一种隧道风机控制方法与流程

1.本发明涉及交通设施管理技术领域，具体为一种隧道风机控制方法。


背景技术：

2.高速公路隧道是高速公路中的咽喉，隧道属于半封闭环境，由于山体环境以及车辆在隧道内行驶时，产生的汽车尾气，会生成大量对人体有害的气体，如一氧化碳co、二氧化氮no2、能见度vi等，二氧化氮no2是汽车尾气的主要产物，人体过量吸入可能导致昏迷、中毒等不良后果，为了实施对隧道环境的监测，预防不良空气条件对司乘人员和检修人员产生影响，隧道内每1到2公里，会安装一氧化碳co、能见度vi、风速fs、二氧化氮no2等气体传感器，并与通风设备进行联动，减小交通事故隐患。
3.通常情况下隧道出入口、出口、中间段，会安装2到3组风机，气体传感器会实时检测隧道内co、vi、fs、no2的数据信息，然后将检测到的实际值与系统事先预设的控制阀值进行自动比较，得到隧道内的通风环境状况，最后根据比较分析的结果提出风机的控制方案，供管理部门选择，现有隧道内风机多数为22kw的射流风机，对其控制方案，均是根据某一种传感器的阀值，进行开启和关闭，如一氧化碳量程为0-300pmm，实时值超过30ppm，启动1台风机；实时值超过70ppm，启动2台风机；实时值超过100ppm，启动3台风机；实时值超过120ppm，启动4台风机等，上述方案中，风机开的过少，有害气体无法排除隧道，风机开的太多，又浪费电能，不符合节能减排政策，如何有效、合理、科学的进行通风，就显得格外重要。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种隧道风机控制方法，解决了现有技术中风机控制大都只能选择一种调控变量，进而导致隧道内通风调节控制死板效率较低、能耗较高的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种隧道风机控制方法，包括以下步骤：
6.s1、计算一氧化碳co一定时间t范围内变化率，合理安排风机的通风工作状态，以控制隧道内一氧化碳co的浓度，避免浓度过高时人体因呼吸作用吸入过量而中毒产生危险，其中，风机的通风工作状态为风机处于通风工作状态的数量；
7.s2、计算能见度vi一定时间t范围内变化率，以控制隧道内能见度vi满足驾驶需求，避免能见度vi过低时车辆行驶出现危险；
8.s3、计算风速fs一定时间t范围内变化率，合理安排风机结合自然风的通风工作状态，以控制隧道内风速fs，确保满足通风标准；
9.s4、计算二氧化氮no2一定时间t范围内增长率，合理安排风机的通风工作状态，以控制隧道内二氧化氮no2的浓度，避免浓度过高时人体因呼吸作用吸入过量而中毒产生危险；
10.s5、计算车流量car一定时间t范围内增长率，合理安排风机的通风工作状态，以满
足隧道内存在不同数量车辆时的通风需求；
11.s6、将s1-s5步骤的结果代入下列公式，从而得出通风指数y
[0012][0013]
式中：
[0014]
y：预测通风指数
[0015]
e为自然对数并取值2.718
[0016]
δ_car：车流量car t范围内变化率
[0017]
δ_co：一氧化碳变化率
[0018]
δ_vi：能见度vi变化率
[0019]
δ_fs：风速fs变化率
[0020]
δ_no2：二氧化氮no2变化率
[0021]
t：时间范围；
[0022]
s7、将s6中求得的y值换算成所需启动的风机数量值，具体为：
[0023]
将y带入比较式：a≤y＜a+1
[0024]
式中：
[0025]
a的取值范围为自然数
[0026]
当y使得比较式成立时，则所需启动的风机数量值即为a的取值数值。
[0027]
优选的，所述s1中计算一氧化碳co一定时间t范围内变化率的公式如下：
[0028]
公式一：
[0029]
式中：
[0030]
δ_co：一氧化碳变化率
[0031]
max[tco(t)]：t范围一氧化碳的最大值
[0032]
min[tco(t)]：t范围一氧化碳的最小值
[0033]
avg[tco(t)]：t范围一氧化碳的平均值。
[0034]
优选的，所述s2中计算能见度vi一定时间t范围内变化率的公式如下：
[0035]
公式二：
[0036]
式中：
[0037]
δ_vi：能见度vi变化率
[0038]
max[tvi(t)]：t范围能见度vi的最大值
[0039]
min[tvi(t)]：t范围能见度vi的最小值
[0040]
avg[tvi(t)]：t范围能见度vi的平均值。
[0041]
优选的，所述s3中计算风速fs一定时间t范围内变化率的公式如下：
[0042]
公式三：
[0043]
式中：
[0044]
δ_fs：风速fs变化率
[0045]
max[tfs(t)]：t范围风速fs的最大值
[0046]
avg[tfs(-t)]：前一个t范围的风速fs平均值。
[0047]
优选的，所述s4中计算二氧化氮no2一定时间t范围内增长率的公式如下：
[0048]
公式四：
[0049]
式中：
[0050]
δ_no2：二氧化氮no2变化率
[0051]
max[tno2(t)]：t范围二氧化氮no2的最大值
[0052]
min[tno2(t)]：t范围二氧化氮no2的最小值
[0053]
avg[tno2(t)]：t范围二氧化氮no2的平均值。
[0054]
优选的，所述s5中计算车流量car一定时间t范围内增长率的公式如下：
[0055]
公式五：
[0056]
式中：
[0057]
δ_car：车流量car变化率
[0058]
sum[tcar(t)]：t范围车流量car的总和
[0059]
sum[tcar(-t)]：前一个t范围车流量car的总和。
[0060]
通过以上技术方案，即可根据一定时间t范围内通风系数变化绘制曲线，计算出通风指数y，根据通风指数y的变化范围，最终判定启动风机数量。
[0061]
本发明提供了一种隧道风机控制方法。具备以下有益效果：
[0062]
本发明通过基于多元数据融合的风机控制策略算法，使多元数据有效融合，解决单一阀值控制不足的问题，使风机从单一控制上升为呈线性控制，提高风机自动控制的智能化、科学化、合理化，从而使风机启动和停止，更加贴合隧道行车环境，在安全行车环境下，减少风机开启时间，达到节能减排，同时深度挖掘场景数据，使数据有效融合，互联互通，建筑一个数字的、智能化、智慧化的隧道场景。
附图说明
[0063]
图1为本发明的方法步骤示意图；
[0064]
图2为本发明实施例中通风指数y与时间t之间的曲线关系示意图。
具体实施方式
[0065]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0066]
如图1-2所示，本发明实施例提供一种隧道风机控制方法，包括以下步骤：
[0067]
s1、计算一氧化碳co一定时间t范围内变化率，合理安排风机的通风工作状态，以控制隧道内一氧化碳co的浓度，避免浓度过高时人体因呼吸作用吸入过量而中毒产生危险，其中，风机的通风工作状态为风机处于通风工作状态的数量。
[0068]
公式一：
[0069]
式中：
[0070]
δ_co：一氧化碳变化率
[0071]
max[tco(t)]：t范围一氧化碳的最大值
[0072]
min[tco(t)]：t范围一氧化碳的最小值
[0073]
avg[tco(t)]：t范围一氧化碳的平均值；
[0074]
s2、计算能见度vi一定时间t范围内变化率，以控制隧道内能见度vi满足驾驶需求，避免能见度vi过低时车辆行驶出现危险。
[0075]
公式二：
[0076]
式中：
[0077]
δ_vi：能见度vi变化率
[0078]
max[tvi(t)]：t范围能见度vi的最大值
[0079]
min[tvi(t)]：t范围能见度vi的最小值
[0080]
avg[tvi(t)]：t范围能见度vi的平均值；
[0081]
s3、计算风速fs一定时间t范围内变化率，合理安排风机结合自然风的通风工作状态，以控制隧道内风速fs，确保满足通风标准。
[0082]
公式三：
[0083]
式中：
[0084]
δ_fs：风速fs变化率
[0085]
max[tfs(t)]：t范围风速fs的最大值
[0086]
avg[tfs(-t)]：前一个t范围的风速fs平均值；
[0087]
s4、计算二氧化氮no2一定时间t范围内增长率，合理安排风机的通风工作状态，以控制隧道内二氧化氮no2的浓度，避免浓度过高时人体因呼吸作用吸入过量而中毒产生危险。
[0088]
公式四：
[0089]
式中：
[0090]
δ_no2：二氧化氮no2变化率
[0091]
max[tno2(t)]：t范围二氧化氮no2的最大值
[0092]
min[tno2(t)]：t范围二氧化氮no2的最小值
[0093]
avg[tno2(t)]：t范围二氧化氮no2的平均值；
[0094]
s5、计算车流量car一定时间t范围内增长率，合理安排风机的通风工作状态，以满足隧道内存在不同数量车辆时的通风需求。
[0095]
公式五：
[0096]
式中：
[0097]
δ_car：车流量car变化率
[0098]
sum[tcar(t)]：t范围车流量car的总和
[0099]
sum[tcar(-t)]：前一个t范围车流量car的总和；
[0100]
s6、将s1-s5步骤的公式计算结果代入公式六，从而得出通风指数y
[0101]
公式六：
[0102]
式中：
[0103]
y：预测通风指数
[0104]
e为自然对数并取值2.718
[0105]
δ_car：车流量car t范围内变化率
[0106]
δ_co：一氧化碳变化率
[0107]
δ_vi：能见度vi变化率
[0108]
δ_fs：风速fs变化率
[0109]
δ_no2：二氧化氮no2变化率
[0110]
t：时间范围；
[0111]
s7、将s6中求得的y值换算成所需启动的风机数量值，具体为：
[0112]
将y带入比较式：a≤y＜a+1
[0113]
式中：
[0114]
a的取值范围为自然数
[0115]
当y使得比较式成立时，则所需启动的风机数量值即为a的取值数值。
[0116]
现有的风机控制方案，均是风机根据某一种传感器的阀值，进行开启和关闭，如一氧化碳量程为0300pmm，实时值超过30ppm，启动1台风机；实时值超过70ppm，启动2台风机；实时值超过100ppm，启动3台风机；实时值超过120ppm，启动4台风机等。
[0117]
现有技术方案下的具体实施细节，如下表：
[0118]
常规一氧化碳co浓度与通风阀值关系
[0119]
阀值浓度(量程0300ppm)启动风机数量(台)＜30关闭风机30
‑‑
70170
‑‑
1002
100-1203＞1204
[0120]
常规能见度vi与通风阀值关系
[0121]
阀值浓度(量程0-15)启动风机数量(台)＜4关闭风机4
‑‑
616
‑‑
828
‑‑
103大于104
[0122]
常规二氧化碳no2与通风阀值关系
[0123][0124][0125]
常规风速fs与通风阀值关系(风速越大，表明通风良好，不启动风机)
[0126]
阀值浓度(量程0-15m/s)启动风机数量(台)＞8关闭风机5
‑‑
813
‑‑
521
‑‑
33＜14
[0127]
上述可见，风机自动控制时，一氧化碳、能见度、风速、二氧化氮四种传感器只能四选一，如选择二氧化氮与风机自动控制联动，即二氧化碳超过阀值，则启动风机，不超过阀值，则不启动风机，此种效果下并未起到安全防护作用，处于忽略状态：另外，根据阀值等级启动，可解决部分通风效果，但并非最科学方案，如选一氧化碳与风机进行联动，在阀值临界值时，风机启动排出一氧化碳，汽车尾气又产生一氧化碳，会造成一氧化碳在阀值附近上下浮动，可能会造成风机循环启-停-启-停，对设备也会造成损害；进一步，还缺少车流量启动风机的关联，车流量的多少，与有害气体产生的多少成正比关系，因此增加车流量与风机的联动，就先得格外重要；最后，上述现有方案对于节能减排并未考虑，如由于山体环境原因产生的有害气体，使隧道内有害气体超标，但隧道内并未有车辆，此时风机仍自动开启，浪费了能源。
[0128]
结合多年实际项目经验发现，隧道内有害气体的产生并不是一蹴而就的，与车流
量的多少、通风时间的多少，并非是阀值关系，而是线性关系，本技术将一氧化碳、能见度、风速、二氧化氮、车流量、时间六种因素进行算法融合，从多维角度出发，使环境变量与风机控制策略进行关联，数据互通，使数据驱动设备运行，从而科学有效的进行通风。
[0129]
进一步，可参考下文提供的本技术的两种具体实施案例：
[0130]
实施例一：
[0131]
选取时间t＝2小时
[0132]
公式一：2小时内co最大值30，最小值27，平均值28.5，则
[0133][0134]
δ_co＝0.105
[0135]
公式二：2小时内vi最大值1.05，最小值1.02，平均值1.03，则
[0136][0137]
δ_vi＝0.029
[0138]
公式三：2小时内fs最大值1.98，最小值1.96，平均值1.97，则
[0139][0140]
δ_fs＝0.01
[0141]
公式四：2小时内no2最大值3.33，最小值3.21，平均值3.29，则
[0142][0143]
δ_no2＝0.036
[0144]
公式五：2小时内车流量总和35，前2个小时车流量总和28，则
[0145][0146]
δ_car＝0.25
[0147]
公式六：将公式一、二、三、四、五的计算结果代入公式六，从而得出通风指数y
[0148]
y＝0.026
[0149]
进一步，将y带入比较式：a≤y＜a+1
[0150]
当y使得比较式成立时，可得a＝0，则可得出风机启动数量值为0。
[0151]
实施例二：
[0152]
同样选取时间t＝2小时
[0153]
公式一：2小时内co最大值33，最小值26，平均值29.2，则
[0154][0155]
δ_co＝0.240
[0156]
公式二：2小时内vi最大值1.12，最小值1.01，平均值1.06，则
[0157][0158]
δ_vi＝0.104
[0159]
公式三：2小时内fs最大值1.95，最小值1.71，平均值1.77，则
[0160][0161]
δ_fs＝0.136
[0162]
公式四：2小时内no2最大值2.81，最小值2.51，平均值2.69，则
[0163][0164]
δ_no2＝0.112
[0165]
公式五：2小时内车流量总和52，前2个小时车流量总和19，则
[0166][0167]
δ_car＝1.737
[0168]
公式六：将公式一、二、三、四、五的计算结果代入公式六，从而得出通风指数y
[0169]
y＝2.014
[0170]
进一步，将y带入比较式：a≤y＜a+1
[0171]
当y使得比较式成立时，可得a＝2，则可得出风机启动数量值为2。
[0172]
结果：随着车辆增加，co、vi、fs、no2等环境气体浓度也随着增加，计算通风指数y≈2，则相应启动2台风机进行排风。
[0173]
现有高速公路隧道常规有四种环境传感器即co、vi、fs、no2，若风机联动控制策略只依赖其中的一种，而忽略其它因素，则太过武断，不符合线性变化规律，进一步，隧道内车流量的多少与环境气体浓度的变化又存在一定的线性关系，如车流量增多，尾气排放量增大，co、no2浓度也会随之增加等，因此风机的控制策略，与co、vi、fs、no2、车流量均存在关联，本方法在传统风机控制策略基础上进行升级、优化，使数据互通，破圈融合，通过在北京隧道实际项目中进行多次修改、验证，使风机的启动更加人性化、合理化、科学化。
[0174]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。