專利名稱：基于智能專家照度曲線的隧道led照明自動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于隧道內(nèi)照明設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種隧道照明智能控制方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，隧道照明一直沿用的高壓鈉燈、熒光燈高壓汞燈、鹵素?zé)舻瘸Ｒ?guī)產(chǎn)品由 于含汞等有害物質(zhì)，且在隧道內(nèi)必須常年通電點(diǎn)亮，耗能極大，已越來(lái)越不適應(yīng)人們對(duì)環(huán)保 節(jié)能的追求，人們迫切需要尋找新型的節(jié)能環(huán)保的照明光源。LED燈作為一種新型的固體光源，即節(jié)能、壽命長(zhǎng)、利用率高。還有一個(gè)優(yōu)越的特性 就是亮度瞬時(shí)可控性。這個(gè)特性不僅能使能耗更低、壽命更長(zhǎng)，也能使光衰更低。設(shè)計(jì)隧道 LED照明設(shè)備，應(yīng)當(dāng)考慮如下幾點(diǎn)1、洞外亮度對(duì)能耗的影響洞外亮度是隧道照明設(shè)計(jì)的一個(gè)最基本的參數(shù)，通常是在7-8月份的夏季中午晴 天測(cè)得，照明的設(shè)計(jì)都要依據(jù)這個(gè)參數(shù)，但洞外亮度受隨季節(jié)，時(shí)間，氣候的影響，實(shí)際亮度 遠(yuǎn)小于這個(gè)值，因此在一年90%的時(shí)間里，洞外亮度都小于這個(gè)值，造成過(guò)度照明和電能的 浪費(fèi)。有研究表明年平均白天功率需求只占設(shè)計(jì)功率的22. 7%，如果亮度可控，則通過(guò)根據(jù) 需求進(jìn)行亮度的調(diào)整，則可以節(jié)省77. 3%的白天功率。傳統(tǒng)的高壓鈉燈只能做到很小范圍 的調(diào)光，且通常做成有級(jí)分段調(diào)光的形式，而led燈則有很寬的調(diào)節(jié)范圍，且可以實(shí)現(xiàn)快速 無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)。2、LED燈作為一種半導(dǎo)體固體燈，影響其壽命的一個(gè)很重要的因素就是其結(jié)溫，因 此如果能不斷根據(jù)需要調(diào)整燈具的運(yùn)行功率使其不用一直滿負(fù)荷運(yùn)行，可以降低結(jié)溫，改 善散熱條件，增加使用壽命。3、LED燈的溫度同樣影響其光衰，因此通過(guò)根據(jù)需求進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)可以減緩LED 燈的光衰。4、目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隧道內(nèi)亮度要求是分段固定的，各段之間亮度缺少過(guò)渡，因此 柔化亮度曲線有利于隧道內(nèi)司機(jī)的眼睛舒適性的改善，更有利于安全駕駛。因此，如果能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)檢測(cè)到的隧道參數(shù)包括洞外亮度、洞內(nèi)亮度、車流量流速 等，并根據(jù)這些參數(shù)以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)生成符合實(shí)際需要的照度曲線，然后根據(jù)該曲線，對(duì) 隧道內(nèi)的所有燈具進(jìn)行亮度控制調(diào)整，使得隧道內(nèi)的實(shí)際照度符合該需求曲線，則可以大 大優(yōu)化隧道內(nèi)照明的節(jié)能安全運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有隧道照明控制系統(tǒng)，無(wú)法完全按照實(shí)際的亮度需要，進(jìn)行在線控 制和調(diào)整隧道內(nèi)的亮度的缺點(diǎn)，提出一種隧道LED照明自動(dòng)控制方法。采用本發(fā)明提供的 方法對(duì)LED照明系統(tǒng)進(jìn)行智能決策和控制，一方面可以節(jié)約能耗，一方面還可以延長(zhǎng)燈具 的使用壽命和減少光衰，另一方面還能提高安全性。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種基于智能專家照度曲線的隧道LED照明自動(dòng)控制方法，包括下列步驟1)檢測(cè)洞外亮度，獲得洞外亮度值，對(duì)該亮度值折減后得到入口段的亮度；2)將過(guò)渡段分為兩個(gè)或兩個(gè)以上的過(guò)渡子段，以入口段的亮度為基礎(chǔ)，設(shè)定各過(guò) 渡段、中間段、出口段的亮度初步基準(zhǔn)值；3)建立一個(gè)專家?guī)?，?duì)輸入的隧道長(zhǎng)度、隧道高度、洞外亮度、行車速度、交通流 量、以及交通方式的信息進(jìn)行推理，采用正向鏈接推理控制策略，調(diào)整相應(yīng)的入口段、各過(guò) 渡子段、中間段和出口段的亮度基準(zhǔn)值；4)在專家系統(tǒng)里，根據(jù)CIE標(biāo)準(zhǔn)的眼睛適應(yīng)曲線，利用公式Lte = Lth(1.9+t)_14， 從入口段開(kāi)始，對(duì)隧道內(nèi)全部過(guò)渡子段或部分過(guò)渡子段的亮度分Lte進(jìn)行柔滑處理，式中，
= 〗，車速為v，S為位移，對(duì)應(yīng)隧道的長(zhǎng)度，Lth為入口段的待柔滑亮度基準(zhǔn)值；
V5)由專家系統(tǒng)生成完整動(dòng)態(tài)的亮度需求曲線；6)根據(jù)亮度需求曲線，設(shè)定對(duì)各個(gè)LED隧道燈所在位置的亮度進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的給 定值，根據(jù)洞內(nèi)部分亮度檢測(cè)值實(shí)現(xiàn)對(duì)整體LED隧道燈的亮度反饋調(diào)節(jié)。作為優(yōu)選實(shí)施方好似，該控制方法在第5)步生成了亮度需求曲線后，還包括如下
的前饋控制方式以隧道內(nèi)的位置為參數(shù)，代入亮度需求曲線，得到對(duì)應(yīng)位置的平均照度
W-S-E
Eav，再將該位置對(duì)應(yīng)隧道段的燈具間隔S以及平均照度Eav代入光通量公式η.Μ.;式
中，利用系數(shù)η，燈具排列模式N，維護(hù)系數(shù)Μ，馬路寬度W為常數(shù)，求得所需計(jì)算位置的燈具 的平均光通量Φ，再根據(jù)該位置的燈具的滿光通量，計(jì)算該處燈具的調(diào)光百分比，從而確定 該處燈具的控制量的大小，對(duì)每個(gè)燈具的亮度進(jìn)行前饋控制。本發(fā)明針對(duì)隧道照明系統(tǒng)，采用LED燈具進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、替換和改造，提出了一種 采用專家系統(tǒng)的方法，檢測(cè)洞外亮度、洞內(nèi)亮度、車流量流速等參數(shù)，并結(jié)合CIE標(biāo)準(zhǔn)的隧 道照度需求曲線，生成動(dòng)態(tài)的隧道內(nèi)的照度需求曲線。然后采用一種前饋結(jié)合反饋的控制 策略，根據(jù)生成的照度需求曲線，對(duì)隧道內(nèi)的所有燈具的照度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，使得隧道內(nèi) 的照度能夠?qū)崟r(shí)的跟隨實(shí)際的照度需要，優(yōu)化照明系統(tǒng)的安全節(jié)能運(yùn)行，延長(zhǎng)了燈具的使 用壽命和減少光衰，并能大大節(jié)約了能耗。


圖1本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用的隧道LED照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2經(jīng)過(guò)CIE柔滑處理后的亮度需求曲線。圖3專家系統(tǒng)框圖。圖4整體隧道照明前饋與反饋控制原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。為了解決隧道照明節(jié)能安全優(yōu)化控制問(wèn)題，本發(fā)明按照?qǐng)D1搭建隧道照明監(jiān)控系 統(tǒng)，包括中心監(jiān)控主機(jī)、亮度檢測(cè)單元、車流量流速監(jiān)測(cè)單元、環(huán)境溫度傳感器、通信總線、 區(qū)域控制器、帶通信總線的單燈控制電源、LED燈具。中心監(jiān)控主機(jī)采用工控機(jī)，運(yùn)行中心
4監(jiān)控管理軟件和通信接口軟件，車流量流速檢測(cè)系統(tǒng)、亮度計(jì)和溫度傳感器的檢測(cè)參數(shù)，通 過(guò)通信總線，傳送給中心監(jiān)控主機(jī)。中心監(jiān)控主機(jī)通過(guò)通信接口，把區(qū)域控制指令下發(fā)到各 個(gè)區(qū)域控制器，再通過(guò)區(qū)域控制器的通信總線分別對(duì)系統(tǒng)的所有燈具進(jìn)行控制，進(jìn)行調(diào)光， 并能對(duì)每臺(tái)燈具的狀態(tài)(亮燈，滅燈，故障，照度給定等)進(jìn)行查詢，并顯示在軟件監(jiān)控界面 上。本發(fā)明提出在該系統(tǒng)平臺(tái)下，實(shí)現(xiàn)一種基于專家系統(tǒng)的隧道內(nèi)部照度需求曲線的 生成方法，該方法通過(guò)該平臺(tái)下在線檢測(cè)到的洞外亮度、洞內(nèi)亮度、車流量、車流速等信息， 結(jié)合國(guó)家對(duì)于隧道照明的標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于照明的相關(guān) 內(nèi)容，建立了一個(gè)專家?guī)?，?duì)輸入的隧道長(zhǎng)度、隧道高度、洞外亮度、行車速度、交通流量、以 及交通方式等信息進(jìn)行推理，確定相應(yīng)的入口段、過(guò)渡段、中間段和出口段的亮度基準(zhǔn)值。 然后，采用一種結(jié)合CIE適應(yīng)曲線的曲線柔滑的方法，使亮度曲線更加平滑，從而滿足人眼 適應(yīng)過(guò)程舒適度的要求。在照度需求曲線生成之后，本發(fā)明還采用前饋與反饋相結(jié)合的燈 具亮度控制調(diào)節(jié)方法，根據(jù)求得的照度需求曲線，對(duì)隧道內(nèi)的所有燈具的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使 隧道內(nèi)的亮度符合該照度曲線。由于洞外亮度，洞內(nèi)亮度，車流量流速是個(gè)動(dòng)態(tài)變化的參 數(shù)，所以整個(gè)照度曲線的生成以及燈具的亮度調(diào)節(jié)過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。下面從兩個(gè)方面對(duì)本發(fā)明的控制方法做詳細(xì)說(shuō)明。(1)采用智能專家系統(tǒng)生成照度需求曲線，采用CIE適應(yīng)曲線柔滑照度需求曲線。具體步驟如下1)采用亮度傳感器可以直接將檢測(cè)到的洞外亮度L20(S)通過(guò)通訊總線傳輸?shù)街?心監(jiān)控主機(jī)，來(lái)獲得準(zhǔn)確的洞外亮度值，該檢測(cè)值作為中心監(jiān)控主機(jī)的控制決策依據(jù)。在入口段，根據(jù)公式Lth = k · L20(S) (1)計(jì)算出入口段的亮度。其中k為折減系數(shù)。規(guī)范只給出了“雙車道單向交通”在車流量大于2400輛/h和小于700輛/h以及 “雙車道單向交通”在車流量大于1300輛/h和小于360輛/h時(shí)在不同設(shè)計(jì)車速下的折減 系數(shù)。因此其中所列出的折減系數(shù)并不能覆蓋所有不同的情況。對(duì)中間范圍內(nèi)沒(méi)有給出的 折減系數(shù)按照插值方法進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)公路隧道照明設(shè)計(jì)規(guī)范將過(guò)渡段分為三個(gè)過(guò)渡子段階梯，即過(guò)渡段1，過(guò)渡段 2和過(guò)渡段3。并在每段分開(kāi)的過(guò)渡子段中，每段的亮度基準(zhǔn)值分別為

權(quán)利要求
基于智能專家照度曲線的隧道LED照明自動(dòng)控制方法，包括下列步驟1)檢測(cè)洞外亮度，獲得洞外亮度值，對(duì)該亮度值折減后得到入口段的亮度；2)將過(guò)渡段分為兩個(gè)或兩個(gè)以上的過(guò)渡子段，以入口段的亮度為基礎(chǔ)，設(shè)定各過(guò)渡段、中間段、出口段的亮度初步基準(zhǔn)值；3)建立一個(gè)專家?guī)欤瑢?duì)輸入的隧道長(zhǎng)度、隧道高度、洞外亮度、行車速度、交通流量、以及交通方式的信息進(jìn)行推理，采用正向鏈接推理控制策略，調(diào)整相應(yīng)的入口段、各過(guò)渡子段、中間段和出口段的亮度基準(zhǔn)值；4)在專家系統(tǒng)里，根據(jù)CIE標(biāo)準(zhǔn)的眼睛適應(yīng)曲線，利用公式Ltr＝Lth(1.9+t) 1.4，從入口段開(kāi)始，對(duì)隧道內(nèi)全部過(guò)渡子段或部分過(guò)渡子段的亮度分布Ltr進(jìn)行柔滑處理，式中，v為車速，S為位移，對(duì)應(yīng)隧道的長(zhǎng)度，Lth為入口段的待柔滑亮度基準(zhǔn)值；5)由專家系統(tǒng)生成完整動(dòng)態(tài)的亮度需求曲線；6)根據(jù)亮度需求曲線，設(shè)定對(duì)各個(gè)LED隧道燈所在位置的亮度進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的給定值，根據(jù)洞內(nèi)部分亮度檢測(cè)值實(shí)現(xiàn)對(duì)整體LED隧道燈的亮度反饋調(diào)節(jié)。FDA0000026677480000011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于智能專家照度曲線的隧道LED照明自動(dòng)控制方法，其特征在于，該控制方法在第5)步生成了亮度需求曲線后，還包括如下的前饋控制方式以隧道內(nèi)的位置為參數(shù)，代入亮度需求曲線，得到對(duì)應(yīng)位置的平均照度Eav，再將該位置對(duì)應(yīng)隧道 段的燈具間隔S以及平均照度Eav代入光通量公式
全文摘要
本發(fā)明屬于隧道內(nèi)照明設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于智能專家照度曲線的隧道LED照明自動(dòng)控制方法1)檢測(cè)洞外亮度，獲得洞外亮度值，對(duì)該亮度值折減后得到入口段的亮度；2)劃分過(guò)渡段，以入口段的亮度為基礎(chǔ)，設(shè)定各段的亮度初步基準(zhǔn)值；3)建立一個(gè)專家?guī)?，?duì)輸入的隧道長(zhǎng)度、隧道高度、洞外亮度、行車速度、交通流量、以及交通方式的信息進(jìn)行推理，調(diào)整相應(yīng)的各段的亮度基準(zhǔn)值；4)對(duì)過(guò)渡段的亮度分布進(jìn)行柔滑處理；5)生成完整動(dòng)態(tài)的亮度需求曲線；6)根據(jù)亮度需求曲線和洞內(nèi)部分亮度檢測(cè)值實(shí)現(xiàn)對(duì)整體LED隧道燈的亮度反饋調(diào)節(jié)。本發(fā)明的方法能夠延長(zhǎng)隧道內(nèi)燈具的使用壽命，降低維護(hù)成本，并能節(jié)約能耗。
文檔編號(hào)H05B37/02GK101938878SQ20101028667
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者何熠, 馮守中, 吳愛(ài)國(guó), 辛長(zhǎng)國(guó) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)