一种隧道LED照明系统的行车安全双控调光方法与流程

本发明涉及隧道led照明的技术领域，尤其是指一种隧道led照明系统的行车安全双控调光方法。

背景技术：

led照明系统与其它照明系统相比，具有发光效率高、使用寿命长、能耗低等优良性能，正广泛应用于隧道工程中。由于隧道内外亮度差异极大，驾驶员进入隧道至离开隧道，存在视觉适应性问题。若隧道内的亮度不能有效控制，驾驶员看不清路面状况，极易发生车祸等安全事故。

目前，隧道led照明采用以下三种调光方式：1、通过改变灯具的安装密度来实现视觉过渡，但该方法无法根据环境状况实现调光，且节能效果差；2、采用分段调光技术，每段led灯亮度一致，段与段之间亮度出现突变，导致驾驶员难以适应亮度的变化；3、采用无级调光技术，需要对隧道内每一盏led灯进行调光，控制复杂、工程实施困难。为此，为克服上述困难，提出一种新的隧道led照明系统调光方法具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种隧道led照明系统的行车安全双控调光方法，该方法具有调光灵活、环境适应性强、易于工程实施的优点，有利于提高行车舒适性与安全性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种隧道led照明系统的行车安全双控调光方法，所述隧道led照明系统包括亮度计、车辆检测器、控制中心、亮度控制模块和led隧道灯模块；所述隧道分为n个照明段，命名为照明段i，i＝1,2,…,n；所述亮度计装设在隧道的洞口和各个照明段内，用于检测洞外亮度和各照明段亮度；所述车辆检测器装设在隧道入口前方规定距离处，用于检测车速和车流量；所述led隧道灯模块包括调光器和led隧道灯，调光器根据亮度控制模块的控制信号调节led隧道灯的亮度；

所述行车安全双控调光方法包括照明段的段内控制与段间控制；所述段内控制是指调节照明段内部的亮度，称为段内亮度，各个照明段的段内亮度不相等；所述段间控制是基于人眼适应性特性调节两个照明段交界处的亮度，称为段间亮度，以实现亮度的平滑过渡；该方法实现包括以下步骤：

1)亮度计和车辆检测器将检测数据传输至控制中心；

2)控制中心计算各照明段的段内亮度与段间亮度，确定段内控制与段间控制的控制对象及其地址信息；

3)亮度控制模块根据地址信息，向led隧道灯模块发送控制信号；

4)led隧道灯模块收到控制信号，调节led隧道灯的亮度，使照明段的实际亮度达到步骤2)计算的亮度。

所述步骤2)包括以下步骤：

2.1)根据公路隧道照明设计细则计算照明段的段内亮度

定义照明段i的段内亮度为li；对于隧道入口的照明段，段内亮度li＝kil20，其中，ki为亮度比值，通过查询细则确定，l20为洞外亮度；对于隧道中部的照明段，段内亮度li＝lin，其中，lin通过查询细则确定，即隧道中部的照明段的段内亮度是通过查询细则确定；对于隧道出口的照明段，段内亮度li＝kilin；

2.2)根据段内亮度和人眼适应性特性计算段间亮度

设照明段i至照明段i+1的段间控制对应的区间长度为si(i+1)，1≤i＜i+1≤n，距离区间起点s米处的亮度为li(i+1)，根据人眼适应性特性，按指数规律调节li(i+1)，具体满足以下公式：

li(i+1)＝li(1+s/v)^-1.40≤s≤si(i+1)(1)

其中，v为车速；

当s＝si(i+1)时，有：

li+1＝li(1+si(i+1)/v)^-1.4(2)

由式(2)，得到：

2.3)确定段内控制与段间控制的控制对象

对于照明段i的段内控制，i＝1,2,…,n，控制对象为照明段i内所有led隧道灯模块；

设和分别为照明段i中与前、后两个照明段相邻且需要单独控制的led隧道灯数量；由于照明段1前与照明段n后没有相邻照明段，对于照明段i至照明段i+1的段间控制，控制对象为照明段i中后qi²个led隧道灯模块和照明段i+1中前个led隧道灯模块，和满足以下公式：

其中，sd表示相邻两个led隧道灯模块之间的长度，若si(i+1)/sd不为整数，需对其取整；

2.4)确定控制对象的地址信息

每个led隧道灯模块具有两类地址信息，为段地址与单灯地址信息，地址信息由二进制数表示，段内控制的控制对象具有相同的段地址信息，段间控制的控制对象具有不同的单灯地址信息。

在步骤3)中，亮度控制模块根据段地址信息，向段内控制的led隧道灯模块发送同一个段控制信号，而根据单灯地址信息，向段间控制的led隧道灯模块发送不同的单灯控制信号。

在步骤4)中，根据控制信号的不同，具有以下三种情况：

第一种、led隧道灯模块收到单灯控制信号，不论是否收到段控制信号，调光器根据单灯控制信号调节led隧道灯的亮度；

第二种、led隧道灯模块没有收到单灯控制信号，收到段控制信号，调光器根据段控制信号调节led隧道灯的亮度；

第三种、led隧道灯模块既没有收到单灯控制信号，也没有收到段控制信号，向控制中心反馈控制信号缺失。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、实时采集亮度、车速和车流量信息，动态调整照明段的段内亮度与段间亮度，环境适应性强。

2、基于人眼适应性特性实现段间亮度的平滑过渡，提高了行车的舒适性和安全性。

3、为每个led隧道灯模块设置两类地址信息，根据地址信息发送控制信号，实现隧道led照明系统的双控调光，调光过程灵活。

4、调光方法易于实现，工程应用可行性高。

附图说明

图1为隧道led照明系统示意图。

图2为本发明方法控制逻辑流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的内容作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例针对的隧道led照明系统包括亮度计、车辆检测器、控制中心、亮度控制模块和led隧道灯模块；将隧道分为n个照明段，命名为照明段i，i＝1,2,…,n；亮度计用于检测洞外亮度和各照明段亮度，其中，检测洞外亮度的亮度计装设在隧道入口前方100m处，检测照明段亮度的亮度计装设在各照明段中部和两个照明段交界处，照明段交界处每5m装设一个；车辆检测器装设在隧道入口前方300m处，用于检测车速和车流量；亮度控制模块向led隧道灯模块发送控制信号；led隧道灯模块包括调光器和led隧道灯，调光器根据控制信号调节led隧道灯的亮度。

本实施例所提供的隧道led照明系统的行车安全双控调光方法，包括照明段的段内控制与段间控制。所述段内控制是指调节照明段内部的亮度(下称段内亮度)，各个照明段的段内亮度不相等。所述段间控制是基于人眼适应性特性调节两个照明段交界处的亮度(下称段间亮度)，实现亮度的平滑过渡。

本实施例以隧道入口至隧道中部的调光为例，共有五个照明段，照明段1至照明段5的长度分别为d1＝48m，d2＝48m，d3＝72m，d4＝90m，d5＝180m；相邻两个led隧道灯模块之间的长度sd＝1.5m，照明段1至照明段5分别装有32、32、48、60和120个led隧道灯模块。

如图2所示，所述行车安全双控调光方法包括以下步骤：

1)亮度计和车辆检测器将检测数据传输至控制中心。

以单向交通行车情况为例，假设亮度计和车辆检测器检测到洞外亮度l20＝3450cd/m²，车速v＝80km/h，车流量n＝800veh/(h·ln)。

2)控制中心计算各照明段的段内亮度与段间亮度，确定段内控制与段间控制的控制对象及其地址信息。

2.1)根据公路隧道照明设计细则计算照明段的段内亮度

定义照明段i的段内亮度为li(i＝1,2,…,5)。设照明段1至照明段4的段内亮度与洞外亮度l20的比值分别为k1、k2、k3、k4。根据公路隧道照明设计细则，k1的取值参照表1，k2＝0.5k1，k3＝0.15k1，k4＝0.05k1，照明段5的段内亮度l5取值参照表2。

表1照明段1的亮度比值k1

表2照明段5的段内亮度l5(cd/m²)

据表1，当v＝80km/h时，k1的取值范围为0.025～0.035，则k1线性内插的计算结果为：

进而计算出照明段1至照明段4的段内亮度l1、l2、l3、l4如下：

l1＝k1×l20＝0.03029×3450＝104.50cd/m²

l2＝k2×l20＝0.5×0.03029×3450＝52.25cd/m²

l3＝k3×l20＝0.15×0.03029×3450＝15.68cd/m²

l4＝k4×l20＝0.05×0.03029×3450＝5.23cd/m²

据表2，照明段5的段内亮度取为l5＝2.5cd/m²。

2.2)根据段内亮度和人眼适应性特性计算段间亮度

设照明段i至照明段i+1的段间控制对应的区间长度为si(i+1)，1≤i＜i+1≤n，距离区间起点s米处的亮度为li(i+1)，根据人眼适应性特性，按指数规律调节li(i+1)，具体满足以下公式：

li(i+1)＝li(1+s/v)^-1.4(0≤s≤si(i+1))(1)

当s＝si(i+1)时，有：

li+1＝li(1+si(i+1)/v)^-1.4(2)

由式(2)，得到：

将段内亮度的具体数值代入式(3)，计算得到s12＝14.24m，s23＝30.28m，s34＝26.46m，s45＝15.43m。

2.3)确定段内控制与段间控制的控制对象

对于照明段i的段内控制(i＝1,2,…,5)，控制对象为照明段i内所有led隧道灯模块。

设和分别为照明段i中与前、后两个照明段相邻且需要单独控制的led隧道灯数量。由于照明段1前没有相邻照明段，对于照明段i至照明段i+1的段间控制，控制对象为照明段i中后个led隧道灯模块和照明段i+1中前个led隧道灯模块，和满足以下公式：

其中，sd表示相邻两个led隧道灯模块之间的长度，若si(i+1)/sd不为整数，需对其取整。

以照明段1至照明段2的段间控制为例，有

式(5)的解为则控制对象为照明段1中后5个led隧道灯模块和照明段2中前4个led隧道灯模块。进一步地，由于照明段1、2装有32个led隧道灯模块，段间控制的控制对象具体为照明段1中第28～32个led隧道灯模块和照明段2中第1～4个led隧道灯模块。

2.4)确定控制对象的地址信息

每个led隧道灯模块具有两类地址信息，段地址与单灯地址信息。地址信息由二进制数表示，二进制数的位数由描述对象决定。由前述条件：本实施例共有五个照明段，每个照明段最多装有120个led隧道灯模块。因此，段地址信息由3位二进制构成，用于描述所处照明段；单灯地址信息由(3+7)位二进制构成，前3位用于描述所处照明段，后7位用于描述该照明段内具体某一盏灯。

段内控制的控制对象具有相同的段地址信息，以照明段1的段内控制为例，其控制对象的段地址信息均为001。段间控制的控制对象具有不同的单灯地址信息，以照明段1至照明段2的段间控制为例，其控制对象如照明段1中第28个led隧道灯模块的单灯地址信息为0010011100，第29个led隧道灯模块的单灯地址信息为0010011101。

3)亮度控制模块根据地址信息，向led隧道灯模块发送控制信号。

以照明段1的段内控制为例，亮度控制模块根据段地址信息001，向照明段1内所有led隧道灯模块发送同一个段控制信号；以照明段1至照明段2的段间控制为例，对于照明段1中第28个led隧道灯模块，亮度控制模块根据单灯地址信息0010011100，向其发送单灯控制信号，其它的以此类推。

4)led隧道灯模块收到控制信号，调节led隧道灯的亮度，使照明段的实际亮度达到步骤2)计算的亮度。

根据控制信号的不同，具有以下三种情况：

第一种、led隧道灯模块收到单灯控制信号，不论是否收到段控制信号，调光器根据单灯控制信号调节led隧道灯的亮度。

第二种、led隧道灯模块没有收到单灯控制信号，收到段控制信号，调光器根据段控制信号调节led隧道灯的亮度。

第三种、led隧道灯模块既没有收到单灯控制信号，也没有收到段控制信号，向控制中心反馈控制信号缺失。

以照明段1为例，且不考虑控制信号缺失，第28～32个led隧道灯模块收到单灯控制信号，符合第一种情况，调光器根据单灯控制信号调节led隧道灯的亮度；第1～27个led隧道灯模块仅收到段控制信号，符合第二种情况，调光器根据段控制信号调节led隧道灯的亮度。

以上实施例为本发明专利较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明专利的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应视为等效的置换方式，都包含在本发明专利的保护范围之内。