CN110536528A - 基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制系统及方法，亮度信息采集单元采集洞外亮度信息；车辆信息采集单元采集车速信息、交通量和车辆位置信息；模糊逻辑计算模块根据车速信息、交通量和亮度信息计算出隧道加强段的照明强度等级；控制中心根据车辆位置信息和隧道加强段的照明强度等级生成对应的调光指令，调光控制中枢将具体的调光等级和调光回路信息下达至对应的调光控制器，调光控制器将相应指令转换成对应的脉冲信号调整其控制的各路灯具的照明等级。本发明的控制系统能够根据车辆位置精确调控车辆视距范围内的灯具亮度，控制方法能够在保证隧道行车安全的前提下，提高照明的针对性和精确性，实现充分节能的目的。

Description

基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制系统及方法
技术领域
本发明涉及隧道照明技术领域，具体为一种基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制系统及方法。
背景技术
隧道照明系统对于保障隧道交通安全、畅通具有重要意义，在公路运营过程中，照明电力耗费是运营支出的重要组成部分。根据文献【1】(公路隧道照明细则，JTG/T D70/2-01-2014),单向交通隧道照明在行车方向上可以分为5个段落：接近段、隧道入口段、过渡段、中间段和隧道出口段，其中中间段的照明不受洞外亮度的影响，而隧道入口端、过渡段和出口段的照明亮度受到洞外亮度的影响，其能起到过渡洞外环境与隧道间“亮-暗”和“暗-亮”环境的作用，为了解决驾驶员白昼驶入、驶出隧道时适应洞内外亮度反差的措施，其照明通常由基本照明和加强照明两部分组成，其中加强段照明所需照明亮度高，是隧道照明耗电的重要组成部分。
目前隧道照明控制方法一般有如下几种：(1)人工控制方式，该方法是由隧道管理人员根据不同的时间、天气和其它条件人工控制隧道照明亮度；(2)时序控制方式，该方法是预先制定好不同季节中不同时间段的亮度控制策略，编制相应的控制程序；(3)自动控制方式，该方法是通过监测洞外亮度和车流量变化来动态调节灯具的亮度，常用的调节方式有自动分级控制和无极控制两种。上述几种方法虽然能在不同程度上起到节能的效果，但是其亮度控制方式仍不能及时调整照明亮度，不能起到很好的节能效果。为了解决上述问题，目前智能控制方式也在隧道照明中得到了应用，如文献【2】(CN105282947 A一种基于监控图像的隧道照明节能智慧控制系统)提出了一种通过判断隧道内是否有车来控制隧道内照明亮度的方法，文献【3】(CN 105188229A一种自适应分段控制的隧道照明控制系统及方法)提出了一种通过对隧道自适应分段控制的照明方法，但是就目前的控制方法而言，均是以隧道整体为控制对象，但是在实际中只要保证隧道照明能满足每辆车的照明需求即可。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够在保证隧道行车安全的前提下，提高照明的针对性和精确性，实现充分节能的目的基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制系统及方法。技术方案如下：
一种基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制系统，包括亮度信息采集单元、车辆信息采集单元、亮度信息采集单元、模糊逻辑计算模块、控制中心、调光控制中枢和调光控制器；
亮度信息采集单元将采集到的洞外亮度信息L发送给模糊逻辑计算模块；
车辆信息采集单元将采集到的车速信息V和交通量Q发送到模糊逻辑计算模块，并将采集到的车辆位置信息W发送给控制中心；
模糊逻辑计算模块根据车速信息V、交通量Q和亮度信息L计算出隧道加强段的照明强度等级R，并将其发送给控制中心；
控制中心根据车辆位置信息W和隧道加强段的照明强度等级R，对每辆车制定针对性的照明方案，并将由此转换得到的调光指令传送至调光控制中枢；
调光控制中枢将具体的调光等级和调光回路信息下达至对应的调光控制器，
调光控制器将相应指令转换成对应的脉冲信号调整其控制的各路灯具的照明等级。
一种基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制方法，包括以下步骤：
步骤1：采集洞外亮度信息L、车速信息V、交通量Q和车辆位置信息W；
步骤2：根据车速信息V、交通量Q和亮度信息L计算出加强段的照明等级R；
步骤3：根据车辆位置信息W和加强段的照明强度等级R调整每辆车视距范围内的亮度，确定每个独立灯具的亮度和开启、关闭的时机，并生成对应的调光指令；
步骤4：根据调光指令控制的各路灯具的照明等级。
进一步的，所述步骤2具体为：将洞外亮度L、隧道车流量Q和车速V作为模糊逻辑控制器的输入参数；
取L的真实论域为{0 1000}，单位cd/m2，离散论域取{1,2,3,4,5,6,7,8,9}；模糊语言变量的各值定义如下：
Z＝零，对应0～100cd/m2；S＝小，对应50～200cd/m2；M＝中，对应100～500cd/m2；BS＝中大，对应200～1000cd/m2；BB＝最大，对应>500cd/m2；
取QV的真实论域为{50000 100000}，离散论域取{1,2,3}；模糊语言变量的各值定义如下：
S＝小，对应<100000辆*km/h2；B＝大，对应>50000辆*km/h2；
取R的真实论域为{I II III IV V}，离散论域取{1,2,3,4,5,6,7,8,9}；模糊语言变量的各值定义如下：
Z＝零，对应<II照明等级；S＝小，对应I～III照明等级；M＝中，对应II～IV照明等级；BS＝中大，对应III～V照明等级；BB＝最大，对应>IV照明等级。
更进一步的，所述步骤3中调光指令生成过程为：先对不同位置处车辆信息采集单元分配IP地址信息MIP(Mni-1)，MIP(Mni)，MIP(Mni+1)……；再对对应的调光控制器分配IP地址LIP(Lni-1)，LIP(Lni)，LIP(Lni+1)……；且车辆信息采集单元与调光控制器一一对应，而调光控制器控制多组照明灯具；当控制中心收到IP地址为MIP(Mni)的车辆信息采集器传来的信息后进行处理，提高车辆前方IP地址MIP(Mni)～MIP(Mni+m)范围内的灯具亮度，并调低车辆后方的灯具亮度。
本发明的有益效果是：本发明公开的基于车辆实时位置监测的隧道照明节能智慧控制系统，采用车辆信息采集单元准确监测车辆在隧道内的位置，根据车辆位置精确调控车辆视距范围内的灯具亮度，该控制方法能在保证隧道行车安全的前提下，提高照明的针对性和精确性，实现充分节能的目的。
附图说明
图1为本发明控制系统的结构示意图。
图2为本发明中控制系统的整体工作流程图。
图3为本发明中控制系统的工作逻辑流程图。
图4为车辆信息采集单元的布置示意图。
图5是洞外亮度L的论域及隶属函数图。
图6是交通流参数Q·V的论域及隶属函数图。
图7是照明强度等级R的论域及隶属函数图。
图8是本控制方法的原理图。
图9是本控制方法中所述的逻辑运算示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明中基于车辆实时位置监测的隧道节能控制系统如图1所示，包括洞外亮度信息采集单元1、车辆信息采集单元2、模糊逻辑控制器3、控制中心4、调光控制中枢5和调光控制器6。洞外亮度信息采集单元1采集洞外亮度信息L，车辆信息采集单元2采集车流量Q、车速信息V和车辆位置信息W，洞外亮度信息采集单元1将采集到的亮度信息L和车辆信息采集单元2采集到的车流量Q、车速信息V信息传送至模糊逻辑控制器3，模糊逻辑控制器3对信息进行处理计算出对应的照明等级R。控制中心接收车辆信息采集单元2采集到的车辆位置信息W和照明等级R，计算对应的照明方案，结合隧道加强段的照明等级R和车辆位置W调整视距范围内的亮度，实现车近灯亮，车走灯灭的效果，并形成调光指令并将调光指令传送至调光控制中枢5，调光控制中枢5再向调光控制器6下达具体的调光等级和回路信息，调光控制器6通过控制照明灯具7来达到调节照明亮度的目的。
车辆信息采集单元2采用精确的磁感器，该磁感器能获取车辆的种类、车辆的速度以及车辆的实时位置，该磁感器一般从隧道入口一定距离处开始设置，直至隧道出口一定距离处，两磁感器的间距根据隧道限速、灯具亮度调节时间以及系统反应时间进行确定。
控制中心4主要负责对车辆信息采集单元采集到的车辆位置信息进行分析，形成车辆位置序列信号，并结合亮度等级对每辆车制定针对性的照明方案，主要包括每个独立灯具的亮度和开启、关闭的时机，在控制计算软件形成相应照明方案后将其转换成调光指令，并将指令传送至调光控制中枢5，调光控制中枢5再将具体的调光等级和调光回路信息下达至对应的调光控制器6，调光控制器6将相应指令转换成对应的脉冲信号调整其控制的各路灯具的照明等级。
图2介绍了本发明中控制系统的工作流程图：
步骤1：洞外亮度信息采集单元采集洞外亮度信息，车辆信息采集单元实时采集车流量、车辆速度和车辆位置信息。
步骤2：将步骤1中的信息上传至模糊逻辑控制器，计算得到所需的亮度信息。
步骤3：结合所得亮度等级和车辆位置信息制定对应的照明方案，并形成调光指令。
步骤4：调光控制中枢接受调光指令并下达具体的调光等级和回路信息。
步骤5：调光控制器接收相应的指令并转换成对应的脉冲信号并调整对应灯具的亮度等级。
图3为本发明中控制系统的工作流程图；先对不同位置处车辆信息采集单元分配IP地址信息MIP(Mni-1)，MIP(Mni)，MIP(Mni+1)……，再对对应的调光控制器分配IP地址LIP(Lni-1)，LIP(Lni)，LIP(Lni+1)……，其中车辆信息采集单元与调光控制器一一对应，而调光控制器控制多组照明灯具。当控制中心收到IP地址为MIP(Mni)的车辆信息采集器传来的信息后进行处理，提高车辆前方IP地址MIP(Mni)～MIP(Mni+m)范围内的灯具亮度，并调低车辆后方的灯具亮度。
图4展示了车辆信息采集单元的布置方式，其中车辆信息采集单元一般从隧道入口前方一定距离处开始设置，直至加强段，两磁感器的间距根据隧道限速、灯具亮度调节时间以及系统反应时间进行确定；
其中图1中所述的模糊逻辑控制器的控制规则如下：
模糊逻辑控制器需要输入三个参数：洞外亮度L，隧道车流量Q和车速V，其中Q·V表征交通流参数，输出参数为照明强度等级R。
本实施例的照明强度等级R分为第I级照明、第II级照明、第III级照明、第IV级照明和第V级照明等五个级别，不同级别的照明强度通过PWM调节LED灯具来实现。不同级别照明的适用条件和规定如下：
第I级照明：满足隧道内的基本照明需求；
第II级照明：满足低亮度下的洞口照明需求，洞外亮度检测值约100，单位cd/m2；
第III级照明：满足较低亮度下的洞口照明要求，洞外亮度检测值约200，单位cd/m2；
第IV级照明：满足中等亮度下的洞口照明要求，洞外亮度检测约500，单位cd/m2；
第V级照明：满足高亮度下的洞口照明要求，洞外亮度检测值大于1000，单位cd/m2。
洞外亮度L也是照明控制的重要参数之一。取L的真实论域为{0 1000}，单位cd/m2，离散论域取{1,2,3,4,5,6,7,8,9}。模糊语言变量的各值定义如下：
Z＝零(0～100)
S＝小(50～200)
M＝中(100～500)
BS＝中大(200～1000)
BB＝最大(>500)
L的隶属函数如图5所示。
交通流参数是照明控制的另一个依据，包括小时交通量Q(单位为:辆/h)和平均行车速度V(单位为：km/h)。交通量越大，为了保证行车安全需要越高级别的照明强度；同样行车速度越高，为了保证行车安全也需要更高级别的照明强度。现有的照明控制方法通常将二者作为独立参数考虑，但对于高速公路而而言，Q与V并不相互独立，理论分析表明二者存在二项式关系，Q越大，V越小。故本项申请取二者乘积QV作为输入参数。
取QV的真实论域为{50000 100000}，单位：辆*km/h2。离散论域取{1,2,3}。模糊语言变量的各值定义如下：
S＝小(<100000)
B＝大(>50000)
QV的隶属函数如图6所示。
FLC控制输出为照明强度等级R，取R的真实论域为{I II III IV V}，离散论域取{1,2,3,4,5,6,7,8,9}。模糊语言变量的各值定义如下：
Z＝零(<II)
S＝小(I～III)
M＝中(II～IV)
BS＝中大(III～V)
BB＝最大(>IV)
R的隶属函数如图7所示。
模糊控制器的规则如下所示：
所述模糊逻辑控制模块内预设的逻辑如表12所示。
表1智能模糊控制器的控制规则
FLC输入变量的模糊化方法采用单点模糊化方法，模糊推理采用Mamdani推理方法，FLC输出变量采用重心法进行解模糊。

Claims (4)

1.一种基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制系统，其特征在于，包括亮度信息采集单元、车辆信息采集单元、亮度信息采集单元、模糊逻辑计算模块、控制中心、调光控制中枢和调光控制器；
亮度信息采集单元将采集到的洞外亮度信息L发送给模糊逻辑计算模块；
车辆信息采集单元将采集到的车速信息V和交通量Q发送到模糊逻辑计算模块，并将采集到的车辆位置信息W发送给控制中心；
模糊逻辑计算模块根据车速信息V、交通量Q和亮度信息L计算出隧道加强段的照明强度等级R，并将其发送给控制中心；
控制中心根据车辆位置信息W和隧道加强段的照明强度等级R，对每辆车制定针对性的照明方案，并将由此转换得到的调光指令传送至调光控制中枢；
调光控制中枢将具体的调光等级和调光回路信息下达至对应的调光控制器；
调光控制器将相应指令转换成对应的脉冲信号调整其控制的各路灯具的照明等级。
2.一种基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采集洞外亮度信息L、车速信息V、交通量Q和车辆位置信息W；
步骤2：根据车速信息V、交通量Q和亮度信息L计算出加强段的照明等级R；
步骤3：根据车辆位置信息W和加强段的照明强度等级R调整每辆车视距范围内的亮度，确定每个独立灯具的亮度和开启、关闭的时机，并生成对应的调光指令；
步骤4：根据调光指令控制的各路灯具的照明等级。
3.根据权利要求2所述的基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：将洞外亮度L、隧道车流量Q和车速V作为模糊逻辑控制器的输入参数；
取L的真实论域为{0 1000}，单位cd/m2，离散论域取{1,2,3,4,5,6,7,8,9}；模糊语言变量的各值定义如下：
Z=零，对应0～100 cd/m2；S=小，对应50～200 cd/m2；M=中，对应100～500 cd/m2；BS=中大，对应200～1000 cd/m2；BB=最大，对应>500 cd/m2；
取QV的真实论域为{50000 100000}，离散论域取{1,2,3}；模糊语言变量的各值定义如下：
S=小，对应<100000辆*km/h2；B=大，对应>50000辆*km/h2；
取R的真实论域为{I II III IV V}，离散论域取{1,2,3,4,5,6,7,8,9}；模糊语言变量的各值定义如下：
Z=零，对应<II照明等级；S=小，对应I～III照明等级；M=中，对应II～IV照明等级；BS=中大，对应III～V照明等级；BB=最大，对应>IV照明等级。
4.根据权利要求2所述的基于车辆实时位置监测的隧道加强段照明控制方法，其特征在于，所述步骤3中调光指令生成过程为：先对不同位置处车辆信息采集单元分配IP地址信息MIP(Mni-1)，MIP(Mni)，MIP(Mni+1)……；再对对应的调光控制器分配IP地址LIP(Lni-1)，LIP(Lni)，LIP(Lni+1) ……；且车辆信息采集单元与调光控制器一一对应，而调光控制器控制多组照明灯具；当控制中心收到IP地址为MIP(Mni)的车辆信息采集器传来的信息后进行处理，提高车辆前方IP地址MIP(Mni)~ MIP(Mni+m)范围内的灯具亮度，并调低车辆后方的灯具亮度。
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