一種自適應(yīng)分段控制的隧道照明控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及隧道照明領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于高速公路隧道照明，具體設(shè)及一種自適 應(yīng)分段控制的隧道照明控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隧道作為道路上的特殊路段，特別是在隧道的使用過程中，隨著時(shí)間、天氣的變化 隧道外部亮度變化很大。當(dāng)車輛在駛?cè)搿⑼ㄟ^和駛出隧道的過程中，會(huì)出現(xiàn)一系列的視覺 問題。在經(jīng)過長隧道時(shí)，當(dāng)車輛駛?cè)胨淼罆r(shí)，會(huì)感覺桐口很黑，W至于無法辨認(rèn)桐口附近的 狀況，連障礙物也無法辨認(rèn)，產(chǎn)生"黑桐"效應(yīng)。車輛在接近隧道出口時(shí)，看到的是一個(gè)刺眼 的眩亮白桐，此時(shí)形成"白桐"效應(yīng)，同樣會(huì)降低司機(jī)出桐口時(shí)的視覺功能和視覺舒適，無法 準(zhǔn)確判定前方的車輛。在經(jīng)過短隧道時(shí)，駕駛員從入口可W看到出口外的亮度很高，會(huì)產(chǎn)生 "黑框"效應(yīng)。另外，夜間通過隧道接近出口時(shí)也是一樣的道理，會(huì)產(chǎn)生"黑桐"效應(yīng)。因此， 在進(jìn)行隧道亮度控制和調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)注意到運(yùn)些視覺上的效應(yīng)，減少甚至消除運(yùn)兩種效應(yīng)帶來 的不利影響。
[0003] 近年來，工程技術(shù)人員一直在探尋利用人眼視覺特性，設(shè)計(jì)出符合人眼亮度適應(yīng) 曲線的隧道亮度調(diào)節(jié)方式。將隧道照明分為引入段、入口段、過渡段、中間段和出口段，研究 出亮度隨長度變化的照明曲線。在技術(shù)上，從隧道照明的有級(jí)調(diào)光方式，到無級(jí)調(diào)光方式； 從大功率巧光燈、高壓鋼燈、電磁感應(yīng)無極燈到隧道L邸照明燈；從分段照明有線控制系統(tǒng) 到無線控制系統(tǒng)等。運(yùn)些代表了當(dāng)今隧道照明的幾種主要技術(shù)方向。結(jié)合運(yùn)些技術(shù)，目前 實(shí)現(xiàn)隧道照明分段控制主要有W下幾種方式。
[0004] (1)邏輯開關(guān)法的有級(jí)調(diào)光控制方式。隧道照明實(shí)行分段控制，利用邏輯開關(guān)法 W過渡段和出口段為主實(shí)現(xiàn)各段照明調(diào)節(jié)。通過不同光線燈具的選擇，并對燈具進(jìn)行排列 組合，由控制器輸出數(shù)字信號(hào)對照明燈實(shí)行邏輯控制。該方法程序設(shè)計(jì)簡單、燈具易于選 擇，維護(hù)保養(yǎng)較容易。是一種典型的有級(jí)調(diào)光控制方式。
[0005] (2)W可編程邏輯控制器任LC)作為核屯、控制器實(shí)現(xiàn)分段照明控制方式。其模擬 輸入通道和數(shù)字輸入單元，用來檢測亮度、天氣和車輛信號(hào)。輸出單元控制各段照明燈的亮 度。利用PLC編程簡單、靈活優(yōu)勢，且有較大的存儲(chǔ)容量，可W實(shí)現(xiàn)多種照明曲線設(shè)置，適應(yīng) 不同氣候條件。該方法可適用于不同的隧道類型，可靠性高，接近于無級(jí)調(diào)光方式。
[0006] (3)采用專用控制器實(shí)現(xiàn)分段照明無線控制。每個(gè)照明段由一組或幾組照明燈組 成，每組包括多盞照明燈，一個(gè)控制器連接一組燈。前端主控制器完成車輛、亮度等外部信 號(hào)采集，信號(hào)經(jīng)過處理后，W無線或有線方式傳給后續(xù)控制器，控制各組照明燈。繼而實(shí)現(xiàn) 隧道照明燈的延時(shí)點(diǎn)亮和亮度曲線控制。
[0007] 隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，目前隧道照明控制系統(tǒng)的主控制器，均可W配置通訊接口， 通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)或高速公路專用網(wǎng)絡(luò)，將隧道照明的控制參數(shù)、采集參數(shù)和照明情況等傳 輸?shù)竭h(yuǎn)程管理中屯、，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)、分析，提供管理決策。
[0008] 上述技術(shù)存在確定如下： 缺點(diǎn)I:邏輯開關(guān)法不能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)光，難W真實(shí)實(shí)現(xiàn)符合人眼亮度適應(yīng)曲線的隧道 亮度調(diào)節(jié)。
[000引缺點(diǎn)2 :采用PLC來控制隧道照明，受制于I/O控制點(diǎn)數(shù)，且模擬調(diào)光較困難，要采 用高端的PLC才能實(shí)現(xiàn)較好的控制效果，但成本較高。
[0010] 缺點(diǎn)3 :目前使用的專用控制器實(shí)現(xiàn)分段照明無線控制方式，需要多個(gè)控制器配 合，線路較復(fù)雜。且各照明段長度和數(shù)量固定，對外界因素變化的適應(yīng)力較差。
[0011] 缺點(diǎn)4 :采用GPRS、WIFI等無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)各照明段的數(shù)據(jù)傳輸，成本 高，組網(wǎng)不方便，且依賴于外界的運(yùn)營商信號(hào)，偏遠(yuǎn)地區(qū)無法應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)分段控制的隧道照明控制系統(tǒng)及方法，通過對 隧道照明的自適應(yīng)分段控制，實(shí)現(xiàn)了隧道照明滿足人眼要求的照明曲線的需求，消除了黑 框、黑桐及白桐效應(yīng)。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種自適應(yīng)分段控制的隧道照明控制系 統(tǒng)，包括隧道照明控制器及與該隧道照明控制器連接的信號(hào)檢測單元、Zigbee網(wǎng)絡(luò)單元，還 包括若干照明燈組； 所述信號(hào)檢測單元包括檢測有無車輛經(jīng)過隧道的車輛傳感器、檢測經(jīng)過隧道的車輛車 速的車速傳感器、檢測桐外亮度變化的亮度傳感器、檢測外部溫度變化的溫度傳感器、檢測 濕度及雨情的雨滴傳感器； 所述若干照明燈組包括設(shè)置于隧道外引入段照明燈組、隧道內(nèi)入口段照明燈組、過渡 段照明燈組、中間段照明燈組、出口段照明燈組W及設(shè)置于隧道外的路燈照明燈組，還包括 一應(yīng)急燈照明燈組，各照明燈組均由若干L邸照明燈組成； 所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)單元包括與所述隧道照明控制器連接的Zigbee主節(jié)點(diǎn)模塊及與所述 若干照明燈組分別連接的若干Zigbee節(jié)點(diǎn)模塊，所述Zigbee節(jié)點(diǎn)模塊包括若干Zigbee子 節(jié)點(diǎn)模塊，該Zigbee子節(jié)點(diǎn)模塊的數(shù)目與各照明燈組組成的L邸照明燈的數(shù)目相對應(yīng)；通 過Zigbee主節(jié)點(diǎn)模塊及Zigbee子節(jié)點(diǎn)模塊構(gòu)建Zigbee組網(wǎng)； 所述隧道照明控制器根據(jù)信號(hào)檢測單元檢測的信號(hào)，判斷隧道外天氣狀況、亮度W及 經(jīng)過隧道的車輛車速，并計(jì)算出該天氣狀況、亮度及車輛車速情況下的照明曲線，將各照明 段照明范圍及照明燈組中各燈的亮度的信號(hào)，通過Zigbee組網(wǎng)，對應(yīng)發(fā)送至與各照明燈組 的L邸照明燈相對應(yīng)的Zigbee子節(jié)點(diǎn)模塊，W控制各照明燈組的L邸照明燈的工作狀態(tài)。
[0014] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括桐內(nèi)通風(fēng)單元，包括設(shè)置于隧道內(nèi)入口段通風(fēng)模塊、 過渡段通風(fēng)模塊、中間段通風(fēng)模塊及出口段通風(fēng)模塊，各通風(fēng)模塊分別與對應(yīng)的Zigbee子 節(jié)點(diǎn)模塊連接。
[0015] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括一與所述隧道照明控制器連接的報(bào)警單元，該報(bào)警 單元還連接有一與遠(yuǎn)端中屯、計(jì)算機(jī)連接的通信模塊。
[0016] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述隧道照明控制器采用ARM微處理器。
[0017] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述Zigbee子節(jié)點(diǎn)模塊能夠直接嵌入至所述L邸照明燈 中。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種基于上述所述系統(tǒng)的自適應(yīng)分段控制的隧道照明控制方法， 包括如下步驟， 步驟Sl:結(jié)合天氣情況、亮度及車輛車速計(jì)算隧道照明所需的各照明曲線，并存入隧 道照明控制器中； 步驟S2 :通過信號(hào)檢測單元檢測判斷有無車輛進(jìn)入隧道，若有，則檢測車輛車速，采集 當(dāng)前時(shí)刻隧道外亮度、溫度、濕度和雨滴信息并傳輸給所述隧道照明控制器，執(zhí)行步驟S3 ; 若無，則繼續(xù)檢測； 步驟S3 :根據(jù)步驟S2檢測結(jié)果，隧道照明控制器選擇工作模式，調(diào)用相應(yīng)的照明曲 線； 步驟S4 :隧道照明控制器根據(jù)各照明燈組的L邸照明燈對應(yīng)的Zigbee子節(jié)點(diǎn)模塊在Zigbee組網(wǎng)中分配的地址，依據(jù)照明曲線對各照明燈組的L邸照明燈進(jìn)行控制，使隧道內(nèi) 的照明曲線滿足人眼亮度適應(yīng)的照明曲線。
[0019]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述隧道照明控制器還能夠通過在線方式對各照明曲線的 更新、修改。
[0020] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述步驟S3的工作模式包括晴天模式、云天模式、陰天模 式、雨天模式及夜間模式，各模式根據(jù)包括天氣情況、隧道長度及隧道外亮度對應(yīng)有不同的 照明曲線。
[0021] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述照明曲線的確定方式如下： 設(shè)隧道為單向通行，坡度：〇%，隧道亮度為以隧道長度為S(總），隧道深度為S，照明停 車視距為化，車速為V，入口段亮度為Lth,中間段亮度為Lin,隧道外亮度為L20 (巧，則有隧 道各段照明亮度確定公式如下： 距桐口入口IOm處0<S<IOm:不設(shè)照明； 入口前半段10<S巧Om:張=龍紐:； 入口后半段50<S<100m
過渡段S> 100m;
中間段：Lin=3. 6cd/m2 出口段 0 <S(總）-S< 60 :正二貸 其中，Lth=O. 035XL20(巧，過渡段亮度減少到接近中間段亮度時(shí)即為的分界點(diǎn)；當(dāng)隧 道長度變化時(shí)，僅需改變中間段的長度，其余照明段長度按照上述公式確定即可；通過上述 計(jì)算方法，根據(jù)隧道外的亮度L20(巧變化即可確定隧道外不同亮度情況下的隧道照明曲 線。
[0022] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下有益效果： 1、 各照明段的長度和亮度可根據(jù)外部氣候和亮度等狀況而改變，使