CN107567141A - 基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法，包括：根据当天日期从能耗平台大数据库中获取指定天数内的隧道洞外亮度最高值，并以此确定当天照明控制的基本工况，从而计算出当天的照明分级控制的具体亮度分级指标；根据当天日期从能耗平台数据库中获取指定天数内各个时间点的隧道洞外亮度平均值，并绘制一条曲线，将绘制的曲线与当天的具体亮度分级指标相结合，来确定当天的分时控制策略；再根据隧道洞外亮度实时修正当天的分时控制策略。该方法既可以保证隧道中的照明照度满足规范要求，也可以在现有基础上有效降低隧道照明的能源消耗。

Description

基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法

技术领域

本发明涉及电子技术及交通领域，尤其涉及一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法。

背景技术

近年来，我国的高速公路迅速发展，给人们的交通带来了很多便利，当高速公路发展到山区时，往往通过开隧道的方式保证高速公路继续延伸。根据调查统计，目前高速公路机电运营成本中约80％的支出用于支付电费，其中大部分开支是由隧道内设备用电产生，特别是隧道照明用电。如何通过隧道用电精细化的监控和管理，营造高速公路隧道良好的驾驶视觉环境，并实现节能减排的效果和目的，是一个亟待解决的实际问题。

目前隧道照明的节能方法，主要有：采用高功率因数的高压钠灯(配高效电子镇流器)、隧道内两侧敷设反射率高的瓷砖、尽量缩短供电电缆长度以减少线路损耗、合理布置配电房的位置、集中调光控制、降低洞外亮度等方法。为了进一步节能设计者还把隧道内的灯具分为晴天灯、云天灯、阴天灯、重阴天灯、夜间灯和深夜灯等几个回路进行人工或自动的控制。纵观现有的这些方法，虽然有一定的节能效果，但在实际运行中还是不能达到按需照明的效果，无法解决营运过程中行车安全和节省能耗之间的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法，既可以保证隧道中的照明光照度满足规范要求，也可以在现有基础上有效降低隧道照明的能源消耗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法，包括：

根据当天日期从能耗平台大数据库中获取指定天数内的隧道洞外亮度最高值，并以此确定当天照明控制的基本工况，从而计算出当天的照明分级控制的具体亮度分级指标；

根据当天日期从能耗平台大数据库中获取指定天数内各个时间点的隧道洞外亮度平均值，并绘制一条曲线，将绘制的曲线与当天的具体亮度分级指标相结合，来确定当天的分时控制策略；

再根据隧道洞外亮度实时修正当天的分时控制策略。

该方法还包括：基于物联网技术和大数据技术采集过去1年以上的隧道洞内外参数和用电设备参数，从而建立能耗平台大数据库；其中，所述隧道洞内外参数包括光照度与车流量。

所述确定当天照明控制的基本工况包括：

能耗平台数据库中划分了五种基本工况：

基本工况1：L20(S)≤1500；

基本工况2：1500＜L20(S)≤2000；

基本工况3：2000＜L20(S)≤2500；

基本工况4：2500＜L20(S)≤3000；

基本工况5：3000＜L20(S)≤3500；

其中的L20(S)表示隧道洞外亮度值；

根据当天日期，从能耗平台数据库中获取往年同日前后15天内以及当天之前30天内每一天的隧道洞外亮度最高值，取这些隧道洞外亮度最高值的平均值作为当天最高洞外亮度的预判值，并根据此预判值隶属于基本工况的区间来确定当天照明控制的基本工况。

所述计算出当天的照明分级控制的具体亮度分级指标包括：

根据当天照明控制的基本工况，通过匹配对应的控制策略分级表，，来计算当天的照明分级控制的具体亮度分级指标。

所述根据当天日期从能耗平台大数据库中获取指定天数内各个时间点的隧道洞外亮度平均值，并绘制一条曲线，将绘制的曲线与当天的具体亮度分级指标相结合，来确定当天的分时控制策略包括：

根据当天日期从能耗平台大数据库中获取往年同日前后15天内以及当天之前30天内，从0点～23：59分的隧道洞外亮度数据进行平均值计算，利用计算结果中相同的时间点的隧道洞外亮度平均值绘制一条曲线，通过截取当天的具体亮度分级指标所对应亮度曲线上的时间段，来确定当天照明控制的分时控制策略。

所述根据隧道洞外亮度实时修正当天的分时控制策略包括：

在打开加强照明灯至达到当日最高控制策略的过程中，在每一个控制策略的执行周期实时分析隧道洞外亮度值，如果隧道洞外亮度实时平均值高于当前控制策略执行周期的亮度范围最高值，则自动执行当天控制工况中对应时间高一级的控制策略；

在达到当日最高控制策略至加强灯全关闭的过程中，在每一个控制策略的执行周期实时分析隧道洞外亮度值，如果隧道洞外亮度实时平均值低于当前控制策略执行周期的亮度范围最低值，则自动执行当天控制工况中对应时间低一级的控制策略。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，利用物联网技术采集隧道洞外亮度数据和车流量数据，并基于采集的大量数据进行大数据分析历史光照度变化和车流量变化，同时根据实时的隧道洞外亮度提出隧道实际照明的需求，进而输出对照明系统的控制方案，从而可以保证在需要时控制照明器的开启、关闭和调光，保证隧道中的照明要求，还可以有效降低隧道照明的能源消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的洞外亮度平均值曲线示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法。在进行隧道照明控制之前需要基于物联网技术和大数据技术采集过去1年以上的隧道洞内外参数(光照度、车流量)和用电设备参数(电压、电流、洞外亮度、洞内照度等)，从而建立能耗平台大数据库，并据此进行大数据分析，完善隧道照明数据模型，该数据库作为后期制定照明控制策略的数据支撑，并随着采集的数据量的增加，数据模型和照明控制策略将越来越精确。

根据车流量、洞外亮度和行车速度分析可知，车流量和行车速度的分级情况影响的是隧道照明亮度指标的整定，关系到最终控制策略的制定和输出；洞外亮度值的大小则是用于确定当天照明控制基本工况的定义分级。

本发明实施例中的能耗平台大数据库中划分了五种基本工况：

基本工况1：L20(S)≤1500；

基本工况2：1500＜L20(S)≤2000；

基本工况3：2000＜L20(S)≤2500；

基本工况4：2500＜L20(S)≤3000；

基本工况5：3000＜L20(S)≤3500；

其中的L20(S)表示隧道洞外亮度值；

这五种工况对应的是不同的洞外亮度高峰取值范围。根据不同的基本工况，对洞外亮度的变化规律分时段划分为：晴天、云天、阴天、重阴天、夜间等5种工况。因此，按照洞外亮度和亮度变化时间节点两种情况下，对每天的隧道洞外亮度值进行精细化的划分，即在基本工况1～基本工况5的5个基本工况下，每个基本工况各自细分为晴天、云天、阴天、重阴天、夜间5种工况，总共可以分为25种工况，按照上述工况等级划分，根据《公路隧道照明设计细则》JTG/T D70/2-01-2014的规定计算并整定隧道照明各分段的亮度指标，从而制定照明控制系统的控制输出策略，使隧道照明实际亮度值尽可能的趋近于整定值，从而达到隧道照明控制的智能化和精细化。

隧道照明控制的流程如图1所示，主要包括如下步骤：

1)根据当天日期从能耗平台数据库中获取指定天数内的隧道洞外亮度最高值，并以此确定当天照明控制的基本工况，从而计算出当天的照明分级控制的具体亮度分级指标；

2)根据当天日期从能耗平台数据库中获取指定天数内各个时间点的隧道洞外亮度平均值，并绘制一条曲线，将绘制的曲线与当天的具体亮度分级指标相结合，来确定当天的分时控制策略；

3)再根据隧道洞外亮度实时修正当天的分时控制策略。

下面针对各个步骤做举例说明。

首先分析隧道的照明控制手段：以广西某高速公路某1.2km长隧道为例：该隧道采用加强照明高压钠灯+基本应急照明LED灯的照明系统。隧道内的高压钠灯利用现场控制箱的接触器，可以分为1(50％灯具)，2(25％灯具)，3(25％灯具)的开关灯控制方式；隧道变电所设置有智能照明稳压调控装置，可以对钠灯进行100％～90％的调压控制；隧道内的基本照明LED灯具，可以利用基本照明低压出线主回路的断路器电操机构实现开关灯控制。结合隧道采用的高压钠灯和LED灯具备的分组控制、调压控制、开关灯控制等功能，智能照明控制系统可以实现对该隧道照明系统的10种控制策略。具体如表1所示：

表1某1.2km长隧道照明控制策略分级表

该隧道的加强照明灯具主要采用400W、250W、150W、100W等四种功率的高压钠灯，在进行回路设计时，能够实现全开、开3/4灯具、开1/2灯具、开1/4灯具、全闭等5种控制方式，每种开关灯控制方式结合智能稳压调控装置对高压钠灯具有的降压调节功能，形成如表1所示的10种控制策略，不同的控制策略对应的不同工况下的响应，即可达到隧道节能的目的。

其次按照控制流程进行照明控制策略的选取：

1)确定当天照明控制的基本工况。

根据当天日期，从能耗平台数据库中获取往年同日前后15天内以及当天之前30天内每一天的隧道洞外亮度最高值，取这些隧道洞外亮度最高值的平均值作为当天最高洞外亮度的预判值，并根据此预判值隶属于五种基本工况的区间来确定当天照明控制的基本工况。

示例性的，当天日期是2017年6月19日，则当天的照明控制基本工况是按照“2016.6.4日～2016.7.4日”、“2015.6.4日～2015.7.4日”、“2017.5.19日～2017.6.18日”中每天的最高隧道洞外亮度计算出来的平均值所在的洞外亮度范围来选取，如显示选取范围内的最高隧道洞外亮度平均值为3300，则当天选择照明控制基本工况5。

在确定了当天的基本工况后，通过匹配对应的控制策略分级表，可以得出当天的照明分级控制的具体亮度分级指标(晴天、云天、阴天等5钟不同天气情况下对应的洞外亮度值)，并选用对应的控制策略。

本发明实施例中的控制策略分级表已经预先建立，在实际应用中可以直接调用。具体分级见下表(基于洞外最高亮度3500，照明设计时速100km/h，交通量最低档进行计算)：

2)确定当天的分时控制策略。

根据当天日期从能耗平台数据库中获取往年同日前后15天内以及当天之前30天内，从0点～23：59分的隧道洞外亮度数据进行平均值计算，利用计算结果中相同的时间点的隧道洞外亮度平均值绘制一条曲线，通过截取当天的具体亮度分级指标所对应亮度曲线上的时间段，来确定当天照明控制的分时控制策略。

举例：今天是2017年6月19日，则首先选择“2016.6.4日～2016.7.4日”、“2015.6.4日～2015.7.4日”、“2017.5.19日～2017.6.18日”中的洞外亮度L20(S)数值进行平均值计算并根据其数值绘制洞外亮度平均值曲线，再按照照明控制基本工况5中的照明分级控制的具体亮度分级指标结合所绘制的洞外亮度平均值曲线来确定具体时间范围与控制策略，当日洞外亮度平均值曲线如图2所示。

通过分析可以得出以下结论：

①5:50～7:30：亮度曲线在8～455范围爬升，选择控制策略8；隧道基本/应急灯具仅开应急照明灯具。

②7:30～8:30：亮度曲线在455～875范围爬升，选择控制策略7；隧道基本/应急灯具仅开应急照明灯具。

③8:30～9:00：亮度曲线在875～1750范围爬升，选择控制策略5；隧道基本/应急灯具仅开应急照明灯具。

④9:00～17:00：亮度曲线在1750～3500范围，选择控制策略1；隧道基本/应急灯具全开。

⑤17:00～17:50：亮度曲线在1750～875范围下降，选择控制策略5；隧道基本/应急灯具全开。

⑥17:50～18:30：亮度曲线在875～455范围下降，选择控制策略7；隧道基本/应急灯具全开。

⑦18:30～20:50：亮度曲线在455～8范围下降，选择控制策略8；隧道基本/应急灯具全开。

⑧20:50～次日5:50：选择控制策略10，关闭加强照明灯具，隧道基本/应急灯具仅开应急照明灯具。

3)根据隧道洞外亮度实时修正当天的分时控制策略

在执行分时控制策略的过程中，需要根据实时隧道洞外亮度值修正控制策略，以全部满足规范要求以及行驶安全的前提下，使照明照度尽量接近实际需求值。其中有两个原则：

1)实行0点至当日最高控制亮度之间，亮度控制策略只升不降；

2)当日最高控制亮度时至23：59控制策略只降不升。

具体控制方式如下：

在打开加强照明灯至达到当日最高控制策略的过程中，在每一个控制策略的执行周期实时分析隧道洞外亮度值，如果隧道洞外亮度实时平均值高于当前控制策略执行周期的亮度范围最高值，则自动执行当天控制工况中对应时间高一级的控制策略；

在达到当日最高控制策略至加强灯全关闭的过程中，在每一个控制策略的执行周期实时分析隧道洞外亮度值，如果隧道洞外亮度实时平均值低于当前控制策略执行周期的亮度范围最低值，则自动执行当天控制工况中对应时间低一级的控制策略。

以上控制方式为单日控制流程，次日的隧道照明控制方式进行重复即可。值得注意的是，根据高压钠灯的特性，如若隧道照明中使用有钠灯，应尽量确保每一回路隧道照明加强灯具的开启-关闭时间不低于20分钟，并使每个回路的灯具尽可能的平均分配工作时间，使灯具使用率和寿命得到较好的均分和延长。

本发明实施例上述方案，由于能够根据实时的洞外亮度及历史光照度变化提出隧道实际照明的需求，进而对输出照明系统的控制方案，从而可以保证在需要时控制照明器的开启、关闭和调光，保证隧道中的照明要求，还可以有效降低隧道照明的能源消耗。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法，其特征在于，包括：

根据当天日期从能耗平台大数据库中获取指定天数内的隧道洞外亮度最高值，并以此确定当天照明控制的基本工况，从而计算出当天的照明分级控制的具体亮度分级指标；

根据当天日期从能耗平台大数据库中获取指定天数内各个时间点的隧道洞外亮度平均值，并绘制一条曲线，将绘制的曲线与当天的具体亮度分级指标相结合，来确定当天的分时控制策略；

再根据隧道洞外亮度实时修正当天的分时控制策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法，其特征在于，该方法还包括：基于物联网技术和大数据技术采集过去1年以上的隧道洞内外参数和用电设备参数，从而建立能耗平台大数据库；其中，所述隧道洞内外参数包括光照度与车流量。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法，其特征在于，所述确定当天照明控制的基本工况包括：

能耗平台数据库中划分了五种基本工况：

基本工况1：L20(S)≤1500；

基本工况2：1500＜L20(S)≤2000；

基本工况3：2000＜L20(S)≤2500；

基本工况4：2500＜L20(S)≤3000；

基本工况5：3000＜L20(S)≤3500；

其中的L20(S)表示隧道洞外亮度值；

根据当天日期，从能耗平台数据库中获取往年同日前后15天内以及当天之前30天内每一天的隧道洞外亮度最高值，取这些隧道洞外亮度最高值的平均值作为当天最高洞外亮度的预判值，并根据此预判值隶属于基本工况的区间来确定当天照明控制的基本工况。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法，其特征在于，所述计算出当天的照明分级控制的具体亮度分级指标包括：

根据当天照明控制的基本工况，通过匹配对应的控制策略分级表，来计算当天的照明分级控制的具体亮度分级指标。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法，其特征在于，所述根据当天日期从能耗平台大数据库中获取指定天数内各个时间点的隧道洞外亮度平均值，并绘制一条曲线，将绘制的曲线与当天的具体亮度分级指标相结合，来确定当天的分时控制策略包括：

根据当天日期从能耗平台大数据库中获取往年同日前后15天内以及当天之前30天内，从0点～23：59分的隧道洞外亮度数据进行平均值计算，利用计算结果中相同的时间点的隧道洞外亮度平均值绘制一条曲线，通过截取当天的具体亮度分级指标所对应亮度曲线上的时间段，来确定当天照明控制的分时控制策略。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术和大数据技术的隧道照明控制方法，其特征在于，所述根据隧道洞外亮度实时修正当天的分时控制策略包括：

在打开加强照明灯至达到当日最高控制策略的过程中，在每一个控制策略的执行周期实时分析隧道洞外亮度值，如果隧道洞外亮度实时平均值高于当前控制策略执行周期的亮度范围最高值，则自动执行当天控制工况中对应时间高一级的控制策略；

在达到当日最高控制策略至加强灯全关闭的过程中，在每一个控制策略的执行周期实时分析隧道洞外亮度值，如果隧道洞外亮度实时平均值低于当前控制策略执行周期的亮度范围最低值，则自动执行当天控制工况中对应时间低一级的控制策略。