一种照明段结构动态配置的隧道照明控制系统的制作方法

本发明涉及一种隧道照明控制系统，特别是涉及一种照明段结构动态配置的隧道照明控制系统。

背景技术：

随着经济社会的发展，公路已成为人们出行最主要的交通载体之一，建设过程中越来越注重安全性、舒适性、便捷性。在多山区域，通过开凿隧道可以有效降低公路，特别是高速公路的行车里程，减少对周边环境的破坏，提高行车安全性和舒适性。为了保障隧道的正常运营，往往需要借助多种多样的机电系统，包括照明控制系统、应急报警系统、通风控制系统、消防系统、监控系统等，其中照明控制系统作为最基本的基础功能系统，对于隧道行车的安全性、舒适性具有决定性作用。

传统的隧道照明控制系统主要采用高压钠灯或荧光灯作为照明灯具，采取人工控制的方式实现简单的回路开关控制，能耗及灯具损坏率均比较高。随着大功率led照明技术的成熟和商业化推广，动态调整隧道中照明灯具的亮度，实现按需照明已成为隧道照明控制系统的主要发展方向。

目前，为了改善隧道照明的节能性、舒适性和安全性，一般采用分段照明的方式，将隧道分为入口段、过渡段、中间段和出口段等照明段，根据人眼视觉适应曲线分别设置各照明段的亮度和长度，在降低“黑洞效应”及“白洞效应”对行车安全的影响的前提下，减少因过度照明而导致的能源浪费及灯具寿命损耗。此外，为了进一步降低能耗，一种常用的改进措施是利用无级调光控制系统，根据隧道外的环境亮度及隧道内的车流量，实时调整隧道内各照明段灯具的亮度，从而实现按需照明。

但上述改进方法尚存在一些不足：隧道建设时，各照明段的长度一般按照设计最大值选取，但实际运营过程中，隧道周边的环境条件及车流量等具有明显的时变性，从而导致入口段和过渡段的长度存在冗余或不足的情况，制约了隧道的节能性和安全性；设置过渡段的主要目的是避免因亮度突变而导致人眼不适应，诱发行车安全隐患，但现有的过渡段设计一般采用多级分段照明的方式，由于分段数有限，相邻照明段之间依旧存在亮度突变的情况；采用无级调光控制系统虽然可以动态调整隧道内照明灯具的亮度以降低能耗，但无法对各照明段的长度做出调整，特别对于入口段，由于灯具亮度较高，因长度冗余而造成的能耗浪费不可忽略。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种照明段结构动态配置的隧道照明控制系统，在消除隧道内照明亮度突变对行车安全影响的同时，实现照明段长度的动态配置，降低因过度照明而导致的能源浪费。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明由隧道内灯具群、无级调光控制器、车检器、照度计、上位机构成，其中隧道内灯具群分为入口段灯具群、动态配置段灯具群、中间段灯具群及出口段灯具群，动态配置段灯具群中的灯具采用单灯独立控制的方式，上位机根据隧道外的环境亮度及隧道内的车流量，动态调整动态配置段灯具群中不同灯具的亮度，实现对隧道内各照明段长度和亮度的动态配置。

所述入口段灯具群、中间段灯具群及出口段灯具群以灯具亮度作为分组标准，同一灯具群中各灯具的亮度一致且可调，采用回路集中控制的方式，其中入口段灯具群的灯具亮度最高，中间段灯具群的灯具亮度最低；所述动态配置段灯具群的位置介于入口段灯具群和中间段灯具群之间。

所述无级调光控制器用于控制隧道内灯具的亮度，控制方式包括但不限于模拟直流电压控制、pwm控制、总线控制、无线通信控制，亮度调节级数为256级或65536级，每个无级调光控制器包含4~16个输出通道，可同时输出4~16路控制信号。

所述车检器用于检测隧道内的车流量，安装于隧道内距隧道入口1~2米处，可采用视频车检器或地磁线圈车检器。

所述照度计用于检测隧道内外的亮度，共有两个，分别布置于隧道外距隧道入口10~15米处和隧道内距隧道入口50~200米处，其中布置于隧道外的照度计用于检测隧道外的环境亮度，布置于隧道内的照度计用于检测隧道内的实际照明亮度。

所述照明段分为入口段、过渡段、中间段和出口段，其中入口段、中间段和出口段以灯具亮度作为分段标准，同一照明段内的灯具亮度一致，过渡段位于入口段和中间段之间，其中的灯具亮度呈指数递减分布。

所述单灯独立控制指利用无级调光控制器输出控制信号，每盏灯具的控制线均独立接入到无级调光控制器的一个输出通道上，以实现对灯具亮度的独立调节。

所述回路集中控制指利用无级调光控制器输出控制信号，同时将供电回路内所有灯具的控制线并联在一起，统一接入到无级调光控制器的一个输出通道上，以实现对供电回路内所有灯具亮度的统一调节。

本发明具有的有益效果是：

1、通过对动态配置段灯具群中各灯具亮度的动态调节，实现对隧道内入口段和过渡段照明长度的调整，提高能源利用率，实现按需照明；

2、利用无级调光控制器，采用单灯独立控制和回路集中控制相结合的方式，实现对隧道内各照明灯具亮度的动态调整，降低建设成本的同时，减少能耗浪费及灯具寿命损耗；

3、过渡段由动态配置段灯具群中的灯具构成，并采用单灯独立控制的调光方式，从而实现过渡段亮度的平滑过渡，消除因亮度突变而导致的行车安全隐患，提高隧道的安全性和舒适性。

本发明可广泛应用于城市道路隧道、高速公路隧道等隧道照明控制领域，特别适用于多山地区的特长隧道及连续隧道群。

附图说明

图1、图2是照明需求为标准值时的系统结构图。

图3是照明需求低于标准值时的系统工作示意图。

图4是照明需求高于标准值时的系统工作示意图。

图中：1、入口段灯具群，2、动态配置段灯具群，3、中间段灯具群，4、出口段灯具群，5、隧道，6、隧道入口，7、隧道出口，8a、照度计，8b、照度计，9、车检器，10、接近段，11a、入口段，11b、入口段，11c、入口段，12a、过渡段，12b、过渡段，12c、过渡段，13a、中间段，13b中间段，13c、中间段，14、出口段，15、无级调光控制器，16、控制信号，17、上位机，18、亮度分布曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，本发明由隧道内灯具群、无级调光控制器15、车检器9、照度计8a、8b、上位机17构成，其中隧道内灯具群分为入口段灯具群1、动态配置段灯具群2、中间段灯具群3及出口段灯具群4，动态配置段灯具群2中的灯具采用单灯独立控制的方式，上位机17根据隧道5外的环境亮度及隧道5内的车流量，动态调整动态配置段灯具群2中不同灯具的亮度，实现对隧道5内各照明段长度和亮度的动态配置。

所述入口段灯具群1、中间段灯具群3及出口段灯具群4以灯具亮度作为分组标准，同一灯具群中各灯具的亮度一致且可调，采用回路集中控制的方式。为了降低隧道5“黑洞效应”对行车安全的影响，入口段灯具群1的灯具亮度相比其它灯具群最高；此外，为了节约能耗并提高灯具使用寿命，中间段灯具群3的灯具亮度相比其它灯具群最低。为了消除入口段灯具群1和中间段灯具群3之间亮度突变对驾驶员视觉的影响，在上述两个灯具群之间设置一个动态配置段灯具群2，以实现照明亮度的平滑过渡。

所述无级调光控制器15用于控制隧道5内灯具的亮度，控制方式包括但不限于模拟直流电压控制、pwm控制、总线控制、无线通信控制，亮度调节级数为256级或65536级，每个无级调光控制器15包含4~16个输出通道，可同时输出4~16路控制信号16。

所述车检器9用于检测隧道内的车流量，安装于隧道5内距隧道入口6一到两米处，可采用视频车检器或地磁线圈车检器。

所述照度计8a、8b用于检测隧道5内外的亮度，共有两个，分别布置于隧道5外距隧道入口6十米到十五米处和隧道5内距隧道入口6五十到两百米处，其中布置于隧道5外的照度计8a用于检测隧道5外的环境亮度，布置于隧道5内的照度计8b用于检测隧道5内的实际照明亮度。

所述照明段分为入口段11a、11b、11c、过渡段12a、12b、12c、中间段13a、13b、13c和出口段14，其中入口段11a、11b、11c、中间段13a、13b、13c和出口段14以灯具亮度作为分段标准，同一照明段内的灯具亮度一致，过渡段12a、12b、12c位于入口段11a、11b、11c和中间段13a、13b、13c之间，其中的灯具亮度呈指数递减分布。

为了消除入口段11a、11b、11c与中间段13a、13b、13c之间亮度突变对于驾驶员的生理影响，提高行车安全系数，利用动态配置段灯具群2中的部分灯具提供过渡段12a、12b、12c的照明，其中过渡段12a、12b、12c中各灯具的亮度计算公式为：

(n=1,2,3,…)

式中为从入口段11a、11b、11c和过渡段12a、12b、12c的交界处开始计数的第n盏灯具的亮度，为入口段11a、11b、11c中灯具的亮度，为中间段13a、13b、13c中灯具的亮度，a为亮度调整系数，x为以入口段11a、11b、11c和过渡段12a、12b、12c的交界处为原点时，各盏灯具距原点的距离。当满足以下亮度约束条件时，n取得最大值：

如图1所示，隧道5内入口段11a、11b、11c的照明由入口段灯具群1中的全部灯具以及动态配置段灯具群2中的部分灯具提供，过渡段12a、12b、12c的照明由动态配置段灯具群2中的部分灯具提供，中间段13a、13b、13c的照明由中间段灯具群3中的全部灯具以及动态配置段灯具群2中的部分灯具提供，出口段14的照明由出口段灯具群4中的全部灯具提供。

如图2所示，所述单灯独立控制指利用无级调光控制器15输出控制信号16，每盏灯具的控制线均独立接入到无级调光控制器15的一个输出通道上，以实现对灯具亮度的独立调节。所述回路集中控制指利用无级调光控制器15输出控制信号16，同时将供电回路内所有灯具的控制线并联在一起，统一接入到无级调光控制器15的一个输出通道上，以实现对供电回路内所有灯具亮度的统一调节。系统运行过程中，上位机17根据布置于隧道5外的照度计8a对环境亮度的检测结果，以及布置于隧道入口6处的车检器9对车流量的检测结果，利用线性插值的方式计算得到所需的照明亮度信息并发送到无级调光控制器15中，通过无级调光控制器15输出控制信号16，从而调整灯具的照明亮度。当隧道5外环境亮度较高或隧道5内车流量较大时，相应地提高隧道5内各照明段的亮度。

不失一般性，下面以使用4个输出通道的无级调光控制器15为例对本发明的工作原理作具体说明。

如图3所示，当隧道5外的环境亮度较低或者隧道5内的车流量较小时，隧道5内的照明需求相应降低，为了达到节能减排的目的，应降低隧道5内各照明段灯具的亮度，并缩小入口段11a的长度。一方面，通过回路集中控制的方式降低入口段灯具群1和中间段灯具群3中灯具的亮度；另一方面，采用单灯独立控制的方式调整动态配置段灯具群2中灯具的亮度，其中位于入口段11b内的灯具亮度保持与入口段灯具群1中的灯具亮度一致，位于中间段13b内的灯具亮度保持与中间段灯具群3中的灯具亮度一致，位于过渡段12b内的灯具亮度及数量则根据过渡段12b中各灯具的亮度计算公式及亮度约束条件计算得到，在调整过渡段12b照明亮度的同时，减少过渡段12b内的灯具数量，从而减小过渡段12b的长度，以节约能耗。此外，由于隧道5内照明需求的降低，入口段11a的长度出现冗余，从而造成不可忽视的能源浪费，需要对入口段11a的长度做出调整。利用无级调光控制器15输出控制信号16，减少动态配置段灯具群2中亮度与入口段灯具群1中灯具亮度相同的灯具数，并增加动态配置段灯具群2中亮度与中间段灯具群3中灯具亮度相同的灯具数，上述发生亮度增、减的灯具数量相等，从而实现隧道5内亮度分布曲线18向隧道入口6方向的平移，形成新的入口段11b、过渡段12b及中间段13b。

如图4所示，当隧道5外的环境亮度较高或者隧道5内的车流量较大时，隧道5内的照明需求相应提高，为了保证隧道5内行车的安全性和舒适性，需要提高隧道5内各照明段灯具的亮度，并增加入口段11a的长度。一方面，通过回路集中控制的方式提高入口段灯具群1和中间段灯具群3中灯具的亮度；另一方面，采用单灯独立控制的方式调整动态配置段灯具群2中灯具的亮度，其中位于入口段11c内的灯具亮度保持与入口段灯具群1中的灯具亮度一致，位于中间段13c内的灯具亮度保持与中间段灯具群3中的灯具亮度一致，位于过渡段12c内的灯具亮度及数量则根据过渡段12c中各灯具的亮度计算公式及亮度约束条件计算得到，在调整过渡段12c照明亮度的同时，增加过渡段12c内灯具的数量。此外，利用无级调光控制器15输出控制信号16，增加动态配置段灯具群2中亮度与入口段灯具群1中灯具亮度相同的灯具数，并减少动态配置段灯具群2中亮度与中间段灯具群3中灯具亮度相同的灯具数，上述发生亮度增、减的灯具数量相等，从而实现隧道5内亮度分布曲线18向隧道出口7方向的平移，形成新的入口段11c、过渡段12c及中间段13c。