一种隧道通风井的安全遮光装置及遮光方法与流程

本发明涉及考虑到隧道内部结构、通风井结构尺寸、驾驶员人眼可承受能力、路网中天气条件(以自然光为主要考虑因素)等因素，确定该安全遮光装置的各个模块的布设数目和位置，以便及时感受外界光照对于隧道内部的影响并做出反应，减少对驾驶员的视觉影响，提高驾驶安全性。本发明设计的装置涉及交通安全方面和自动化领域，是两种学科交叉得到的产物，将自动化的技术应用于交通问题中的提高驾驶安全性。

背景技术：

随着我国公路建设事业的不断发展，公路隧道数量日趋增多，因其自身可缩短时空距离，节省空间而大量兴起，与此同时带来的安全问题也不容忽视。隧道具有半封闭性，因此需要辅以相应的通风装置，其中与外界相连通的通风井就是其中一种。但是通风井的设置也会带来相应的问题——外界自然光线会从通风井射入，造成某些局部路段的光照强度过大，并且与未设置通风井的路段形成一定光差，造成所谓的“斑马线”效应--由通风井进入的光线会和隧道内部的光源综合作用造成路面的明暗交替、产生亮度差异大的“斑马线”。而人眼对于有光差较大和光照强度较强的情况都需要时间适应，此时视觉能力会降低，甚至短期“黑视”。这种情况下，大部分驾驶员会采取减速通过的方法，导致某些路段行车速度下降，造成追尾，撞击，甚至更为严重的安全事故。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种隧道通风井的安全遮光装置及遮光方法，通过先判断从通风口射入的光线强弱来确定对人眼的影响程度，再适度调节遮光板部分，最终满足外界射入光线不会影响驾驶员的正常驾驶，确保安全。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种隧道通风井的安全遮光装置，包括检测模块、定时模块、主控模块、机动模块，其中：

所述检测模块包括n个光敏感应部分，光敏感应部分用i₁i₂i₃…i_n表示。在通风井射入光线照射范围内布设n个光敏感应部分。通过布设在路面的光敏感应部分，采集隧道内路面的光照强度信息，光敏感应部分i₁i₂i₃…i_n所对应的光照强度分别用E₁E₂E₃…E_n来表示。在定时模块设定的工作时间内，光敏感应部分i₁i₂i₃…i_n接收入射的光线的光照强度信息，并将光照强度信息反馈给主控模块。

所述定时模块用于设定装置的工作时间，在工作时间内装置开启，而非工作时间，停止工作。

所述主控模块用于接收检测模块反馈的光照强度信息，并根据光照强度信息发送指令给机动模块。

根据光照强度信息发送指令给机动模块的方法：若任意一个光敏电阻部分i_m接收到的光照强度E_m>93cd/m²，m＝1,2…n，则发送指令信号到机动模块。

所述机动模块包括电机部分和遮光板部分，所述机动模块接收主控模块发送的指令，控制电机部分对遮光板部分进行旋转遮光。

优选的：所述机动模块包括电机部分和遮光板部分，所述遮光板部分包括一个以上的叶片(1)、安装架以及栏杆转轴(3)，所述叶片(1)安装在安装架上，且所述叶片(1)与安装架转动连接。所述栏杆转轴(3)分别与叶片(1)转动连接，且所述栏杆转轴(3)与叶片(1)的转动方向和叶片(1)与安装架的转动方向一致。所述电机部分包括电机(4)，所述电机(4)的驱动端与栏杆转轴(3)固定连接，或者所述电机(4)的驱动端与叶片(1)固定连接。

优选的：所述安装架包括左右横梁(5)和上横梁(2)，左横梁、上横梁(2)、右横梁围成凹形，所述叶片(1)一端与左横梁转动连接，另一端与右横梁转动连接。

优选的：所述电机部分设置有10个旋转档位，每个旋转档位使得叶片(1)旋转10°。其中，遮光板部分关闭条件下保持垂直于隧道地面的角度定义为90°，叶片(1)与地面平行的角度定义为0°，设定10个旋转档位，每10°为一档。

一种隧道通风井的安全遮光装置的遮光方法，包括以下步骤：

步骤1，在外界光线可照射到的隧道通风井下方路面放置检测模块，检测模块包括n个光敏感应部分,这n个光敏感应部分分别用i₁i₂i₃…i_n表示。通过布设在路面的光敏感应部分采集隧道内路面的光照强度信息，光敏感应部分i₁i₂i₃…i_n所对应的光照强度分别用E₁E₂E₃…E_n来表示。

步骤2，机动模块的安装：在隧道通风口处，安装按照控制模块指令转动的机动模块。

步骤3，定时模块的安装：设定装置的工作时间，在工作时间内装置开启，对隧道内的自然光的强度检测，做出相应调整，非工作时间，停止工作。

步骤4，工作时间内，光敏感应部分i₁i₂i₃…i_n接收入射的光线，将光照强度的信息反馈给控制模块。

步骤5，控制模块接收信号，做出判断：若任意一个光敏电阻部分i_m接收到的光照强度E_m>93cd/m²，则发送指令信号到机动模块转至步骤6，若否，则不发出任何指令到机动模块转至步骤7。

步骤6，机动模块接收指令，电机部分旋转一个档位，遮光板部分旋转10°，然后立刻返回步骤4)，重复步骤4-5，再次进行判断，直至每一个光敏电阻部分检测到的光照强度E<93cd/m²为止。

步骤7，机动模块不作调整，检测模块接收到的自然光的光照强度在可接受范围内，因此不发送任何指令到机动模块，返回步骤4)，重复步骤4-5。

步骤8，到结束工作时间后，定时模块发出信号到控制模块，控制模块发出决策指令使装置停止工作。

所述光敏感应部分的放置方法：

步骤1-1，测量隧道通风井，平行于车辆行驶方向且经过隧道通风井中心的断面视作长方形ABCD，长方形的形心E，BC边的中点G,AD边的中点J，隧道通风井到公路地面的垂直距离H。在通风井形心E正下方所对的地面位置做标记F。并且经过点F做平行于车道中心线的虚直线L₁。从G点作垂直于地面的直线L₂，从J点作垂直于地面的直线L₃。根据人眼眩光限制角确定控制角。在L₁和E构成的平面内，以G为顶角，以L₂为起始边，根据确定的控制角作射线L₄。以J为顶角，以L₃为起始边，根据确定的控制角作另一条射线L₅。L₄和L₅和虚直线L₁分别交于M和Q两点。

步骤1-2，在M点和Q点必须安置光敏感应部分，即安置光敏感应部分i₁和i_n，在线段MQ之间每间隔l厘米放置一个光敏电阻，MQ之间总共方置光敏感应部分的数量n个，线段MQ之间放置i₂i₃…i_n-1个光敏感应部分。

优选的：所述工作时间根据近5年的最早日出时间和最晚日落时间进行确定。

优选的：所述工作时间在最早日出时间之前0.5个小时开始工作，在最晚日落时间之后0.5个小时结束工作。若没有最早日出时间和最晚日落时间，可选择早8点到晚6点为工作时间。

有益效果：本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

本发明通过“检测模块”的实时记录发现对驾驶员行车有害的外界光源的存在，然后“主控模块”控制“机动模块”的遮光板适度旋转，遮挡有害光源，然后再次判断直至满足外界射入光线不会影响驾驶员的正常驾驶，因此本发明通过先确定从通风口射入的光线强弱，再适度调节遮光板部分，以满足外界射入光线不会影响驾驶员的正常驾驶，保证安全。

附图说明

图1为本发明装置的工作流程示意图。

图2为实施例中，广西省南宁市境内某隧道横断面的示意图。

图3为实施例中，广西省南宁市境内隧道通风井下方安置检测模块的示意图。

图4为实施例中，广西省南宁市境内隧道通风井安全遮光装置的机动模块——遮光部分的示意图。

图5为实施例中，广西省南宁市境内隧道通风井安全遮光装置的机动模块——遮光部分旋转角度定义的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种隧道通风井的安全遮光装置，如图1-4所示，包括检测模块、定时模块、主控模块、机动模块，所述安全遮光装置通过控制模块控制，对检测模块采集的隧道内部光线信息、时间信息进行处理，并且做出判断，发布决策指令到机动模块，其中：

所述检测模块包括n个光敏感应部分(也可用类似功能的元件代替)，光敏感应部分用i₁i₂i₃…i_n表示。确定通风井射入光线照射范围内，在通风井射入光线照射范围内布设n个光敏感应部分。通过布设在路面的光敏感应部分，采集隧道内路面的光照强度信息，光敏感应部分i₁i₂i₃…i_n所对应的光照强度分别用E₁E₂E₃…E_n来表示。在定时模块设定的工作时间内，光敏感应部分i₁i₂i₃…i_n接收入射的光线的光照强度信息，并将光照强度信息反馈给主控模块。

所述定时模块用于设定装置的工作时间，在工作时间内装置开启，对隧道内的自然光的强度检测，做出相应调整，非工作时间，停止工作。节约能源，减少不必要的消耗。

所述主控模块用于接收检测模块反馈的光照强度信息，并根据光照强度信息发送指令给机动模块。

根据光照强度信息发送指令给机动模块的方法：若任意一个光敏电阻部分i_m接收到的光照强度E_m>93cd/m²，m＝1,2…n，则发送指令信号到机动模块。

所述机动模块包括电机部分和遮光板部分，所述机动模块接收主控模块发送的指令，控制电机部分对遮光板部分进行旋转遮光。

如图4所示，所述机动模块包括电机部分和遮光板部分，所述遮光板部分包括一个以上的叶片1、安装架以及栏杆转轴3，所述叶片1安装在安装架上，且所述叶片1与安装架转动连接。所述栏杆转轴3分别与叶片1转动连接，且所述栏杆转轴3与叶片1的转动方向和叶片1与安装架的转动方向一致。所述电机部分包括电机4，所述电机4的驱动端与栏杆转轴3固定连接，或者所述电机4的驱动端与叶片1固定连接。

所述安装架包括左右横梁5和上横梁2，左横梁、上横梁2、右横梁围成凹形，所述叶片1一端与左横梁转动连接，另一端与右横梁转动连接。

如图5所示：所述电机部分设置有10个旋转档位，每个旋转档位使得叶片1旋转10°。其中，遮光板部分关闭条件下保持垂直于隧道地面的角度定义为90°，叶片1与地面平行的角度定义为0°，设定10个旋转档位，每10°为一档(90°A档、80°B档、70℃档、60°D档、50°E档、40°F档、30°G档、20°H档、10°I档、0°J档)。

一种隧道通风井的安全遮光装置的遮光方法，包括以下步骤：

步骤1，在外界光线可照射到的隧道通风井下方路面放置检测模块，检测模块包括n个光敏感应部分,如图2所示，这n个光敏感应部分分别用i₁i₂i₃…i_n表示。通过布设在路面的光敏感应部分采集隧道内路面的光照强度信息，光敏感应部分i₁i₂i₃…i_n所对应的光照强度分别用E₁E₂E₃…E_n来表示。光敏感应部分的数量N取决于光线照射范围、人眼眩光限制角θ、光照强度E和隧道自身参数(高度H)的相互关系；具体布设方案如下：

步骤1-1，测量隧道通风井，平行于车辆行驶方向且经过隧道通风井中心的断面视作长方形ABCD，长方形的形心E，BC边的中点G,AD边的中点J，隧道通风井到公路地面的垂直距离H。在通风井形心E正下方所对的地面位置做标记F。并且经过点F做平行于车道中心线的虚直线L₁。从G点作垂直于地面的直线L₂，从J点作垂直于地面的直线L₃。根据人眼眩光限制角确定控制角。在L₁和E构成的平面内，以G为顶角，以L₂为起始边，根据确定的控制角作射线L₄。以J为顶角，以L₃为起始边，根据确定的控制角作另一条射线L₅。L₄和L₅和虚直线L₁分别交于M和Q两点。一般人眼眩光限制角α＝75°，因此取θ＝25°为控制角，即在L₁和E构成的平面内，以G为顶角，以L₂为起始边，取θ＝25°为控制角，作射线L₄，以J为顶角，以L₃为起始边，取θ＝25°为控制角作另一条射线L₅；L₄和L₅和虚直线L₁分别交于M和Q两点。

步骤1-2，在M点和Q点必须安置光敏感应部分，即安置光敏感应部分i₁和i_n，在线段MQ之间每间隔l厘米放置一个光敏电阻，MQ之间总共方置光敏感应部分的数量n个，线段MQ之间放置i₂i₃…i_n-1个光敏感应部分。一般在线段MQ之间每间隔100厘米放置一个光敏电阻。

步骤2，机动模块的安装：在隧道通风口处，安装按照控制模块指令转动的机动模块。如图3、4所示，所述机动模块包括电机部分和遮光板部分，所述遮光板部分包括一个以上的叶片1、安装架以及栏杆转轴3，所述叶片1安装在安装架上，且所述叶片1与安装架转动连接。所述栏杆转轴3分别与叶片1转动连接，且所述栏杆转轴3与叶片1的转动方向和叶片1与安装架的转动方向一致。所述电机部分包括电机4，所述电机4的驱动端与栏杆转轴3固定连接，或者所述电机4的驱动端与叶片1固定连接。

所述安装架包括左右横梁5和上横梁2，左横梁、上横梁2、右横梁围成凹形，所述叶片1一端与左横梁转动连接，另一端与右横梁转动连接。

步骤3，定时模块的安装：根据近5年的最早日出时间和最晚日落时间进行确定设定装置的工作时间，在工作时间内装置开启，对隧道内的自然光的强度检测，做出相应调整，非工作时间，停止工作。

确定装置必要的工作时间段，确定其起始工作时间和结束工作时间，使之达到高效的工作状态，节省能源；其工作时间的确定包括：

a)查阅历史资料，确定该隧道所处地区范围内的近5年来最早日出记录时间X点和最晚日落记录时间Y点；

b)设置装置的工作时间为在最早日出时间X点之前0.5个小时开始工作，在最晚日落时间Y点之后0.5个小时结束工作，若历史记录由于某种原因不可采用可选择早8点到晚6点；

步骤4，工作时间内，光敏感应部分i₁i₂i₃…i_n接收入射的光线，将光照强度的信息反馈给控制模块。

步骤5，控制模块接收信号，做出判断：若任意一个光敏电阻部分i_m接收到的光照强度E_m>93cd/m²，则发送指令信号到机动模块转至步骤6，若否，则不发出任何指令到机动模块转至步骤7。

步骤6，机动模块接收指令，电机部分旋转一个档位，遮光板部分旋转10°，然后立刻返回步骤4，重复步骤4-5，再次进行判断，直至每一个光敏电阻部分检测到的光照强度E<93cd/m²为止(E₁<93cd/m²，E₂<93cd/m²，E₃<93cd/m²……E_n<93cd/m²)。

步骤7，机动模块不作调整，检测模块接收到的自然光的光照强度在可接受范围内，因此不发送任何指令到机动模块，返回步骤4，重复步骤4-5。

步骤8，到结束工作时间后，定时模块发出信号到控制模块，控制模块发出决策指令使装置停止工作。

特别地对步骤第4-6之间的循环关系做出说明：是在一个光强大于人眼可承受强度情况下的循环过程；检测模块检测——返回检测值，主控模块判断——检测结果超过指标，机动模块中的遮光部分调整10°——检测模块再次检测——再次返回检测值，主控模块判断——超过指标，机机动模块中的遮光部分调整10°…当电机部分旋转过适当的档位后，遮光板处于适当的位置，使隧道内的光照强度满足安全要求，才停止这一循环行为。

是用来检测隧道内部的自然光的强度来适度调节机动模块减少自然光对驾驶人的视觉影响。装置包括，四个模块，定时模块、检测模块、主控模块、机动模块。定时模块用以控制装置的工作时间；检测装置用以检测隧道通风井下方路面接收到的光强值，并将该值返回到主控装置；主控装置用以接收检测装置返回的光强值并做出判断，然后下达指令到机动模块；机动模块用以接收主控装置的指令，并按指令调节遮光板部分的角度。本发明通过先确定从通风口射入的光线强弱，再适度调节遮光板部分，以满足外界射入光线不会影响驾驶员的正常驾驶，保证安全。

示例：

选择广西省南宁市境内某隧道的为发明的研究对象，隧道内部通风井结构如附图3，根据光线照射范围、人眼眩光限制角α、控制角θ、隧道自身参数(高度H)，通风井尺寸和最早日出时间和最晚日落时间，可计算出每个通风井所需要的检测模块——光敏感应部分的数量N。

该隧道是一个双向分离式隧道，单方向三车道。(附图2)

表1基础数据

计算一个通风井所需要铺设在路面的检测模块——光敏感应部分个数N；MS＝H*sin25°＝2.79米，QT＝H*sin25°＝2.79米，ST＝AB＝6米，MQ＝MS+QT+ST＝11.58米＝1158厘米，(个)因此所需要的光敏感应部分12个，布设间距为1米1个。

步骤如下：1)根据南宁市的最早日出时间(5:58:03)和最晚日落时间(19:35:50)确定装置的工作时间段——6点AM至19.30PM。

2)在6点AM至19.30PM，光敏感应部分i₁i₂i₃i₄i₅i₆i₇i₈i₉i₁₀i₁₁i₁₂接收入射的光线，将光照强度的信息E₁E₂E₃…E_n反馈给控制模块；

3)控制模块接收信号，做出判断：若i₁i₂i₃i₄i₅i₆i₇i₈i₉i₁₀i₁₁i₁₂中任意一个光敏电阻部分i_m接收到的光照强度E_m>93cd/m²，则发送指令信号到机动模块转至步骤4)，若否，则不发出任何指令到机动模块转至步骤5)；

4)机动模块接收指令，电机部分旋转一个档位，遮光板部分旋转10°，然后立刻返回步骤2)，重复步骤2)3)，再次进行判断，直至i₁i₂i₃i₄i₅i₆i₇i₈i₉i₁₀i₁₁i₁₂中的每一个光敏电阻部分检测到的光照强度小于人眼可接受的最大光强为止

(E₁<93cd/m²，E₂<93cd/m²，E₃<93cd/m²……E_n<93cd/m²；)；

5)机动模块不作调整，检测模块接收到的自然光的光照强度在可接受范围内，因此不发送任何指令到机动模块，返回步骤2)，重复步骤2)3)；

6)最终在工作时间段内，装置不断监测通风井入射的自然光强，做出相应判断和调整，使隧道内部光照环境适宜，保证驾驶安全。

本发明方案应对的是随着隧道快速发展，隧道中的通风井对隧道内部光照环境的产生负面影响，以及对驾驶员的视觉功能造成障碍的情况。隧道通风井的安全遮光装置设计的初衷就是为了及时感受到外界光照强度的变化，加以应对，在不影响通风的前提下也保障了驾驶员良好的视觉环境，保证安全驾驶。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。