专利名称：基于智能专家照度曲线的隧道led照明自动控制方法
技术领域：
本发明属于隧道内照明设备技术领域，特别涉及一种隧道照明智能控制方法。
背景技术：
长期以来，隧道照明一直沿用的高压钠灯、荧光灯高压汞灯、卤素灯等常规产品由 于含汞等有害物质，且在隧道内必须常年通电点亮，耗能极大，已越来越不适应人们对环保 节能的追求，人们迫切需要寻找新型的节能环保的照明光源。LED灯作为一种新型的固体光源，即节能、寿命长、利用率高。还有一个优越的特性 就是亮度瞬时可控性。这个特性不仅能使能耗更低、寿命更长，也能使光衰更低。设计隧道 LED照明设备，应当考虑如下几点1、洞外亮度对能耗的影响洞外亮度是隧道照明设计的一个最基本的参数，通常是在7-8月份的夏季中午晴 天测得，照明的设计都要依据这个参数，但洞外亮度受随季节，时间，气候的影响，实际亮度 远小于这个值，因此在一年90%的时间里，洞外亮度都小于这个值，造成过度照明和电能的 浪费。有研究表明年平均白天功率需求只占设计功率的22. 7%，如果亮度可控，则通过根据 需求进行亮度的调整，则可以节省77. 3%的白天功率。传统的高压钠灯只能做到很小范围 的调光，且通常做成有级分段调光的形式，而led灯则有很宽的调节范围，且可以实现快速 无级的调节。2、LED灯作为一种半导体固体灯，影响其寿命的一个很重要的因素就是其结温，因 此如果能不断根据需要调整灯具的运行功率使其不用一直满负荷运行，可以降低结温，改 善散热条件，增加使用寿命。3、LED灯的温度同样影响其光衰，因此通过根据需求进行亮度调节可以减缓LED 灯的光衰。4、目前国家标准对隧道内亮度要求是分段固定的，各段之间亮度缺少过渡，因此 柔化亮度曲线有利于隧道内司机的眼睛舒适性的改善，更有利于安全驾驶。因此，如果能够实时根据检测到的隧道参数包括洞外亮度、洞内亮度、车流量流速 等，并根据这些参数以及国家标准动态生成符合实际需要的照度曲线，然后根据该曲线，对 隧道内的所有灯具进行亮度控制调整，使得隧道内的实际照度符合该需求曲线，则可以大 大优化隧道内照明的节能安全运行。
发明内容
本发明针对现有隧道照明控制系统，无法完全按照实际的亮度需要，进行在线控 制和调整隧道内的亮度的缺点，提出一种隧道LED照明自动控制方法。采用本发明提供的 方法对LED照明系统进行智能决策和控制，一方面可以节约能耗，一方面还可以延长灯具 的使用寿命和减少光衰，另一方面还能提高安全性。为此，本发明采用如下的技术方案
一种基于智能专家照度曲线的隧道LED照明自动控制方法，包括下列步骤1)检测洞外亮度，获得洞外亮度值，对该亮度值折减后得到入口段的亮度；2)将过渡段分为两个或两个以上的过渡子段，以入口段的亮度为基础，设定各过 渡段、中间段、出口段的亮度初步基准值；3)建立一个专家库，对输入的隧道长度、隧道高度、洞外亮度、行车速度、交通流 量、以及交通方式的信息进行推理，采用正向链接推理控制策略，调整相应的入口段、各过 渡子段、中间段和出口段的亮度基准值；4)在专家系统里，根据CIE标准的眼睛适应曲线，利用公式Lte = Lth(1.9+t)_14， 从入口段开始，对隧道内全部过渡子段或部分过渡子段的亮度分Lte进行柔滑处理，式中，
= 〗，车速为v，S为位移，对应隧道的长度，Lth为入口段的待柔滑亮度基准值；
V5)由专家系统生成完整动态的亮度需求曲线；6)根据亮度需求曲线，设定对各个LED隧道灯所在位置的亮度进行反馈调节的给 定值，根据洞内部分亮度检测值实现对整体LED隧道灯的亮度反馈调节。作为优选实施方好似，该控制方法在第5)步生成了亮度需求曲线后，还包括如下
的前馈控制方式以隧道内的位置为参数，代入亮度需求曲线，得到对应位置的平均照度
W-S-E
Eav，再将该位置对应隧道段的灯具间隔S以及平均照度Eav代入光通量公式η.Μ.;式
中，利用系数η，灯具排列模式N，维护系数Μ，马路宽度W为常数，求得所需计算位置的灯具 的平均光通量Φ，再根据该位置的灯具的满光通量，计算该处灯具的调光百分比，从而确定 该处灯具的控制量的大小，对每个灯具的亮度进行前馈控制。本发明针对隧道照明系统，采用LED灯具进行重新设计、替换和改造，提出了一种 采用专家系统的方法，检测洞外亮度、洞内亮度、车流量流速等参数，并结合CIE标准的隧 道照度需求曲线，生成动态的隧道内的照度需求曲线。然后采用一种前馈结合反馈的控制 策略，根据生成的照度需求曲线，对隧道内的所有灯具的照度进行控制和调节，使得隧道内 的照度能够实时的跟随实际的照度需要，优化照明系统的安全节能运行，延长了灯具的使 用寿命和减少光衰，并能大大节约了能耗。
图1本发明实施例应用的隧道LED照明系统结构图。图2经过CIE柔滑处理后的亮度需求曲线。图3专家系统框图。图4整体隧道照明前馈与反馈控制原理图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明。为了解决隧道照明节能安全优化控制问题，本发明按照图1搭建隧道照明监控系 统，包括中心监控主机、亮度检测单元、车流量流速监测单元、环境温度传感器、通信总线、 区域控制器、带通信总线的单灯控制电源、LED灯具。中心监控主机采用工控机，运行中心
4监控管理软件和通信接口软件，车流量流速检测系统、亮度计和温度传感器的检测参数，通 过通信总线，传送给中心监控主机。中心监控主机通过通信接口，把区域控制指令下发到各 个区域控制器，再通过区域控制器的通信总线分别对系统的所有灯具进行控制，进行调光， 并能对每台灯具的状态(亮灯，灭灯，故障，照度给定等)进行查询，并显示在软件监控界面 上。本发明提出在该系统平台下，实现一种基于专家系统的隧道内部照度需求曲线的 生成方法，该方法通过该平台下在线检测到的洞外亮度、洞内亮度、车流量、车流速等信息， 结合国家对于隧道照明的标准要求，根据《公路隧道通风照明设计规范》中关于照明的相关 内容，建立了一个专家库，对输入的隧道长度、隧道高度、洞外亮度、行车速度、交通流量、以 及交通方式等信息进行推理，确定相应的入口段、过渡段、中间段和出口段的亮度基准值。 然后，采用一种结合CIE适应曲线的曲线柔滑的方法，使亮度曲线更加平滑，从而满足人眼 适应过程舒适度的要求。在照度需求曲线生成之后，本发明还采用前馈与反馈相结合的灯 具亮度控制调节方法，根据求得的照度需求曲线，对隧道内的所有灯具的亮度进行调节，使 隧道内的亮度符合该照度曲线。由于洞外亮度，洞内亮度，车流量流速是个动态变化的参 数，所以整个照度曲线的生成以及灯具的亮度调节过程是一个动态过程。下面从两个方面对本发明的控制方法做详细说明。(1)采用智能专家系统生成照度需求曲线，采用CIE适应曲线柔滑照度需求曲线。具体步骤如下1)采用亮度传感器可以直接将检测到的洞外亮度L20(S)通过通讯总线传输到中 心监控主机，来获得准确的洞外亮度值，该检测值作为中心监控主机的控制决策依据。在入口段，根据公式Lth = k · L20(S) (1)计算出入口段的亮度。其中k为折减系数。规范只给出了“双车道单向交通”在车流量大于2400辆/h和小于700辆/h以及 “双车道单向交通”在车流量大于1300辆/h和小于360辆/h时在不同设计车速下的折减 系数。因此其中所列出的折减系数并不能覆盖所有不同的情况。对中间范围内没有给出的 折减系数按照插值方法进行计算。根据公路隧道照明设计规范将过渡段分为三个过渡子段阶梯，即过渡段1，过渡段 2和过渡段3。并在每段分开的过渡子段中，每段的亮度基准值分别为
权利要求
基于智能专家照度曲线的隧道LED照明自动控制方法，包括下列步骤1)检测洞外亮度，获得洞外亮度值，对该亮度值折减后得到入口段的亮度；2)将过渡段分为两个或两个以上的过渡子段，以入口段的亮度为基础，设定各过渡段、中间段、出口段的亮度初步基准值；3)建立一个专家库，对输入的隧道长度、隧道高度、洞外亮度、行车速度、交通流量、以及交通方式的信息进行推理，采用正向链接推理控制策略，调整相应的入口段、各过渡子段、中间段和出口段的亮度基准值；4)在专家系统里，根据CIE标准的眼睛适应曲线，利用公式Ltr＝Lth(1.9+t) 1.4，从入口段开始，对隧道内全部过渡子段或部分过渡子段的亮度分布Ltr进行柔滑处理，式中，v为车速，S为位移，对应隧道的长度，Lth为入口段的待柔滑亮度基准值；5)由专家系统生成完整动态的亮度需求曲线；6)根据亮度需求曲线，设定对各个LED隧道灯所在位置的亮度进行反馈调节的给定值，根据洞内部分亮度检测值实现对整体LED隧道灯的亮度反馈调节。FDA0000026677480000011.tif
2.根据权利要求1所述的基于智能专家照度曲线的隧道LED照明自动控制方法，其特征在于，该控制方法在第5)步生成了亮度需求曲线后，还包括如下的前馈控制方式以隧道内的位置为参数，代入亮度需求曲线，得到对应位置的平均照度Eav，再将该位置对应隧道 段的灯具间隔S以及平均照度Eav代入光通量公式
全文摘要
本发明属于隧道内照明设备技术领域，涉及一种基于智能专家照度曲线的隧道LED照明自动控制方法1)检测洞外亮度，获得洞外亮度值，对该亮度值折减后得到入口段的亮度；2)划分过渡段，以入口段的亮度为基础，设定各段的亮度初步基准值；3)建立一个专家库，对输入的隧道长度、隧道高度、洞外亮度、行车速度、交通流量、以及交通方式的信息进行推理，调整相应的各段的亮度基准值；4)对过渡段的亮度分布进行柔滑处理；5)生成完整动态的亮度需求曲线；6)根据亮度需求曲线和洞内部分亮度检测值实现对整体LED隧道灯的亮度反馈调节。本发明的方法能够延长隧道内灯具的使用寿命，降低维护成本，并能节约能耗。
文档编号H05B37/02GK101938878SQ20101028667
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者何熠, 冯守中, 吴爱国, 辛长国 申请人:天津大学