CN110446319A - 一种隧道照明效果智能调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道照明效果智能调节系统，包括图像采集设备、照明回路控制箱、照明灯具、物联网智能网关和云服务器；其中，照明灯具和图像采集设备均布置在隧道内，图像采集设备，用于监测照明灯具的工作状态，并通过物联网智能网关传输至云服务器；云服务器，用于根据控制策略产生维护数据，或下发指令至照明回路控制箱；照明回路控制箱，用于与同一隧道照明线路上的多个照明灯具通信，打开或关闭照明灯具，或设置灯光亮度控制参数。本发明使得隧道照明系统既满足安全需求，又能达到节能效果，提高隧道照明系统技术水平。

Description

一种隧道照明效果智能调节系统

技术领域

本发明属于隧道照明能耗监测与节能领域，具体涉及一种隧道照明效果智能调节系统。

背景技术

隧道是公路运营管理的重点和难点，同时也是电力消耗的主力军，高速公路运营能源消 耗的85％发生在隧道内，有效降低隧道的电力消耗，也就解决了山区高速公路的电力消耗问 题。

由于驾驶员进入隧道内易出现“黑洞”和“白洞”视觉问题，目前我国对隧道照明的设计是 以全年洞外最大亮度和最高行车时速来确定隧道内各段的灯具功率和灯具分布密度的，控制 方式较单一，不能满足各时段复杂的自然光线变化，同时考虑到部分时段无车辆通行，隧道 照明存在电能浪费的问题，因此隧道照明面临着为驾驶员提供充足照明和节能降耗的双重要 求，现有隧道照明无法满足当下及未来的使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道照明效果智能调节系统，该系统使得隧道照明系统既满足 安全需求，又能达到节能效果，提高隧道照明系统技术水平。

本发明采用如下技术方案来实现：

一种隧道照明效果智能调节系统，包括图像采集设备、照明回路控制箱、照明灯具、物 联网智能网关和云服务器；其中，

照明灯具和图像采集设备均布置在隧道内，图像采集设备，用于监测照明灯具的工作状 态，并通过物联网智能网关传输至云服务器；

云服务器，用于根据控制策略产生维护数据，或下发指令至照明回路控制箱；

照明回路控制箱，用于与同一隧道照明线路上的多个照明灯具通信，打开或关闭照明灯 具，或设置灯光亮度控制参数。

本发明进一步的改进在于，图像采集设备包括多个摄像头和嵌入式计算机，一台嵌入式 计算机至少连接一个摄像头，摄像头用于拍摄灯光图像，并经过对应的嵌入式计算机处理图 像，产生传输信息，将有关信息通过物联网智能网关传输至云服务器。

本发明进一步的改进在于，传输信息包括灯具目前状态，生产日期，安装日期，以及累 积运行时间。

本发明进一步的改进在于，摄像头的数量由隧道长度和每台图像采集设备拍摄范围共同 决定。

本发明进一步的改进在于，摄像头采用CMOS工业摄像头。

本发明进一步的改进在于，照明回路控制箱还设置有工操作接口，用于现场开关灯具、 调节亮度。

本发明进一步的改进在于，照明回路控制箱与灯具的通信，采用低速双向数字通信，即 电力线载波过零数字通信。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明使用图像采集设备监测照明灯具的工作状态，图像采集设备由摄像头和嵌入式计 算机构成，一台嵌入式计算机至少连接一个摄像头，组成一套图像采集设备。图像采集设备 的数量由隧道长度和每台图像采集设备拍摄范围共同决定。一条隧道内所有图像采集设备组 成网络，可以通过网关设备，接入更大的物联网系统。摄像头可以拍摄灯光图像，嵌入式计 算机可以处理图像，产生传输信息，将有关信息通过物联网智能网关传输至云服务器，由云 服务器根据控制策略产生维护数据，或直接下发指令至照明回路控制箱，一个照明回路控制 箱与同一供电线路上的多个照明灯具通信，信道为电力线载波，打开或关闭灯具，或设置灯 光亮度控制参数。

本发明具有下列优势：摄像头和嵌入式计算机由于技术普及，成本低，性能可靠，目前 器材来源稳定，应用极广。图像处理技术成熟，性能强大，日益向智能化发展。隧道光照环 境简单，拍摄目标位置固定，排列有归律。基于以上原因，图像处理算法完全能实现所提出 的图像处理需求。控制箱与灯具间的信息传递采用电力线载波过零通信技术实现，无需另外 布设通信电缆。每个灯具受一个附属控制模块控制，可以远程开关和调节亮度，模块也可以 采集灯具发光信息，作为摄像头采集信息的交叉验证和相互补充。结合云计算、物联网现有 平台，对隧道照明设施进行监视和控制，以及辅助运营管理，可达到保障驾驶需要和节能需 要的双重目标。

附图说明

图1为本发明隧道照明效果智能调节系统框图；

图2为共轭成像结构示意图；

图3为本发明中照明回路控制箱的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明提供的一种隧道照明效果智能调节系统，包括图像采集设备、照明回 路控制箱、照明灯具、物联网智能网关和云服务器。

其中，图像采集设备由摄像头和嵌入式计算机构成，其数量由隧道长度和每台图像采集 设备拍摄范围共同决定；一台嵌入式计算机可以连接一个或二个摄像头。摄像头的功能是拍 摄确定范围内的发光灯具图像；嵌入式计算机可以预处理图像，产生传输信息，将有关信息 通过物联网智能网关传输至云服务器，传输信息包括灯具目前状态，生产日期，安装日期， 以及累积运行时间；所述摄像机的光学结构，采用长焦距，小视场角，共轭成像的光学结构， 使图像中灯具的像尽量密集和清晰。

物联网智能网关能够连接图像采集设备与服务器，实现两者之间的通信，实时查看所有 图像采集设备的工作状态；

云服务器根据传来的图像数据，形成控制策略，下发指令至物联网智能网关，以便网关 控制照明回路控制箱；云服务器下传的数据，除了灯具的开闭、亮度调节，还可以提供未来 维修计划，供有关人员参考。

照明回路控制箱执行对隧道内照明回路开启关闭或者调亮调暗指令，控制箱与灯具间的 信息传递采用电力线载波过零通信技术实现，无需另外布设通信电缆。控制箱也有现场人工 操作接口，可以现场开关灯具、调节亮度。

每个灯具的通信模块具有低成本、低功耗、小体积、易安装维护的特性，除了根据指令 控制灯具的开闭，以及亮度调节，也能就近采集发光亮度，上传作为摄像机采集数据的补充 和辅助。

本发明的作用主要有三个：

第一，由摄像头所拍摄的灯光图像，软件可判定是否有灯具失去发光功能。即具有发光 状态实时监视功能，可以及时发现异常，为自动处理异常和人工干预提供了基础。

第二，当发现有灯具损坏时，软件可以自动判断故障的位置、范围和程度，有针对性地 采取对策。例如，对于单个灯具失效，系统可修改照明回路控制箱控制参数，适当提高失效 灯具两侧相邻灯具的发光强度，在人工干预之前，临时性地保证故障路段照度符合要求。

第三，系统可以掌握全隧道灯具整体技术状况，根据每只灯具发光的状况和故障灯具数 量以及分布情况，针对安全性和经济效益，依据科学算法，做出最佳判决，给出包含所需材 料，人工，时间等全部维修要素的指导性意见。

优选的，采用高分辨率CMOS图像传感器，可以扩大一个CMOS摄像头所监视的灯具数量。由于拍照对象是静物，可适当降低采集速度要求以降低成本，提高性价比。由于拍照对象是等距离排列，基本为一条直线的独立发光小目标，为了充分利用CMOS图像传感器的感光像素，应使用小视场角长焦距镜头，摄像机应布置于发光灯带对面隧道壁，高度与灯带高度相同。摄像机镜头光轴与隧道轴线成锐角，使图像中灯具的像尽量密集。为了避免景深变化大造成的前后目标聚焦不一致，应改造传统摄像机结构，形成共轭成像结构的摄像机(图 2)。

优选的，以较低成本实现照明回路控制箱。控制箱以嵌入式计算机为核心，可以接收外 部网络指令，控制若干数量灯具的开闭和亮度调节。其与灯具的通信通过电力线载波实现， 每一灯具附属一个数据收发模块，该模块借助照明供电线路在控制箱嵌入式计算机与各个灯 具间传递状态与控制信息(图3)。

实施例：

下面对本发明的实施要点加以说明，通用技术则略去。

1.嵌入式计算机课采用树莓派计算机作为平台。操作系统可用WINDOWS。其就是一台嵌入化的个人计算机，各种硬件软件配置基本等同于一个台式机或笔记本电脑，开发环境 齐全。

2.摄像头可采用常见USB接口CMOS工业摄像头，分辨率为300万像素以上。

3.镜头可采用25mm或以上固定焦距镜头。

4.在原镜头和摄像机壳体间增加一楔形连接板，角度由实验决定，结果要保证在拍摄位 置视场内所有灯具均能清晰成像，且在可分辨的前提下可容纳最多的目标灯具。

5.照明回路控制箱的MCU可使用STM32系列32位微控制器，或者51系列8位微控制器作为核心，有无线或有线网络接口，以及现场人工操作装置，如触摸屏或键盘、鼠标等。还应有一个电力线载波数字通信模块，用来与同一供电线路上的照明灯具通信。

6.每盏照明灯具配置附属一个电力线载波数字通信模块。该模块与照明回路控制箱的电 力线载波数字通信模块进行数字通信，传递状态和控制信息。

7.灯具附属的电力线载波通信模块，有电源、MCU、传感器、执行器、过零调制与解调 器等主要成分。采用先进的过零载波通信，干扰小，安全性好，特别适用于一条供电线路上 的多点低速通信，成本低，实施工作量小，安装方便。甚至可以向灯具厂家定制，将通信模 块直接集成在灯具内部。

Claims (7)

1.一种隧道照明效果智能调节系统，其特征在于，包括图像采集设备、照明回路控制箱、照明灯具、物联网智能网关和云服务器；其中，

照明灯具和图像采集设备均布置在隧道内，图像采集设备，用于监测照明灯具的工作状态，并通过物联网智能网关传输至云服务器；

云服务器，用于根据控制策略产生维护数据，或下发指令至照明回路控制箱；

照明回路控制箱，用于与同一隧道照明线路上的多个照明灯具通信，打开或关闭照明灯具，或设置灯光亮度控制参数。

2.根据权利要求1所述的一种隧道照明效果智能调节系统，其特征在于，图像采集设备包括多个摄像头和嵌入式计算机，一台嵌入式计算机至少连接一个摄像头，摄像头用于拍摄灯光图像，并经过对应的嵌入式计算机处理图像，产生传输信息，将有关信息通过物联网智能网关传输至云服务器。

3.根据权利要求2所述的一种隧道照明效果智能调节系统，其特征在于，传输信息包括灯具目前状态，生产日期，安装日期，以及累积运行时间。

4.根据权利要求2所述的一种隧道照明效果智能调节系统，其特征在于，摄像头的数量由隧道长度和每台图像采集设备拍摄范围共同决定。

5.根据权利要求2所述的一种隧道照明效果智能调节系统，其特征在于，摄像头采用CMOS工业摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种隧道照明效果智能调节系统，其特征在于，照明回路控制箱还设置有工操作接口，用于现场开关灯具、调节亮度。

7.根据权利要求1所述的一种隧道照明效果智能调节系统，其特征在于，照明回路控制箱与灯具的通信，采用低速双向数字通信，即电力线载波过零数字通信。