在中间视觉条件下的特点，充分利用和发挥灯具的性能特性，并结合隧道内实际环境进行灯具布局，能够有效保证隧道内安全、舒适的照明环境，能够有效降低隧道内因照明引起的交通事故发生率，而且更加节能、经济、环保，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明中灯具角度示意图。

图3为本发明灯具布置结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明，如图所示：

本发明提供的一种基于节能的公路隧道等效照明系统的灯具布局方法，包括如下步骤：

s1.选择灯具；

s2.确定灯具基面在隧道的横向旋转角度，并将横向旋转后的灯具基面所在平面作为第一次旋转基面；

s3.确定灯具第一次旋转基面纵向旋转的角度；

s4.确定灯具的布设高度；

s5.确定灯具在隧道的横向布置间距和纵向布置间距；

s6.根据步骤s1-s5确定的参数在隧道内布置灯具；通过本发明，结合人眼在中间视觉条件下对蓝绿光更敏感的特点，充分利用和发挥灯具的性能特性，并结合隧道内实际环境进行灯具布局，能够有效保证隧道内安全、舒适的照明环境，能够有效降低隧道内因照明引起的交通事故发生率，而且更加节能、经济、环保，具有显著的经济效益和社会效益。其中，上述中的横向及隧道的宽度方向，纵向为隧道的长度延伸方向。

本实施例中，步骤s1中，根据如下方法选择灯具：

s11.灯具为对称配光的灯具；

s22.灯具的暗视觉光通量和明视觉光通量之比大于1.6，其中，灯具的暗视觉光通量和明视觉光通量通过如下公式计算：

其中，s为暗视觉光通量，p为明视觉光通量，k1m为暗视觉光谱光视效率函数最大值，通常取1700lm/w；；km为明视觉最大光谱光视效率最大值，通常取683lm/w，sλ(λ)为灯具的光谱能量分布函数；v1(λ)为暗视觉光谱光视效率函数；v(λ)为明视觉光谱光视效率函数；λ为灯具发出可见光的光波波长；通过上述方法，能够准确地选择出符合隧道照明的条件的灯具，能够满足人眼在中间视觉条件的特点，利于驾驶员能够安全地在隧道内行驶；在具体的灯具布置中，沿隧道的延伸方向布置成两排，并且两排以车道中线对称设置。

本实施例中，步骤s2中，根据如下公式确定灯具基面在隧道长度延伸方向(即隧道的纵向)的旋转角度：

α为灯具基面的横向旋转角度，β为车道相关系数，两车道时取1，三车道时取0.75，四车道时取0.5；b为隧道内轮廓宽度，hw为隧道侧壁高度；确定出角度α后，以平行于隧道长度延伸方向的轴为旋转轴，对灯具基面进行旋转且旋转角度为α，旋转后，此时灯具基面所在的平面即为第一旋转基面，确定出第一次旋转基面后，以垂直于隧道延伸方向的轴为旋转轴，对第一次旋转基面进行再一次旋转，此时旋转即往行车方向逆向旋转30度，即确定出灯具自身的布置姿态，通过上述方法，能够使得灯具能够有效地适应隧道结构状态，如图2所示，图2中箭头方向为行车方向，从而确保隧道内的照明。

本实施例中，步骤s4中，根据如下公式确定灯具的布设高度：

h＝hj+0.5；其中h表示灯具的布设高度，hj表示建筑限界的高度。

步骤s5中，根据如下公式确定灯具沿隧道横向的布置间距：

bl＝(2h-hw)tanα；其中，bl为灯具沿隧道横向的布置间距，上述方法，能够准确确定出灯具在隧道中的布置结构和位置，从而进一步确保隧道内的照明符合人眼的视觉特征。

本实施例中，根据如下公式确定公路隧道的纵向照明间距s:

其中，η为灯具利用系数，为灯具的额定光通量，ω为灯具布置系数，hw为隧道侧壁高度，w为隧道的路面宽度，k1为隧道内交通量和通风方式的耦合修正系数，k2是隧道侧墙反射率修正系数，取值[0.6,0.83]ei为隧道内的入口段、基本段和出口段的照度，m为灯具养护系数，eiav分别为隧道内的入口段、过渡段、基本段和出口段的平均照度；

根据如下方法确定隧道内各段的照度ei：

采集隧道外的亮度l20；

根据隧道设计规范计算隧道内各段的亮度：

lth1＝k×l20

lth2＝0.5×k×l20

ltr1＝0.15lth1

ltr2＝0.05lth1

ltr3＝0.02lth1

lex1＝3lin

lex2＝5lin

其中，lth1为第一入口段的亮度；lth2为第二入口段的亮度；ltr1为第一过渡段的亮度；ltr2为第二过渡段的亮度；ltr3为第三过渡段的亮度；lin为基本段的亮度；lex1为第一出口段的亮度；lex2为第二出口段的亮度；k为亮度折减系数；

计算各段的照度ei：

ei＝li×10；

其中，li表示各段的亮度，i＝1，2，…，7；当i为1时，l1＝lth1；当i为2时，l2＝lth2；当i为3时，l3＝ltr1；当i为4时，l4＝ltr2；当i为5时，l5＝ltr3；当i为6时，l6＝lex1；当i为7时，l7＝lex2。

以下以一个具体实例对本发明做出进一步说明：

本实施例中采用led的对称配光的灯具，且led在隧道断面内的发光角度为130°，且灯具的暗视觉光通量和明视觉光通量之比为1.9；

以高速公路单向双车道的隧道为例：建筑限界高度hj为4.5m，隧道内轮廓宽度b为10.9m，设计时速为80km/h；车道相关系数为1，隧道侧壁高度为3m,反射率为0.6；

那么此时：灯具的布局高度为：

灯具基面在隧道的横向旋转角度为：

灯具的横向布置间距为

隧道的基本段的照明亮度lin根据下表进行取值；

表1

其中，n表示交通量，如果隧道洞口外的亮度为200cd/m²；监测到单向交通量为1200veh/(h·ln)；且隧道的设计速度为80km/h，因此，根据表1可得lin＝3.5cd/m²，各段的亮度计算结果为：

ltr1＝30cd/m²

ltr2＝10cd/m²

ltr3＝4cd/m²

lin＝3.5cd/m²

lex1＝10.5cd/m²

lex2＝17.5cd/m²。

各区段的照度值：

eth1＝lth1×10＝780lx，同理得到eth2＝390lx；etr1＝117lx；ein＝35lx；eex1＝105lx；eex2＝175lx。

以隧道照明中间段为例，利用灯具利用系数法计算中间段的布灯间距，由于要满足暗视觉光通量与明视觉光通量的比值要大于1.6，因此可选用led灯具。假设某型led灯具光通量φ为16500lm，灯具利用系数η为0.35，灯具维护系数ω为0.65，灯具布置系数m为2，路面宽度w为7.5m，eav＝lin×10＝35lx。侧墙高度hw＝3m，交通量和通风方式共同影响的修正系数k＝1，则

取11m即可。同理可计算得到其余各区段的布灯间距。智能设备根据计算得到的布灯间距，调整隧道内灯具之间的距离等于计算的布灯间距即可

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。