CN105205321B

CN105205321B - 一种隧道照明灯具布设优化方法

Info

Publication number: CN105205321B
Application number: CN201510589360.4A
Authority: CN
Inventors: 李曙光; 凃岗; 折胜军
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: CN105205321A

Abstract

本发明公开了一种隧道照明灯具布设优化方法，其步骤包括：建立隧道灯具优化设计的目标函数、隧道照明灯具布设的需求亮度和长度计算、隧道照明灯具的布设方案、目标函数的优化。本方案中设置了目标函数，通过目标函数对隧道灯具设计过程进行约束，最终在各项费用最低的基础上，满足设计要求。本发明方案设计科学合理，过程简单，充分考虑隧道各项实际参数，并以实际参数出发给出优化方案，具有更加精准和较高的实际参考价值，为隧道照明设计提供了一种新的方案。

Description

一种隧道照明灯具布设优化方法

技术领域

本发明涉及交通安全领域，具体涉及一种隧道照明灯具布设优化方法。

背景技术

随着我国公路建设逐渐向西部推进，越来越多的公路隧道被建成和投入运营。隧道作为道路上的特殊构造物，具有环境封闭、内外差异大的特点，尤其是照明环境差异极其明显。受结构、环境特点限制，隧道成为道路上事故高发的黑点或段。一旦发生道路交通事故，又存在救援困难、交通组织复杂、损失较重的问题，对道路的运行效益具有极大影响。在人、车、路和环境的系统中，驾驶人是影响交通安全的决定性因素。而驾驶是以视觉为引导的，相关信息循环加工、产生决策的过程"在上述过程中，视知觉是决定性因素。受人眼生理功能限制，在环境照度发生变化时，会产生明、暗适应问题，造成视觉认知功能短时障碍，严重影响行车安全。为提高隧道内外环境一致性，减少上述问题的发生，隧道环境中往往要设置照明设施，以改善视场环境。在我国的隧道通风照明标准中，较为详细地给出隧道照明相关参数和设计方法，但存在诸多问题未能全面考虑，致使存在很大安全隐患。在实际隧道照明中，考虑设施施工技术和运营管理的简易性，照度实际值与标准又存在差异，与驾驶人需求相去甚远，进一步加重环境突变带来的安全隐患。针对隧道照明问题，国内外开展了诸多研究并取得一些成果。专利号CN204466012U胡猛虎、张英杰等基于扫描式激光传感器的隧道照明控制装置，实现有车开灯无车关灯，以达到降低能耗的目的。专利号CN104302050A西南交通大学的方勇、何川等隧道群照明系统控制系统和控制方法考虑了隧道群相邻隧道间距对照明控制的影响，既节省了隧道照明的电力消耗，又获得了更佳的照明效果。同样，专利号CN204119619U陈嘉等隧道照明智能单灯控制调光节能系统，根据需求最优化地设置照明功率，极大地提高了节能效果。

虽然上述研究取得了一些成果，但均未能明确解决隧道中明暗适应问题，更关键的是，这些研究虽然给出了一些理想化的设计思路，但均没有从实际应用过程中去考虑隧道所处地形、实际情况、环境因素、成本等问题，造成这些技术难以转化和实际警用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种隧道照明灯具布设优化方法，从实际出发，综合考虑成本、环境、安装等多项因素，提出一种合理的隧道灯具布设优化方法。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种隧道照明灯具布设优化方法，包括以下步骤：

步骤一，建立隧道灯具优化设计的目标函数

隧道灯具优化设计的目标函数为：

P_T＝P_J+P_G+P_P+P_N+P_F

上式中，P_J为灯具的建安费用，P_G为供电电缆费用，P_P为配电电缆的费用，P_N为能源消耗费用，P_F为其他附属费用；

步骤二，隧道照明灯具布设的需求亮度和长度计算

在本方案中，隧道沿行车方向划分为两个入口段、三个过渡段、一个中间段、两个出口段；

步骤S20，交通量计算

步骤S20-1，将隧道设计年份平均日交通量换算成标准小客车高峰小时交通量，公式为：

AAHT＝AADT*D

上式中，AAHT表示标准小客车高峰小时交通量，AADT表示平均日交通量，D表示日高峰小时系数，取值为0.1；

步骤S20-2，根据各种车型与标准小客车的换算系数和车辆统计时各种车辆所占比例，将各车型的标准小客车高峰小时交通量换算成混合车型高峰小时交通量，公式为：

上式中，T_A为混合车型高峰小时交通量，i为隧道段数，P_i为隧道的第i段所占标准小客车高峰小时交通量，A_I为隧道中车型相对于标准小客车的折算系数；

步骤S20-3，根据隧道类型与方向分布系数计算单向混合车型高峰小时交通量：

N＝T_A.F

上式中，N为隧道单向混合车型高峰小时交通量，F为隧道的方向分布系数，取值为0.55；

步骤S21，隧道中各段需求亮度计算

步骤S21-1，根据《公路隧道通风照明设计规范》和隧道的设计速度要求，选取设计所需的洞外亮度；

步骤S21-2，根据隧道设计小时交通量和设计速度选取隧道入口段亮度折减系数，计算隧道的两个入口段TH₁、TH₂的需求亮度：

L_th1＝k×L₂₀(S)

L_th2＝0.5×k×L₂₀(S)

在上面两个式子中，L_th1为TH₁段的需求亮度，L_th2为TH₂段的需求亮度，k为入口段亮度折减系数，取值为0.01～0.07；L₂₀(S)为洞外亮度；

步骤S21-3，根据步骤S21-2计算出的入口段需求亮度，计算隧道的三个过渡段TR₁、TR₂、TR₃的需求亮度：

L_tr1＝0.15×L_th1

L_tr2＝0.05×L_th1

L_tr3＝0.02×L_th1

上面三个式中，L_tr1为TR₁的亮度，L_tr2为TR₂的亮度，L_tr3为TR₃的亮度；

步骤S21-4，根据步骤S20-3中计算得到的交通量N和步骤S21-1中的设计速度要求，在《公路隧道通风照明设计规范》中选取对应的隧道中间段需求亮度；

步骤S21-5，根据步骤S1-4选取的隧道中间段需求亮度，计算隧道出口段EX₁、EX₂的需求亮度：

L_ex1＝3×L_in

L_ex2＝5×L_in

在上式中，L_ex1、L_ex2分别为出口段EX₁、EX₂的需求亮度，L_in为隧道中间段需求亮度；

步骤S22，隧道各需求段长度计算

步骤S22-1，计算隧道入口段TH₁、TH₂的需求长度：

上式中，D_th1为入口段TH₁的需求长度，D_th2为入口段TH₂的需求长度，D_s为照明停车视距，h为隧道中净空高度；

步骤S22-2，计算过渡段的需求长度，公式如下：

上式中，D_tr1、D_tr2、D_tr3分别为过渡段TR₁、TR₂、TR₃的需求长度，v_t为隧道的设计速度；

步骤S22-3，隧道出口段的总需求长度设置为60m，隧道中间段的需求长度为隧道总长度与入口段、过渡段、出口段长度之差；

步骤三，隧道照明灯具的布设方案

步骤S30，在隧道各需求段中进行灯具的布设，灯具的布设间隔为：

当隧道的设计速度不超过80km/h时，灯具布设间隔为9～14m；

当隧道的设计速度为80～100km/h时，灯具的布设间隔为11.5m～14m；

灯具的布设方式为：在隧道顶部沿中线布设、在隧道顶部两侧对称布设、隧道顶部两侧交错布设；

步骤S31，计算隧道各需求段布设灯具后的实际设计亮度，若隧道中各需求段的设计亮度均大于各段的需求亮度，则执行步骤四；若隧道中某需求段的设计亮度小于其需求亮度，则在该需求段已经布设灯具的基础上增加新的灯具，增加灯具后再计算设计亮度，直至设计亮度大于需求亮度；

步骤四，目标函数的优化

在步骤三中选择不同规格的灯具、布设方式，给出多套隧道照明灯具的布设方案，然后计算每套布设方案的目标函数值，取目标函数值最小的设计方案为最终方案。

本发明与现有技术相比具有以下技术特点：

本发明提出了一种隧道照明灯具布设优化算法，首先根据设计资金消耗建立优化设计的目标函数，根据需求计算和实际设计参数综合分析隧道照明设计中的约束条件，并提供多种隧道灯具的布设方案。本发明中根据考虑隧道多项实际参数，精确给出需求段的亮度、长度，使隧道灯具布设过程依据更加科学化、细致化；并且设置了反馈调整机制，使隧道各段亮度完全能达到实际使用要求；本方案中设置了目标函数，通过目标函数对隧道灯具设计过程进行约束，最终在各项费用最低的基础上，满足设计要求。本发明方案设计科学合理，过程简单，充分考虑隧道各项实际参数，并以实际参数出发给出优化方案，具有更加精准和较高的实际参考价值，为隧道照明设计提供了一种新的方案。

附图说明

图1为本发明的整体流程图；

图2为本发明实施例中加强照明和基本照明时的能耗费用比较图；

图3位本发明实施例中加强照明和基本照明时的建安费用比较图；

图4为本发明实施例中不同方案的电缆费用和建安费用比较图。

具体实施方式

本发明提出了一种隧道灯具布设优化方法，其整体流程图如图1所示，具体过程包括：

步骤一，建立隧道照明灯具优化设计的目标函数

隧道灯具布设优化方法中，在满足设计要求的前提下，最需要考虑的是各项费用，本方案中通过建立费用目标函数，使设计费用能降至最低。隧道灯具布设优化设计的目标函数为：

P_T＝P_J+P_G+P_P+P_N+P_F

上式中，P_J为灯具的建安费用，P_G为供电电缆费用，P_P为配电电缆的费用，P_N为能源消耗费用，P_F为其他附属费用；在设计过程中要求使目标函数P_T最小，达到资金消耗少、能源消耗少的目标；其中各项参数的计算过程如下：

①建安费P_J

P_J＝ΣiN_d·i·j_d·i

上式中，N_d·i为隧道第i段中灯具的总个数，j_d·i为隧道中第i段灯具d的价格和人工费用总和；

②供电电缆费用P_G

P_G＝∑kP_G·d·L_G·I,L_G·I≤L

上式中，P_G·d为隧道中第k条供电电缆的单位价格，L_G·I为隧道中供电电缆k的长度，L为隧道长度；

③配电电缆费用P_P

P_p＝∑j(G_P·d·L_P·I+∑A(G_P·d·A·L_P·I·A))

上式中，G_P·d为隧道中第j条配电电缆的单位价格，L_P·I为第j条配电电缆的长度，G_P·d·A为配电电缆j上的第A个灯具所在支路的电缆单位价格，L_P·I·A为配电电缆j上的第A个灯具所在支路的电缆长度；

④能源消耗费用P_N

P_N＝p_N·T·G

在上面的式子中，p_N为隧道第i段中灯具的总功率，T为供电时间，G为电费价格；

⑤其他附属费用

其他附属费用是指除了上述费用消耗之外的其他费用，如灯具的养护费用、灯具的更换费用等。

步骤二，隧道照明灯具布设的需求亮度和长度计算

步骤S20，交通量计算

步骤S20-1，根据隧道的项目可行性研究报告中提出的设计年份平均日交通量换算成标准小客车高峰小时交通量，公式为：

AAHT＝AADT*D

上式中，T_A为混合车型高峰小时交通量，i为隧道段数，本方案的隧道为8段；P_i为隧道的第i段所占标准小客车高峰小时交通量，A_I为隧道中车型相对于标准小客车的折算系数，小客车、中型车、大型车、拖挂车等，其折算系数大约为1、1.5、0.6左右；

N＝T_A.F

步骤S21，隧道中各段需求亮度计算

L_th1＝k×L₂₀(S)

L_th2＝0.5×k×L₂₀(S)

在上面两个式子中，L_th1为TH₁段的亮度，L_th2为TH₂段的亮度，k为入口段亮度折减系数，取值为0.01～0.07；L₂₀(S)为洞外亮度；

L_tr1＝0.15×L_th1

L_tr2＝0.05×L_th1

L_tr3＝0.02×L_th1

上面三个式中，L_tr1为TR₁的需求亮度，L_tr2为TR₂的需求亮度，L_tr3为TR₃的需求亮度；

L_ex1＝3×L_in

L_ex2＝5×L_in

步骤S22，隧道各需求段长度计算

步骤S22-1，计算隧道入口段TH₁、TH₂的需求长度：

步骤S22-2，计算过渡段的需求长度，公式如下：

步骤S22-3，隧道出口段的总需求长度设置为60m，隧道中间段的需求长度为隧道总长度与入口段、过渡段、出口段需求长度之差；

步骤三，隧道照明灯具的布设方案

当隧道的设计速度不超过80km/h时，灯具布设间隔为9～14m；

灯具的布设方式为：在隧道顶部沿中线布设、在隧道顶部两侧对称布设、隧道顶部两侧交错布设；也可以采取混合布设的方式；

步骤S31，计算隧道各需求段布设灯具后的实际设计亮度，若隧道中各需求段的设计亮度均大于各段的需求亮度，则执行步骤四；若隧道中某需求段的设计亮度小于其需求亮度，则在该需求段已经布设灯具的基础上增加新的灯具，增加灯具后再计算设计亮度，直至设计亮度大于需求亮度；即，布设灯具后如灯具的实际设计亮度大于前面计算出来的驾驶员在隧道中的需求亮度，则说明布设过程是满足要求的，可以进行下一步；如果需求亮度小于设计亮度，则达不到照明要求，则需要在不满足要求的这一段隧道中已布设灯具的基础上，添加额外的灯具，增加该段的亮度；所有段的亮度均满足要求后，再进行下一步。

其中隧道中各段实际设计亮度计算公式为：

上式中，L_av为隧道某段(入口段、出口段、过渡段、中间段)区域路面的平均亮度，L_p为计算点p(即为各盏灯具)处的亮度，m为计算点的总数；

路面的平均水平照度公式为：

上式中，ω为灯具布置系数，对称布置时取值为2，其余布置方式时取值为1；η为利用系数，采用LED灯时取值为0.8，采用高压钠灯时取值为0.4；φ为灯具的额定光通量，M为灯具的养护系数，W为隧道路面宽度，S为灯具间距；

本方案中隧道照明布设时影响设计亮度的因素有灯具布设方式、灯具的光通量和灯具的间距。

由上面的实际设计亮度计算公式和水平照度公式，可进一步推导出设计亮度计算公式的变式:

在上式中，P₀为灯具的功率，N_d为灯具的个数，γ为灯具光效系数，R为亮度换算比，其余参数含义同实际设计亮度计算公式和水平照度公式。

当隧道中某一需求段的实际设计亮度小于该段的需求亮度时，则按照下面的公式计算需要添加的灯具的间距：

计算需要加强亮度的需求段总需求光通量：

E_av.j＝E_av.i-E_av.z

上面的两个式子中，E_av.i、E_av.z分别为未添加灯具前、添加灯具后该需求段的路面的平均水平照度，添加灯具后的平均水平照度应大于该需求段的需求亮度；Φ_J为总需求光通量，W为隧道路面宽度，S₀为添加灯具的间距；η为利用系数，采用LED灯时取值为0.8，采用高压钠灯时取值为0.4；M为灯具的养护系数。

通过上面两个式子，进一步推出添加的灯具间距：

由此，当某个需求段的实际设计亮度不能达到需求亮度时，通过上述公式可计算出添加灯具的间距，在该需求段已布设灯具的基础上添加额外的灯具，以使亮度满足要求；也可以在已经达到亮度要求的基础上，进一步地通过添加灯具加强亮度，视实际情况而定。

步骤四，目标函数的优化

下面给出本方案的具体应用实施例：

实施例：

以浙江省乐山市盐盆山隧道为例其基本资料：隧道长度L＝1216m,隧道设计速度v_t＝80km/h，双向交通，水泥混凝土路面，纵坡坡率‐0.92％，隧道路面宽度W＝12.75m，灯具高度h＝8.15m，洞外亮度3000cd/m²。

具体过程包括：

步骤一，建立隧道照明灯具优化设计的目标函数

P_T＝P_J+P_G+P_P+P_N+P_F

在实现设计要求时使目标函数P_T值最小，达到资金消耗少和能源消耗少的目标。

步骤二，隧道照明灯具布设的需求亮度和长度计算

步骤S20，交通量计算

表1-1车辆比例系数结果

车型	小型车	中型车	大型车	拖挂车
					比例系数	55.9	26.3	11.7	6.1
换算系数	1	1.5	2	3

预测交通量为4936pcu/d，算得设计小时交通量：

N＝198.1veh/(h.ln)

步骤S21，隧道中各段需求亮度计算

表1-2中间段亮度表L_in(cd/m²)

根据设计小时交通量N＝198.1veh/(h.ln)和设计速度v_t＝80km/h得中间段亮度：

L_in＝2.5cd/m²

两个入口段的需求亮度分别为：

L_th1＝k×L₂₀(S)＝0.026×3000＝78cd/m²

L_th2＝0.5×k×L₂₀(S)＝0.5×0.026×3000＝39cd/m²

三个过渡段的需求亮度为：

L_tr1＝0.15×L_th1＝0.15×78.0＝11.7cd/m²

L_tr2＝0.05×L_th1＝0.05×78＝3.9cd/m²

L_tr3＝0.02×L_th1＝0.02×78＝1.56cd/m²<2.5×2＝5.0cd/m²

本实施例中可不设置过渡段TR₃照明。

两个出口段的需求亮度为：

L_ex1＝3×L_in＝3×2.5＝7.5cd/m²

L_ex2＝5×L_in＝5×2.5＝12.5cd/m²

步骤S22，各需求段长度计算

计算隧道入口段TH₁、TH₂的需求长度：

<取48m>

过渡段的需求长度：

(取72m)

(取96m)

由于L_tr3＝0.02×L_th1＝0.02×78＝1.56cd/m²<2.5×2＝5.0cd/m²，因此可不设置过渡段D_tr3。

出口段EX₁、EX₂的设计长度应将以30m和60m为基准或以布置间隔为最小长度计量单位向下取整获得：

D_ex1＝24m,D_ex2＝48m

步骤三，布设灯具，布设方案主要有LED对称布置、LED交错布置、LED混合布置、高压钠灯对称布置、高压钠灯交错布置、高压钠灯混合布置6种方案；计算中间段、入口段、过渡段、出口段的设计亮度：

L_av.in＝(60·1·2·95·0.8·0.7)/(12·12.75·15)＝2.78cd/m²

L_av.th1＝(400·9·2·95·0.4·0.7)/(12·12.75·15)＝83.4cd/m²

L_av.th2＝(150·11·2·95·0.4·0.7)/(12·12.75·15)＝38.2cd/m²

L_av.tr1＝(70·6·2·95·0.4·0.7)/(12·12.75·15)＝9.73cd/m²

L_av.tr2＝(70·1·2·95·0.4·0.7)/(12·12.75·15)＝1.62cd/m²

L_av.ex1＝(50·5·2·95·0.4·0.7)/(12·12.75·15)＝5.79cd/m²

L_av.ex2＝(70·6·2·95·0.4·0.7)/(12·12.75·15)＝9.72cd/m²

最终得到隧道各段需求亮度、设计亮度的对比结果：

表1-4高压钠灯灯对称布置方案结果统计

段名	入口段1	入口段2	过渡段1	过渡段2	中间段	出口段1	出口段2
								需求亮度cd/m²	78	39	11.7	3.9	2.5	7.5	12.5
设计亮度cd/m²	86.2	40.98	12.51	4.4	2.78	8.57	12.5
								超额亮度cd/m²	8.2	1.98	0.81	0.5	0.28	1.07	0

其它布设方案计算结果：

表1-5 LED灯对称布置方案结果统计

段名	入口段1	入口段2	过渡段1	过渡段2	中间段	出口段1	出口段2
								需求亮度cd/m²	76.5	38.25	11.475	3.825	2.5	7.5	12.5
设计亮度cd/m²	77.6	39.5	11.77	3.89	2.78	8.03	12.70
								超额亮度cd/m²	1.1	1.25	0.295	0.065	0.28	0.53	0.20

表1-6 LED灯交错布置方案结果统计

段名	入口段1	入口段2	过渡段1	过渡段2	中间段	出口段1	出口段2
								需求亮度cd/m²	76.5	38.25	11.475	3.825	2.5	7.5	12.5
设计亮度cd/m²	77.6	38.3	11.77	3.89	2.78	7.6	12.70
								超额亮度cd/m²	1.1	0.05	0.295	0.065	0.28	0.1	0.20

表1-7高压钠灯交错布置方案结果统计

段名	入口段1	入口段2	过渡段1	过渡段2	中间段	出口段1	出口段2
								需求亮度cd/m²	76.5	38.25	11.475	3.825	2.5	7.5	12.5
设计亮度cd/m²	78.6	39.58	12.26	3.96	2.78	7.62	12.74
								超额亮度cd/m²	2.1	1.33	0.785	0.135	0.28	0.12	0.24

从表中可以看出，对于不同的设计方案，各需求段的设计亮度均大于其对应的需求亮度，说明设计结果满足要求。

为了使隧道内部照明具有更加好的效果，在现有结果已经满足设计要求的基础上，进一步地对各需求段的照明进行加强，计算过程如下：

入口段1:

E_av.i＝13×L_th1＝1014lx

E_av.j＝13×L_th1-32.5＝981.5lx

(取2m)

Φ_J＝4800(400W高压钠灯)

入口段2：

E_av.j＝13×L_th2-32.5＝474.5lx

(取1.5m)

Φ_J＝16000(150W高压钠灯)

中间段：

E_av.j＝13×L_in＝32.5lx

过渡段1：

E_av.j＝13×L_tr1-32.5＝119.6lx

(取2m)

Φ_J＝6000(70W高压钠灯)

过渡段2：

E_av.j＝13×L_tr2-32.5＝18.2lx

(取12.5m)

Φ_J＝6000(70W高压钠灯)

出口段1：

(取1.5m)，Φ_J＝3600(50W高压钠灯)

出口段2：

(取1.5m)，Φ_J＝6000(50W高压钠灯)

最终得到的隧道灯具布设优化参数如下表：

表1-8隧道照明灯具布设优化参数

步骤四，目标函数的优化

根据目标函数中的能耗费用公式下面以1元/度的价格统计1小时各个方案费用对比(单位：元)。

如图2所示，从途中可以看出，高压钠灯方案的能耗费用较LED灯方案的能耗费用要高；同时因为基本照明的灯具都选择了LED灯具，则能耗费用相同；因能耗费用和功率成正比，则交错布置与混合布置的能耗费用要比对称布置的能耗费用要低。

建安费用根据隧道的不同和灯具选择厂家的不同一般不同，但相差不会太大。一般LED灯的建安费是按照20元/w的价格，而高压钠的以飞利浦灯具价格为例进行比较。根据目标函数中的建安费公式计算六种方案的建安费。

飞利浦高压钠灯价格表

功率(w)	400	250	150	100	70	50
							建安费(元)	850	850	800	800	750	750

从上表也可看出高压钠的的价格比led灯的价格要低，特别是在灯具功率较大的时候尤为明显。

如图3所示，从图中可以看出在建安费方面，LED灯的建安费用较高，而高压钠灯因为其灯泡结构，价格较LED来说要低的多。同时因建安费和灯具个数和额定功率等也基本呈现线性关系，则在同一种灯具的三种方案中走势基本同能耗费用的走势。

电缆费用以市场不同规格的常用电缆价格根据目标函数中的公式对6种不同方案进行计算。

如图4所示，根据图中可以看出，在综合了电缆费用和建安费用后，依然是高压钠灯的初步设计费用较少；两侧对称布置的初步设计费用最高，但减少了洞顶的电缆复杂度；交错布置的费用最低，但洞顶的电缆最为复杂；混合布置洞顶电缆复杂度介于两者中间，因隧道灯具布设不统一，增加了驾驶员的视觉疲劳度；同时高压钠灯因其特殊性，会出现混合布置较交错布置价格增加的情况。

隧道灯具布设优化方法总体分析：

在能源节省的设计前提下，不同的方案的费用各不相同。高压钠灯的优势在于，建安费用较少，在隧道照明初步建设中费用较为低廉，但因其灯泡结构使能源不能完全的应用于照明中，造成了能源的无用消耗；LED灯的优势在于，能源利用率高，同时寿命较长，减少了能源消耗费用和附加费用的资金消耗，但在速调照明初步建设中建安费较高；对称布置的优势在于美观大方，同时便于建设，但不能较好的切合需求亮度，有一定的能源浪费；交错布置能够更好的切合需求亮度且照明效率高，但因其较对称布置安装较为复杂，间接性的增加了人工费用；中线布置也能够更好的切合需求亮度，但不适合较高需求亮度的布设要求，同时各个车道亮度差别较大，较为不利于驾驶员适应；各段不同的优势在于较好的能源节约，同时中和了一部分的人工费用，但隧道中各段布设不同增加了驾驶员的视觉疲劳度，且以高压钠灯布设时，会出现上文展示中功率消耗反而增加的问题。根据实际设计需求从各种方案中选择较为优秀同时符合客观要求的方案。

Claims

1.一种隧道照明灯具布设优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，建立隧道照明灯具优化设计的目标函数

隧道照明灯具优化设计的目标函数为：

P_T＝P_J+P_G+P_P+P_N+P_F；

上式中，P_J为灯具的建安费用，P_G为供电电缆费用，P_P为配电电缆的费用，P_N为能源消耗费用，P_F为其他附属费用，其他附属费用包括灯具的养护费用、灯具的更换费用；

步骤二，隧道照明灯具布设的需求亮度和长度计算

步骤S20，交通量计算

AAHT＝AADT*D；

<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>A</mi> <mi>A</mi> <mi>T</mi> <mi>H</mi> <mo>.</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mi>i</mi> </munder> <msub> <mi>p</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>.</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>I</mi> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

N＝T_A.F；

步骤S21，隧道中各段需求亮度计算

L_th1＝k×L₂₀(S)；

L_th2＝0.5×k×L₂₀(S)；

L_tr1＝0.15×L_th1；

L_tr2＝0.05×L_th1；

L_tr3＝0.02×L_th1；

步骤S21-5，根据步骤S21-4选取的隧道中间段需求亮度，计算隧道出口段EX₁、EX₂的需求亮度：

L_ex1＝3×L_in；

L_ex2＝5×L_in；

步骤S22，隧道各需求段长度计算

步骤S22-1，计算隧道入口段TH₁、TH₂的需求长度：

<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>h</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>0.5</mn> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1.154</mn> <msub> <mi>D</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>h</mi> <mo>-</mo> <mn>1.5</mn> </mrow> <mrow> <mi>tan</mi> <mn>10</mn> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>

步骤S22-2，计算过渡段的需求长度，公式如下：

步骤三，隧道照明灯具的布设方案

当隧道的设计速度不超过80km/h时，灯具布设间隔为9～14m；

步骤四，目标函数的优化