一种考虑交通状况和不同路段的隧道调光控制方法及系统与流程

本发明涉及隧道调光控制，尤其是涉及一种考虑交通状况和不同路段的隧道调光控制方法及系统。

背景技术：

1、近年来，隧道交通运输需求量的逐步增大，公路隧道的里程数量也随之增加，导致基于设计规范中，采用最大照度原则的隧道照明系统出现电能耗费过大、监控运营成本过高等问题。因此，如何避免隧道内电能浪费，节能降耗已成为业内亟需解决的热点问题之一。目前，解决隧道照明系统运营成本过高的普遍做法是按照不同时段的亮度需求分回路控制照明设备的开启和关闭，但由于这种做法没有结合隧道内交通量的实时变化，造成隧道照明中依然存在一定程度的过度照明，使得电能严重浪费，同时没有综合考虑隧道的环境变化，导致隧道内外出现照度不足的情形，降低了隧道通行的安全性。

2、例如，一种在中国专利文献上公开的“一种隧道专用照明系统”，其公告号cn108366458a，该系统包括若干隧道照明控制装置、若干led照明灯、若干数字照度计，将隧道划分成入口段、隧道中段、出口段，在隧道前段、隧道中段、隧道后段分别设置有led照明灯、数字照度计以及至少一个隧道照明控制装置，通过对隧道不同段分别检测亮度并进行控制，从而消除“黑洞”现象，提高隧道的安全性。可见该专利也是通过将隧道划分若干路段，在各个路段分别设置有led照明灯、数字照度计以及至少一个隧道照明控制装置，通过对隧道不同段分别检测亮度并进行控制，但仍然存在没有结合隧道内交通量的实时变化和没有综合考虑隧道的环境变化，导致存在一定程度的过度照明和照度不足的情形，造成电能浪费和降低了隧道通行安全性的问题。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术的没有结合隧道内交通量的实时变化和没有综合考虑隧道的环境变化，导致存在一定程度的过度照明和照度不足的情形，造成电能浪费和降低了隧道通行安全性问题，提供一种考虑交通状况和不同路段的隧道调光控制方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种考虑交通状况和不同路段的隧道调光控制方法，包括以下步骤：s1：采集测量隧道各路段的亮度、当前照明灯具实际输出功率、交通量大小和平均车速数据；s2：根据交通量数据和平均车速数据对隧道内各路段的照明需求亮度进行计算，所述隧道内各路段的照明需求亮度包括：入口路段照明需求亮度、基本段照明需求亮度、过渡段照明需求亮度和出口段照明需求亮度；s3：根据隧道内各路段的照明需求亮度数据计算照明灯具达到该需求亮度的输出功率；s4：对照明灯具达到该需求亮度的输出功率与当前照明灯具实际输出功率进行比较，得到在一定周期内需要设置的照明灯具调光系数；s5：调光控制器根据照明灯具调光系数对照明灯具进行调光控制。传统的分级照明主要是根据隧道内环境和洞外亮度，将隧道内各段的需求亮度划分为不同的级别，不同级别间的变化和转变主要依据不定数量灯具的简单开启和关闭来实现。而本发明的一种考虑交通状况和不同路段的隧道调光控制方法，将隧道内各段的需求亮度、洞外照度、在一定周期内的交通量大小以及在该周期内通行车辆的平均车速的大小，共同构建为一个控制模型，在该模型内，其他参数作为模型的控制输入量，而需求亮度是唯一的被控量，然后根据该被控量求得照明灯具的需求功率，将该功率和隧道各段内照明设备的实际功率进行比较，将这两个功率的差值最为控制输出量，进而对隧道各段内的照明设备的输出功率进行连续调节。整个隧道内的照明将根据隧道洞外实时亮度、一定周期内的交通量以及该周期内平均车速大小的变化而处与动态平衡的状态下，从而实现了隧道照明的平滑调控，不存在电能浪费和降低了隧道通行安全性问题。

4、作为本发明的优选方案，所述入口路段照明需求亮度计算公式为：

5、lt1＝k1×lt(x)

6、lt2＝0.5×k1×lt(x)

7、其中，k1为入口路段折减系数，由车速和交通量两个因素决定，lt(x)为洞外亮度，由天气决定。假设在晴天时洞外亮度为lt，当x为0表示晴天，x为1表示云天，x为2表示阴天，x为3表示重阴天或阴雨天，当天气为晴天时，lt(0)＝lt，当天气为云天时，lt(1)＝0.5lt，当天气为阴天时，lt(2)＝0.25lt，当天气为重阴天和阴雨天时，lt(3)＝0.13lt，或者可以在隧道洞外设置亮度监测装置，lt(x)以亮度监测装置实时监测的洞外亮度为准。

8、作为本发明的优选方案，所述入口段折减系数k1的计算方式如下：

9、

10、

11、

12、

13、

14、

15、

16、

17、

18、其中，v为平均车速，q为交通量。在本发明的由隧道的洞外照度、一定周期内的交通量大小、该周期内的平均车速以及唯一的被控量即隧道各段内需求亮度而构建的调光控制模型中，随着隧道的洞外照度、一定周期内的交通量大小和该周期内的平均车速的不断变化，隧道各段内段的需求亮度也随之不断的发生变化。

19、作为本发明的优选方案，所述基本段照明需求亮度的计算方式如下：

20、

21、

22、

23、

24、

25、

26、

27、

28、1.0q≤350，40≤v≤60

29、其中，v为平均车速，q为交通量。在本发明的由隧道的洞外照度、一定周期内的交通量大小、该周期内的平均车速以及唯一的被控量即隧道各段内需求亮度而构建的调光控制模型中，随着隧道的洞外照度、一定周期内的交通量大小和该周期内的平均车速的不断变化，隧道各段内段的需求亮度也随之不断的发生变化。

30、作为本发明的优选方案，所述过渡段照明需求亮度取值方式为：将过渡段细分为三个照明段，分别为r1、r2、和r3，所述r1照明段的亮度为：lr1＝0.3lt1，所述r2照明段的亮度为：lr2＝0.1lt1，所述r3照明段的亮度为：lr3＝0.035lt1。依据《公路隧道照明设计细则》，过渡段可细分为三个照明段即r1、r2、r3。

31、作为本发明的优选方案，所述距隧道出洞口六十米到三十米处的需求亮度取该隧道在基本段照明需求亮度的三倍。距离隧道出口三十米到隧道出洞口的需求亮度取基本段照明需求亮度的五倍。隧道单洞仅用于单向通行时，应该设置加强照明，而设置位置取该隧道的出口段为宜。其中，距隧道出洞口约为六十米处的需求亮度应取该隧道在基本段的照明需求照度的三倍。距离隧道出口三十米的需求亮度应该取基本段亮度的五倍为宜。

32、一种考虑交通状况和不同路段的隧道调光控制系统，隧道内外亮度检测器和车流量和平均车速采集模块，所述隧道内外亮度检测器连接有可编程控制器网关，所述可编程控制器网关分别连接有调光控制器和上位机监控管理模块，所述可编程控制器网关与车流量和平均车速采集模块相连，所述调光控制器连接有调光驱动设备，所述调光驱动设备连接有照明灯具。本发明的一种考虑交通状况和不同路段的隧道调光控制系统，适用于本发明的一种考虑交通状况和不同路段的隧道调光控制方法，亮度检测器将检测到的隧道外亮度信号及洞内亮度信号转换为亮度控制信号0-10v标准信号传送至本地调光控制器，流量和平均车速采集模块将检测到的隧道外部车流置信息通过rs485信号传送至本地可编程控制器网关，现场采集的信号数据通过可编程控制器网关传输至上位机监控管理模块(或服务器)，经系统上位机(或服务器)处理后，将控制信号指令再通过可编程控制器网关传输到本地照明调光控制器，实现隧道照明系统智能无极调光控制。设置于监控中心监控系统的上位机(或服务器)根据洞内外亮度及车流量信息，分别计算出入口各段加强照明和基本照明相应的调光功率，将其信息发送到本地无极调光控制器，调制控制器根据控制信息其分别转为0-10v的直流模拟信号输出以控制加强照明灯具和基本照明灯具的输出功率，而灯具输出功率的变化，又会引起灯具输出光通量发生变化，从而达到控制被照场所亮度的目的。监控中心的上位机通过交换机与现场的隧道智能照明系统控制器实现通信。上位机利用无级调光监控管理软件，实现相关参数的设定的指令下达、实时信号读取和储存。

33、作为本发明的优选方案，所述调光驱动设备包括主控mcu和通信模块，所述主控mcu与通信模块相连，所述主控mcu还连接有温度采集模块和电压、电流采集模块，所述主控mcu通过磁保持继电器连接有pcb线路板，所述pcb线路板上设有散热装置，所述主控mcu还连接有显示屏和调光驱动模块相连。具体的驱动设备采用的主控mcu是市面上常用的芯片stm32f103c8t6，mcu采集pcb线路板上的热源，温度采集模块具体为采集传感器pt1000，由于需要对设备进行电能计量，选用hlw8112芯片采集照明回路的电压和电流，能够对电路中所消耗的电量进行计算。mcu通过内部处理控制输出io对磁保持继电器进行吸合和断开。当吸合时，能够提供对负载即照明回路进行供电。当断开时，对照明回路进行切断工作。当吸合时，pcb线路板所承受的电流比较大，pcb板产生大量的热源。因此引入散热装置。当线路板的温升超过70°时，设备处于亚健康状态，显示屏的背光灯处于红色状态，因此就需要散热装置进行散热处理。同时由于调光驱动模块的gp8101输出0-10v的调光驱动信号，能够根据现场的实际要求进行回路控制，当隧道中的车流量比较少的时候，综合考虑隧道的亮度情况进行回路亮度的调节，减少电能的浪费。针对于隧道一般都是处于比较偏移的地方，内置有线和无线的通讯接口，可以把设备的状态信息传输出去，后台能够实时观测到现场设备的运行状态。

34、作为本发明的优选方案，所述散热装置包括导热硅胶和铝结构，所述导热硅胶设于pcb线路板上，所述铝结构设于导热硅胶上，所述导热硅胶上设有石墨烯散热贴。最下面是pcb板，pcb板上面有两根大电流导线，连接外置的端子接口。这个大电流导线连接磁保持继电器，磁保持继电器通过通断来控制照明回路设备的开和关。由于pcb板上的电流大，热量高，因此引入导热硅胶，专门利用缝隙传递热量的设计方案制作，能够填充缝隙，有效地将发热的热量传递到散热器上，导热硅胶片的导热系数是3.6w-15w/mk，能够很好的把热量传导出去。

35、作为本发明的优选方案，所述pcb线路板包括第一pcb线路板和第二pcb线路板，所述散热装置设于第二pcb线路板上，调光驱动设备初始运行时，仅第一pcb线路板参与工作，当第一pcb线路板的温度超过70℃时，第二pcb线路板参与工作。pcb线路板所承受的电流比较大，pcb板产生大量的热源。最开始只有第一pcb线路板工作，当第一pcb线路板的温度超过70℃时，表明第一电路板板所承受的电流比较大，此时让第二pcb线路板参与工作，分担控制工作，可以降低第一pcb线路板的温度，当第二pcb线路板参与工作时，第二pcb线路板承担70％的工作任务，第一pcb线路板承担30％的工作任务，散热装置仅对第二pcb线路板进行散热即可。

36、因此，本发明具有以下有益效果：本发明的一种考虑交通状况和不同路段的隧道调光控制方法及系统，将隧道内各段的需求亮度、洞外照度、在一定周期内的交通量大小以及在该周期内通行车辆的平均车速的大小，共同构建为一个控制模型，在该模型内，其他参数作为模型的控制输入量，而需求亮度是唯一的被控量，然后根据该被控量求得照明灯具的需求功率，将该功率和隧道各段内照明设备的实际功率进行比较，将这两个功率的差值最为控制输出量，进而对隧道各段内的照明设备的输出功率进行连续调节。整个隧道内的照明将根据隧道洞外实时亮度、一定周期内的交通量以及该周期内平均车速大小的变化而处与动态平衡的状态下，从而实现了隧道照明的平滑调控，不存在电能浪费和降低了隧道通行安全性问题。