基于阈值决策的隧道照明安全节能模式智能切换控制系统的制作方法

本发明属于隧道照明智能控制，涉及一种基于阈值决策的隧道照明安全与节能模式智能切换控制系统。

背景技术：

1、公路隧道数量的增加使得隧道照明运营成本越来越高，随着数字化技术的发展，目前隧道照明智能控制已成为主流，针对不同隧道的特点，主要的照明控制方式有时序控制和根据车流量和洞外亮度的智能控制，个别地区由于交通量较低采用“车来灯亮、车走灯暗”的“与车随行”智能控制方式，不同的控制方式在一定程度上起到了降低隧道照明能耗的作用。

2、由于隧道照明是否满足实际安全与节能运营需求受到多种因素的影响，现在照明控制在制定策略上均按工况进行制定，除了进行人为判定是否为事故工况或养护工况以及是否存在设备故障时，在正常运营工况下只能根据设定模式进行调光控制，无法根据实际交通量以及洞内亮度情况进行不同智能控制模式的自动切换，因为目前隧道照明控制领域尚无针对满足安全运营前提下如何实现节能最大化的智能控制模式的自动切换技术，使得目前隧道照明控制在实际运营中仍存在与规范要求和实际需求存在一定偏差，并且节能性不强的问题。其关键原因在于缺少正常运营情况下如何选择采用哪种智能控制方式可实现安全前提下最利于节能的判断阈值，以及缺乏基于阈值决策的不同照明控制模式之间的智能切换方法。

3、综上所述，现有技术均是对单一控制模式进行人为选择和运营，系统无法实现不同运营工况和条件下的控制模式的自动选择。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于阈值决策的隧道照明安全与节能模式智能切换控制系统及方法，解决目前隧道照明在单一或预设控制模式下无法根据实际运营情况进行控制模式自动选择和切换的问题，从而导致无法实现自动满足当下实际需求的控制模式的最佳选择。通过本发明方案，达到如下目的：

2、1)本发明提供一种能够根据实际隧道运营需求的最佳智能控制模式的阈值确定方法，可实现安全运营模式下的节能最大化。

3、2)本发明系统可通过实时监测的运营参数自动进行最佳控制模式分析与决策，并进行最佳控制模式的自动切换，并将安全照明效果在中控室的自动切换，同时可将切换前后的运营能耗水平进行自动分析，提供自动决策和模式切换的科学依据。

4、3)本发明系统具备机器自学习功能，可根据当下的运营参数自动调整调光频率与等级，以达到最佳的运营安全与节能效果。

5、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

6、方案一：

7、一种基于阈值决策的隧道照明安全节能模式智能切换控制系统，其特征在于，该系统包括：数据层1、阈值分析层2、控制决策层3和展示层4；

8、所述数据层1用于为阈值分析层2和控制决策层3提供阈值分析决策的参数和信息，具体是：根据实际运营需求以洞外亮度、平均车速、平均交通量和实时交通流作为基准控制分析参数，并将季节与天气、隧道长度与线形、洞门型式与洞内环境作为阈值分析层2中决策控制模式选择的依据。

9、所述阈值分析层2是根据数据层1的参数和信息进行隧道照明的安全与节能评估，采用不同控制模式的能耗分析，并以安全保障第一兼顾节能最大为原则来确定当下运营工况下所属控制优先级和控制模式选择的阈值区间。

10、所述控制决策层3是根据阈值分析层2的分析结果，并结合当下隧道运营工况和实际需求优先级进行控制模式的自动选择，并且当运营工况和运营参数发生变化时，控制决策层能自动切换到最符合实际需求的控制模式。

11、所述展示层4，用于显示当下控制模式下隧道不同照明区段的运营亮度，以及实时展示亮度与当下交通流的安全对应关系，以及所选控制模式下的能耗状态，显示当下控制模式决策依据，即数据层1和阈值分析层2的对应关系在展示层4上显示。

12、进一步，所述阈值分析层2包括安全评估模块、节能评估模块、能耗分析模块和阈值计算模块，其中阈值包括控制优先级阈值、节能区间阈值和安全保障阈值；

13、所述阈值分析层2是在通过安全评估模块与节能评估模块的评估结果以及能耗分析模块的计算结果的基础上，自动确定控制优先级的阈值、节能区间阈值以及安全保障阈值，根据控制优先级阈值进行控制模式的自动选择与决策。

14、进一步，所述控制模式包括时序控制模式、按需控制模式和与车随行控制模式。

15、方案二：

16、一种基于阈值决策的隧道照明安全节能模式智能切换控制方法，具体包括以下步骤：

17、s1：根据当下隧道结构参数、交通量参数、洞内外光环境参数以及当下实际工况计算采用不同控制模式下的运营能耗；其中，控制模式包括时序控制模式、按需控制模式和与车随行控制模式；

18、s2：根据当下运营工况安全需求，计算控制优先级阈值；控制优先级阈值按事故工况>养护工况>正常运营工况进行控制优先级选择；

19、s3：在正常运营工况模式下，根据不同控制模式下的运营能耗，比较三种控制模式之间运营能耗的差别，并根据以下原则进行控制模式选择：

20、1)如果三种控制模式两两能耗比较，能耗差大于20％的阈值区间，控制模式切换至低能耗控制模式，即与车随行控制模式；

21、2)如果三种控制模式两两能耗比较，能耗差均小于20％，且存在能耗差大于10％的情况，则在10％至20％阈值区间内优先选择按需控制模式；

22、3)如果三种控制模式两两能耗比较，能耗差均小于10％时，则切换至时序控制模式；

23、步骤s4：根据步骤s3的控制模式选择结果自动切换至最优控制模式时，中控室的照明管控界面同步显示当下隧道照明不同区段调光亮度水平，以及亮度与当下交通流的实时对应关系，以及与车随行控制模式下可实时可见“车来灯亮、车走灯暗”的亮度变化与交通流变化的实时关系；当下控制模式的选择依据，即当下工况以及当下控制模式所处的节能区间阈值范围，以及洞外亮度和交通量等相关控制参数；当下控制模式下的节能效果与对比能耗等。

24、进一步，步骤s1中，不同控制模式下的运营能耗，具体包括：在同一条件下的隧道照明按时序控制、按需控制和与车随行控制运营所需能耗，以天为周期，每天进行自动测算，测算时的调光周期根据当下的天气和交通量以及历史相近参数根据机器自学习进行自动调节；

25、时序控制模式时的运营所需能耗nt为：

26、

27、其中，ki为各照明区段照明系统利用系数，wi为各照明区段功率，ηj为不同照明时段照明开启功率系数，m为照明总区段数，n为所划分时段数。

28、按需控制模式时的运营所需能耗ni为：

29、

30、其中，ni为与各区段对应亮度控制比例，kj为亮度折减系数，l20(s)j为洞外亮度，κ为照度亮度换算比率，li为对应照明区段长度，wi为对应照明区段路面宽度，hi为对应照明区段墙面高度，lin_j为与基本照明相关对应区段所需亮度，vj为与车速相关亮度折减系数，ζ为光通利用系数，r为维护系数。

31、与车随行控制模式时的运营所需能耗na为：

32、

33、其中，μj为与实时车流量相关控制系数。

34、本发明的有益效果在于：

35、1)本发明避免了采用人工方式进行控制模式选择的弊端，降低了对运营管理人员高专业水平的要求。本发明系统可根据监测参数和运营工况对最佳控制模式进行自动分析和切换。

36、2)本发明可实现不同季节和天气、因时段和节气造成的不同交通量以及远近期交通量变化下同一系统始终满足安全前提下的节能最大化，克服目前单一控制模式或缺乏阈值决策依据的控制方式无法满足不同运营条件下的最大程度节能需求的问题。

37、3)本发明根据阈值决策原理可实现任何复杂条件或天气与交通量变化情况下的最优控制模式的智能选择与自动切换，具有全天候和全地域适用的优点。

38、4)本发明系统在自动进行控制模式切换时，在中控室的显示界面上均会显示当下控制模式的选择依据，具备控制模式选择合理性和必要性的科学决策依据，并可以显示目前控制领域所不具备的亮度与交通流变化的实时对应关系，保障当下控制模式下的运营安全。

39、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。