CN113630942A - 一种基于物联网技术的隧道照明系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网技术的隧道照明系统及其控制方法，涉及智能照明技术领域。本发明包括远程监控终端，远程监控终端包括车流量预测模型、存储模块、故障异常报警模块和无线通信模块；隧道，隧道顶部等间距安装有隧道监控摄像装置和照明灯具；隧道的入口处安装有洞外亮度检测仪；隧道内还设置有车流检测模块和车速检测模块；隧道监控摄像装置、隧道灯光总控单元、区域灯光控制单元、车流检测模块、车速检测模块和洞外亮度检测仪均通过移动通信网络与远程监控终端连接。本发明根据隧道内的光线强度将隧道分为四个区域，对每个区域进行分段控制照明，并对异常照明发出警报，提高了隧道照明的智能化控制，降低了电力资源的损耗。
Description
技术领域
本发明属于智能照明技术领域，特别是涉及一种基于物联网技术的隧道照明系统及其控制方法。
背景技术
随着国家基础建设的大力发展，我国公路总里程于2016年达到469.63万公里，跃居世界第一，其中公路隧道为15181处，达到14039.7km。且隧道里程还在持续迅速增长。
随着隧道里程的逐步增多，隧道照明方面的改进也显得越发重要。目前隧道照明主要考虑三个方面的问题：1、节能减排。由于隧道照明自身的环境特点，隧道洞内的灯基本处于长期运行的状态，隧道照明是用电的耗能大户。在国家大力提倡节能减排、建设绿色家园的环境下，如何科学化地对照明进行控制，实现最佳的节能管控，是需要重点研究的技术方向。2、照度调节。由于人眼适应性的原因，如果隧道洞内外亮度差过大，司机在进入隧道、离开隧道时会产生“黑洞效应”(眼前一片黑)、“白洞效应”(眼前一片白)，对行车安全造成重大隐患。如何科学化地根据季节、一天内时间段、天气情况、洞外环境亮度，对洞内照明照度进行合理地按需调节，确保行车安全，是需要重点研究的方向。3、色温调节。不同色温的灯光，给人不同的视觉感受。为应对不同的天气情况，需要科学化地调节隧道照明的色温，以实现最佳舒适度并保证行车安全。
传统技术中，隧道照明控制主要是通过定时器实现。隧道照明控制装置每天在固定的时间点将照明照度、色温等调节到固定的值。然而，这样的隧道照明控制装置存在智能性不高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网技术的隧道照明系统及其控制方法，根据隧道内的光线强度将隧道分为四个区域，对每个区域进行分段控制照明，并对异常照明发出警报，解决了现有的定时器控制隧道照明带来的智能性不高、电力资源浪费的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于物联网技术的隧道照明系统，包括：
远程监控终端，所述远程监控终端包括车流量预测模型、存储模块、故障异常报警模块和无线通信模块；
隧道，所述隧道顶部等间距安装有隧道监控摄像装置和照明灯具；所述隧道的入口处安装有洞外亮度检测仪；所述隧道由入口区、过渡区、内部区和出口区组成；所述入口区、过渡区、内部区和出口区均设置有隧道灯光总控单元和亮度检测仪；所述隧道灯光总控单元与照明灯具连接；所述过渡区和内部区均设置有区域灯光控制单元；所述过渡区和内部区的亮度检测仪依次通过区域灯光控制单元和灯光驱动与照明灯具连接；
所述隧道内还设置有车流检测模块和车速检测模块；所述隧道监控摄像装置、隧道灯光总控单元、区域灯光控制单元、车流检测模块、车速检测模块和洞外亮度检测仪均通过移动通信网络与远程监控终端连接。
优选地，所述远程监控终端通过移动通信网络与隧道监控现场的隧道灯光总控单元连通；所述远程监控终端用于远程查询隧道灯光状态和远程控制隧道灯光状态。
优选地，所述隧道灯光总控单元，用于实时检测隧道入口亮度、车速、车流量数据，生成隧道内各个分段的亮度控制命令，并通过ZigBee无线网络模块传输到下一个监控区域，下一个监控区域接收上一级发送的目标亮度值，输出PWM信号控制照明灯具。
优选地，所述隧道的入口区、过渡区、内部区和出口区的划分算法如下：
洞外亮度检测仪测得的洞外亮度为Lv，则隧道入口端的亮度为：
Lth＝kLv(cd/m2)；
式中，k为入口端亮度折算因子，取0.035；
当隧道入口端的亮度Lth衰减至40％时，进入到过渡区，则过渡区的亮度Ltr的计算公式为：
Ltr＝Lth(1.9+t)-1.4(cd/m2)；
当过渡区的亮度Ltr衰减至2％时，进入到内部区；
当内部区的亮度Lin恢复至过渡区亮度Ltr的80％时，进入到出口区。
优选地，所述入口区的长度计算公式如下：
Dth＝1.154SSD-5.67(h-1.5)；
式中，SDD为两车之间的安全距离，h为隧道的入口高度。
本发明为一种基于物联网技术的隧道照明控制方法，包括如下步骤：
步骤S1：搭建隧道照明网络；
步骤S2：隧道内外的亮度检测仪启动，对隧道内的亮度进行检测并进行区域划分；
步骤S3：远程监控终端控制隧道灯光总控单元调节每个区域内的照明灯具亮度；
步骤S4：区域灯光控制单元对过渡区和内部区的照明灯具进行二次调节；
步骤S5：检测隧道内的车流和车速计算出车辆之间的距离，一旦车辆出现超速或者距离过近，远程监控终端发出警报；
步骤S6：当照明灯具调节后没有达到指定的亮度，则远程监控终端发出故障异常警报。
优选地，所述步骤S1中，搭建隧道照明网络，将隧道内的设备通过移动通信网络上传至远程监控终端；所述远程监控终端内部设置有车流量预测模型；所述车流量预测模型通过采集大量的隧道车辆通行数据进行训练得到。
优选地，所述步骤S3中，隧道灯光总控单元先对隧道内的照明灯具进行初次调节，再根据车流量以及车速的不同，使用区域灯光控制单元对隧道内的过渡区和内部区进行二次调节。
优选地，所述步骤S6中，照明灯具调节后达到指定的亮度的判断方法如下：
步骤S61：初始化系统；
步骤S62：每个区域的亮度检测仪检测当前灯光亮度；
步骤S63：获取当前区域内的灯光亮度；
步骤S64：计算设置的亮度值与实际亮度之间的偏差；
步骤S65：通过PID运算方法，使用PWM控制照明灯具进行二次调节；
步骤S66：若二次调节后的照明灯具仍达不到设置亮度值，则远程监控终端发出故障异常警报。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明根据隧道内的光线强度将隧道分为四个区域，对每个区域进行分段控制照明，避免了传统的定时器控制隧道照明的情况出现，提高了隧道照明的智能化控制，降低了电力资源的损耗；
(2)本发明通过大数据构建车流量预测模型，对进入隧道的车辆的速度进行预测，并根据汽车流量和速度进行智能照明的调节，提高了隧道照明的智能化程度，能够提醒车辆超速以及灯具故障。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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的附图。
图1为本发明的一种基于物联网技术的隧道照明系统结构示意图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种基于物联网技术的隧道照明系统，包括：
远程监控终端，远程监控终端包括车流量预测模型、存储模块、故障异常报警模块和无线通信模块；
隧道，隧道顶部等间距安装有隧道监控摄像装置和照明灯具；隧道的入口处安装有洞外亮度检测仪；隧道由入口区、过渡区、内部区和出口区组成；入口区、过渡区、内部区和出口区均设置有隧道灯光总控单元和亮度检测仪；隧道灯光总控单元与照明灯具连接；过渡区和内部区均设置有区域灯光控制单元；过渡区和内部区的亮度检测仪依次通过区域灯光控制单元和灯光驱动与照明灯具连接；
隧道内还设置有车流检测模块和车速检测模块；隧道监控摄像装置、隧道灯光总控单元、区域灯光控制单元、车流检测模块、车速检测模块和洞外亮度检测仪均通过移动通信网络与远程监控终端连接。
其中，远程监控终端通过移动通信网络与隧道监控现场的隧道灯光总控单元连通；远程监控终端用于远程查询隧道灯光状态和远程控制隧道灯光状态。
其中，隧道灯光总控单元，用于实时检测隧道入口亮度、车速、车流量数据，生成隧道内各个分段的亮度控制命令，并通过ZigBee无线网络模块传输到下一个监控区域，下一个监控区域接收上一级发送的目标亮度值，输出PWM信号控制照明灯具。
其中，隧道的入口区、过渡区、内部区和出口区的划分算法如下：
洞外亮度检测仪测得的洞外亮度为Lv，则隧道入口端的亮度为：
Lth＝kLv(cd/m2)；
式中，k为入口端亮度折算因子，取0.035；
当隧道入口端的亮度Lth衰减至40％时，进入到过渡区，则过渡区的亮度Ltr的计算公式为：
Ltr＝Lth(1.9+t)-1.4(cd/m2)；
当过渡区的亮度Ltr衰减至2％时，进入到内部区；
当内部区的亮度Lin恢复至过渡区亮度Ltr的80％时，进入到出口区。
其中，入口区的长度计算公式如下：
Dth＝1.154SSD-5.67(h-1.5)；
式中，SDD为两车之间的安全距离，h为隧道的入口高度。
本发明为一种基于物联网技术的隧道照明控制方法，包括如下步骤：
步骤S1：搭建隧道照明网络；
步骤S2：隧道内外的亮度检测仪启动，对隧道内的亮度进行检测并进行区域划分；
步骤S3：远程监控终端控制隧道灯光总控单元调节每个区域内的照明灯具亮度；
步骤S4：区域灯光控制单元对过渡区和内部区的照明灯具进行二次调节；
步骤S5：检测隧道内的车流和车速计算出车辆之间的距离，一旦车辆出现超速或者距离过近，远程监控终端发出警报；
步骤S6：当照明灯具调节后没有达到指定的亮度，则远程监控终端发出故障异常警报。
其中，步骤S1中，搭建隧道照明网络，将隧道内的设备通过移动通信网络上传至远程监控终端；远程监控终端内部设置有车流量预测模型；车流量预测模型通过采集大量的隧道车辆通行数据进行训练得到。
其中，步骤S3中，隧道灯光总控单元先对隧道内的照明灯具进行初次调节，再根据车流量以及车速的不同，使用区域灯光控制单元对隧道内的过渡区和内部区进行二次调节。
其中，步骤S6中，照明灯具调节后达到指定的亮度的判断方法如下：
步骤S61：初始化系统；
步骤S62：每个区域的亮度检测仪检测当前灯光亮度；
步骤S63：获取当前区域内的灯光亮度；
步骤S64：计算设置的亮度值与实际亮度之间的偏差；
步骤S65：通过PID运算方法，使用PWM控制照明灯具进行二次调节；
步骤S66：若二次调节后的照明灯具仍达不到设置亮度值，则远程监控终端发出故障异常警报。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种基于物联网技术的隧道照明系统，其特征在于，包括：
远程监控终端，所述远程监控终端包括车流量预测模型、存储模块、故障异常报警模块和无线通信模块；
隧道，所述隧道顶部等间距安装有隧道监控摄像装置和照明灯具；所述隧道的入口处安装有洞外亮度检测仪；所述隧道由入口区、过渡区、内部区和出口区组成；所述入口区、过渡区、内部区和出口区均设置有隧道灯光总控单元和亮度检测仪；所述隧道灯光总控单元与照明灯具连接；所述过渡区和内部区均设置有区域灯光控制单元；所述过渡区和内部区的亮度检测仪依次通过区域灯光控制单元和灯光驱动与照明灯具连接；
所述隧道内还设置有车流检测模块和车速检测模块；所述隧道监控摄像装置、隧道灯光总控单元、区域灯光控制单元、车流检测模块、车速检测模块和洞外亮度检测仪均通过移动通信网络与远程监控终端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的隧道照明系统，其特征在于，所述远程监控终端通过移动通信网络与隧道监控现场的隧道灯光总控单元连通；所述远程监控终端用于远程查询隧道灯光状态和远程控制隧道灯光状态。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网技术的隧道照明系统，其特征在于，所述隧道灯光总控单元，用于实时检测隧道入口亮度、车速、车流量数据，生成隧道内各个分段的亮度控制命令，并通过ZigBee无线网络模块传输到下一个监控区域，下一个监控区域接收上一级发送的目标亮度值，输出PWM信号控制照明灯具。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的隧道照明系统，其特征在于，所述隧道的入口区、过渡区、内部区和出口区的划分算法如下：
洞外亮度检测仪测得的洞外亮度为Lv，则隧道入口端的亮度为：
Lth＝kLv(cd/m2)；
式中，k为入口端亮度折算因子，取0.035；
当隧道入口端的亮度Lth衰减至40％时，进入到过渡区，则过渡区的亮度Ltr的计算公式为：
Ltr＝Lth(1.9+t)-1.4(cd/m2)；
当过渡区的亮度Ltr衰减至2％时，进入到内部区；
当内部区的亮度Lin恢复至过渡区亮度Ltr的80％时，进入到出口区。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的隧道照明系统，其特征在于，所述入口区的长度计算公式如下：
Dth＝1.154SSD-5.67(h-1.5)；
式中，SDD为两车之间的安全距离，h为隧道的入口高度。
6.一种基于物联网技术的隧道照明控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：搭建隧道照明网络；
步骤S2：隧道内外的亮度检测仪启动，对隧道内的亮度进行检测并进行区域划分；
步骤S3：远程监控终端控制隧道灯光总控单元调节每个区域内的照明灯具亮度；
步骤S4：区域灯光控制单元对过渡区和内部区的照明灯具进行二次调节；
步骤S5：检测隧道内的车流和车速计算出车辆之间的距离，一旦车辆出现超速或者距离过近，远程监控终端发出警报；
步骤S6：当照明灯具调节后没有达到指定的亮度，则远程监控终端发出故障异常警报。
7.根据权利要求6所述的一种基于物联网技术的隧道照明控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，搭建隧道照明网络，将隧道内的设备通过移动通信网络上传至远程监控终端；所述远程监控终端内部设置有车流量预测模型；所述车流量预测模型通过采集大量的隧道车辆通行数据进行训练得到。
8.根据权利要求6所述的一种基于物联网技术的隧道照明控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，隧道灯光总控单元先对隧道内的照明灯具进行初次调节，再根据车流量以及车速的不同，使用区域灯光控制单元对隧道内的过渡区和内部区进行二次调节。
9.根据权利要求6所述的一种基于物联网技术的隧道照明控制方法，其特征在于，所述步骤S6中，照明灯具调节后达到指定的亮度的判断方法如下：
步骤S61：初始化系统；
步骤S62：每个区域的亮度检测仪检测当前灯光亮度；
步骤S63：获取当前区域内的灯光亮度；
步骤S64：计算设置的亮度值与实际亮度之间的偏差；
步骤S65：通过PID运算方法，使用PWM控制照明灯具进行二次调节；
步骤S66：若二次调节后的照明灯具仍达不到设置亮度值，则远程监控终端发出故障异常警报。
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