一种隧道智能节能降损照明系统的制作方法

本发明属于高速公路照明管理与控制领域，旨在提供了一种隧道智能节能降损照明系统，在满足隧道行车照明需求的前提下，尽可能降低隧道照明投入。
背景技术：
：由于高速公路存在交通量小的时段，如夜晚、非高峰时段等，在车头时距较大的情况下，隧道内24小时不间断照明将带来不必要的能源浪费。现有的研究可以实现一定的节能，例如，依据环境亮度、车流量等外界环境因素设计了模糊控制器,从而实现了隧道照明无级调光，但是这样的无级调节，在车流量极少的情况下，处于很暗的状态，没有满足完全节能的要求；也有研究提出车“来灯亮,人走灯灭”的控制方法，但这样做会显著降低灯具寿命。因此本项目组通过搜集隧道交通量数据，结合车头时距的统计分析方法，同时考虑隧道照明系统的能耗参数与系统开关寿命参数，建立车路协同条件下隧道不连续照明系统的智能控制算法，并对交通检测与照明控制系统进行设计。本系统主要功能和目标是通过不连续照明降低隧道照明系统的能耗，同时通过交通检测系统的交通量分析，合理设置开关条件，从而实现维持灯具最大使用寿命和隧道照明最低能耗的综合效益最佳。技术实现要素：本发明根据我国隧道照明的现状，旨在解决以上现有技术的问题，提出了一种隧道智能节能降损照明系统。本发明采用的技术方案为：一种隧道智能节能降损照明系统，其特征在于：包括有检测系统、控制系统、照明系统，所述检测系统包括有两个地磁检测器，两个地磁检测器间隔设置在隧道入口前的一段距离内，靠近隧道入口的地磁检测器一与隧道入口之间的距离由道路上车辆的最高限速决定，距离隧道入口较远的地磁检测器二与隧道入口之间的距离由车头时距大小决定；所述控制系统包括有单片机、信号调理电路，两个地磁检测器的信号输出端与信号调理电路的信号输入端连接，信号调理电路信号输出端与单片机连接，单片机与照明系统控制连接；所述控制系统将检测系统传来的车流信息的检测信号转化为电信号，经放大整形、波形处理后传入单片机，单片机控制照明系统呈现不同的照明状态。所述的一种隧道智能节能降损照明系统，其特征在于：所述照明系统采用高压钠灯。所述的一种隧道智能节能降损照明系统，其特征在于：所述照明系统的照明状态包括正常照明、低亮度照明和关闭照明三种状态。所述的一种隧道智能节能降损照明系统，其特征在于：所述地磁检测器一与隧道入口之间的距离设为l1，用于控制隧道照明系统处于低亮度状态或正常照明状态；地磁检测器二与隧道入口之间的距离设为l2，用于控制隧道照明系统处于关闭状态或低亮度状态。所述的一种隧道智能节能降损照明系统，其特征在于：当车流的车头时距较大时，即地磁检测器一检测到的车辆已经通过隧道时，地磁检测器二还没有检测到车辆，此时隧道照明装置处于关闭状态；当车流的车头时距适中时，即地磁检测器一检测到的车辆通过隧道时，地磁检测器二已经检测到车辆，此时隧道照明装置为低亮度状态，待车辆被地磁检测器一检测到时，将隧道照明装置调节为正常照明状态；当车流的车头时距较小时，即地磁检测器一检测到的车辆还没有通过隧道时，地磁检测器二已经又检测到车辆，此时隧道照明装置一直处于正常照明状态。本发明中的正常照明状态可保证隧道内车辆安全行驶，低亮度照明状态既可实现隧道照明的节能，又可以保护灯具的寿命不受频繁开关而减少，关闭照明状态则可以实现隧道照明的完全节能。本发明的控制系统的工作过程如下：当车辆通过地磁检测器二时，控制系统将照明装置变为低亮度状态，当车辆继续行驶，通过地磁检测器一时，控制系统将照明装置变为正常照明状态。若地磁检测器一持续检测到车辆通过，则隧道内保持正常照明状态，若地磁检测器二检测到车辆通过，且隧道内无车辆行驶，则隧道内变为低亮度照明状态。若地磁检测器二和地磁检测器一在一定时间内未检测到车辆通过，则关闭隧道照明系统。本发明的优点和实际价值如下：(1)在实用性方面：采用双检测器检测系统，提供了一种特定算法，通过交通检测系统的交通量分析，合理设置照明状态，从而实现维持灯具最大使用寿命和隧道照明最低能耗的综合效益最佳。(2)在施工操作方面：仅需要在现有高速公路隧道照明的基础上，添加此检测系统、控制系统，设施简单，无需大规模改造；(3)在适用性方面：一方面，随着我国公路隧道数持续增长，隧道照明消耗大量能源，本系统可显著节能降损，顺应绿色交通、智能交通的时代潮流，具有广阔的应用前景。适用于山区隧道夜间照明，也可推广至山区高速公路所有路段、服务区等。另一方面，保证车辆安全通过的前提下，寻找灯具损耗与节省能源的平衡、最大限度减少对隧道照明的经济投入。对于已使用现有智能照明系统的隧道、未使用智能照明的隧道、人工控制开关的隧道均可采用。(4)在安全性方面：目前我国隧道照明设施普遍相对落后，缺乏对隧道照明控制的深入研究。为保证行车安全，大部分隧道均设置照明设施。由于隧道照明设施在设计时选取偏于保守，必然会造成一些不必要的浪费。与此同时，运营单位为了降低运营和维护费用，并不完全开启所有照明灯具，往往采取开启1/4到1/2左右，有的隧道甚至不开灯，造成隧道内照明亮度很低，且亮暗交错不均匀，易引发驾驶员视觉疲劳，带来了严重的安全隐患。本发明解决了这个问题，采用隧道智能节能降损照明系统，既可节约能源，节省成本，也提高了照明的质量，保证了行车安全。附图说明：图1为本系统结构组成树状图示意图。图2为本系统的双检测器布置侧视示意图。图3为检测系统中两检测器布置俯视示意图。图4为车辆位置与隧道内照明状态关系示意图(关闭照明状态)。图5为车辆位置与隧道内照明状态关系示意图(低亮度照明状态)。图6为车辆位置与隧道内照明状态关系示意图(正常照明状态)。图7为车辆位置与隧道内照明状态关系示意图(车辆驶出隧道)。图8为车头时距分布曲线图。【附图标记说明】1—地磁地磁检测器一(距离隧道入口近的检测器)；2—地磁地磁检测器二(距离隧道入口远的检测器)；3—隧道；4—车辆；l1——地磁检测器一距隧道入口处的距离；l2——地磁检测器二距隧道入口处的距离。具体实施方式：下面结合附图，对本发明作进一步说明：如图1所示，一种隧道智能节能降损照明系统，包括有检测系统、控制系统、照明系统，检测系统包括有两个地磁检测器1、2，两个地磁检测器1、2间隔设置在隧道3入口前的一段距离内，靠近隧道入口的地磁检测器一1与隧道3入口之间的距离由道路上车辆4的最高限速决定，距离隧道入口较远的地磁检测器二2与隧道3入口之间的距离由车头时距大小决定；控制系统包括有单片机5、信号调理电路6，两个地磁检测器1、2的信号输出端与信号调理电路6的信号输入端连接，信号调理电路6信号输出端与单片机5连接，单片机5与照明系统控制连接；控制系统将检测系统传来的车流信息的检测信号转化为电信号，经放大整形、波形处理后传入单片机5，单片机5控制照明系统呈现不同的照明状态，照明系统采用高压钠灯7。照明系统的照明状态包括正常照明、低亮度照明和关闭照明三种状态。如图2-7所示，地磁检测器一1与隧道3入口之间的距离设为l1，用于控制隧道照明系统处于低亮度状态或正常照明状态；地磁检测器二2与隧道3入口之间的距离设为l2，用于控制隧道照明系统处于关闭状态或低亮度状态。当车流的车头时距较大时，即地磁检测器一检测到的车辆已经通过隧道时，地磁检测器二还没有检测到车辆，此时隧道照明装置处于关闭状态；当车流的车头时距适中时，即地磁检测器一检测到的车辆通过隧道时，地磁检测器二已经检测到车辆，此时隧道照明装置为低亮度状态，待车辆被地磁检测器一检测到时，将隧道照明装置调节为正常照明状态；当车流的车头时距较小时，即地磁检测器一检测到的车辆还没有通过隧道时，地磁检测器二已经又检测到车辆，此时隧道照明装置一直处于正常照明状态。本发明的原理在于：检测系统采用两个地磁检测器，地磁检测器先进、灵敏，能够较为准确地检测到车辆的到来。该装置利用汽车金属外壳通过时引起的磁场变化来进行车辆的检测。检测信号转化为电信号，经放大整形、波形处理等环节后传入控制系统。地磁检测器一为控制隧道内灯光亮度强弱的装置，设置地磁检测器一时，充分考虑可能会影响驾驶员正常驾驶的因素，比如：不同车速下驾驶员注视点在车前方的距离是不一样的。本系统需要保证驾驶员驶过检测点1时，在其视野内隧道灯光亮度不会发生明显的变化，以免干扰驾驶员的驾驶行为，影响交通安全。故在确定地磁检测器一位置时，应综合考虑驾驶员的驾驶行为和隧道内使用的高压钠灯的启动时间等因素，由此确定地磁检测器一到隧道入口处的距离l1。根据道路相关规范规定，当车速为v时，驾驶员的注视点在前方距离为s，由于本装置反复开关，灯具温度始终较热，故不考虑灯具由暗转亮消耗的时间。故取驾驶员的最远注视距离为地磁检测器一到隧道口的距离,即l1＝s。为了确保所有车辆进入隧道之前，驾驶员视野内隧道灯光亮度不会发生明显的变化，以道路的最高限速作为依据，利用下表1确定s(若无对应车速，则采用内插值法确定s)。表1驾驶员注视点在汽车前方距离与行车速度的关系行车速度/(km/h)注视点在汽车前方距离/m4018070360105610地磁检测器二控制隧道内灯具的打开与关闭。地磁检测器二距离隧道入口越远，隧道内灯具处于打开状态的时间越长。若地磁检测器二距离隧道入口较远，虽然有利于避免隧道内的灯具因频繁开关而损坏，却会造成灯具处于打开状态的时间过长，与节省能耗的理念不符。若地磁检测器二距离隧道入口较近，虽能更好地节约电能，却会因频繁开关灯具而影响灯具的使用寿命。本发明找到一个地磁检测器二距隧道入口的最佳距离，从而达到最大化节省能源的目的。而地磁检测器一和地磁检测器二之间的距离由本系统提供的车头时距优化模型确定。车头时距优化模型如下：在安装本装置前，进行隧道夜间(凌晨0-6点)交通量调查，确定车头时距分布曲线，如图8所示。图8中：ht------车头时距t0------最小车头时距t3------最大车头时距t1------汽车从地磁检测器一行驶到隧道出口所用的时间。l为隧道第一段开灯长度，vmin为最低限速，s1为地磁检测器一到隧道入口的距离。t2------汽车从地磁检测器二行驶到隧道出口所用的时间。则本装置因关灯节省的电量价值为：w1------使用本装置可以节省的电量价值p1------灯具正常照明状态的单位时间电量消耗p2------灯具低亮度状态的单位时间电量消耗k------当地单位耗电量价格。又灯具反复开关会损耗灯具寿命，间接损耗了单位时间照明的花费。假设灯具寿命为t(h),灯具单价为z元/个。由于频繁使用，灯具寿命变为t'。则灯具价值损耗为：w2------灯具频繁开关造成的财产损失。节约的总价值为：w＝w1-w2联立上述三式，解得w的最优解，求得最优的t2。根据t2和道路最高限速vmax可以解得地磁检测器一与地磁检测器二之间的距离s2：s2＝t2×vmax-l-s1至此，可解得地磁检测器一距地磁检测器二之间的距离。当前第1页12