CN116963343B - 一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统 - Google Patents

Abstract

本方案属于公路隧道照明技术领域，具体涉及一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统。包括，数据采集模块，控制中心模块和负载电路；数据采集模块包括隧道洞外能见度传感器、气温传感器、气象检测装置和隧道洞内色温传感器；能见度传感器完成隧道洞口外部光照强度的检测，气温传感器完成隧道洞外气温检测，气象检测装置完成隧道洞外天气情况的检测，色温传感器完成隧道入口段洞内色温的检测；数据采集模块依据隧道洞外光环境的实时检测结果，将采集的信息传递给控制中心，本方案将色温作为隧道照明的设计指标，调节隧道入口段照明色温的变化，以适应隧道洞外不同时段和季节能见度的变化，改善了行车环境，提高隧道行车的安全性与舒适性。

Description

一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统

技术领域

本方案属于公路隧道照明技术领域，具体涉及一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统。

背景技术

从隧道外的自然光环境进入隧道内的人造光环境时，由于隧道内光环境亮度远低于隧道外部，驾驶员在洞外将难以辨识隧道内部物体，即出现所谓的“黑洞效应”。“黑洞效应”使隧道路段行车安全性降低，因此削减“黑洞效应”是高速公路隧道照明设计的重要目标。

为解决上述问题，目前通常采用的方法是，将隧道入口的亮度设置成逐渐减小的形式，以使驾驶员逐渐适应由高亮度环境进入低亮度环境的过程，具体做法是在基本照明的基础上设置加强照明，我国的照明设计也采用此种方法。

实际发现，目前的隧道照明设计能很好的满足驾驶员进入隧道后的视觉过渡，但仍然不能满足驾驶员在洞外一个停车视距处明显看清洞内的车辆，交通隐患仍然存在，加之加强照明耗电量占整个隧道照明的70％以上，急需一套切实可行的隧道照明系统，以满足隧道照明在安全、节能和环保的需求。

公开号为CN212005471U的专利公开了一种减弱高速公路隧道黑洞效应的入口段照明系统，包括安装在隧道洞口外的太阳能收集装置、车辆信息采集装置、环境信息采集装置和设于隧道入口段的加强照明装置，加强照明装置包括至少两组弧形钢架，每组弧形钢架包括两个沿隧道侧壁环形对称布置的弧形钢架，每一弧形钢架环向安装有一组加强照明灯具，每一加强照明灯具均套设有一用于将限定光束并使光束指向行车道中央的柱形灯罩。

该方案通过调整隧道入口灯具的布置方式，提高隧道入口车辆与洞内环境的亮度对比度，能有效削弱隧道入口的黑洞效应，提高隧道行车安全性，同时可以太阳能为能源，并依据车辆和环境信息控制照明系统运行时间，最大程度上减少电力消耗。

但是该方案仅将亮度作为设计指标，且隧道照明的控制模式比较固定，控制技术较为简单，灵活性较差，往往造成“无效照明”和“过度照明”，难以根据洞外能见度和光环境动态调节。

发明内容

本方案提供一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，可以根据洞外能见度和光环境动态调节公路隧道入口段照明色温。

为了达到上述目的，本方案提供一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，包括，数据采集模块，控制中心模块和负载电路模块；

数据采集模块包括隧道洞外能见度传感器、气温传感器、气象检测装置和隧道洞内色温传感器；能见度传感器完成隧道洞口外部光照强度的检测，气温传感器完成隧道洞外气温检测，气象检测装置完成隧道洞外天气情况的检测，色温传感器完成隧道入口段洞内色温的检测；数据采集模块依据隧道洞外光环境的实时检测结果，将采集的信息传递给控制中心，从而得到推荐的照明色温值，从而使得控制中心对隧道入口处LED照明设备实现无极调光；

控制中心模块，接收数据采集模块采集的信息，根据不同能见度下光源色温对驾驶人的视认能力的影响规律和不同洞外光环境下改变隧道光源色温对驾驶员行车的影响规律得出推荐色温，向负载电路输出指令，

负载电路模块包括与隧道入口处照明LED灯连接的驱动组件，根据控制中心模块发出的指令对色温进行调控。

本方案的有益效果：

（1）本方案将照明色温作为公路隧道入口段照明设计的指标，根据洞外光环境的变化调节公路隧道入口段照明色温，保证公路隧道入口段的行车安全性，提高行车舒适性，本方案通过对隧道入口段照明设备的色温调节，降低黑洞效应的影响，解决了公路隧道入口段在只考虑亮度的情况下，容易造成过度照明和照明不足的问题。

（2）本方案通过色温进行调教与现有技术中将亮度作为设计指标不同，色温无需提供能耗，非常节约和环保，将色温作为隧道照明的设计指标，调节隧道入口段照明色温的变化，以适应隧道洞外不同时段和季节能见度的变化，改善了行车环境，提高隧道行车的安全性与舒适性。

进一步，所述洞外光环境包括洞外天气数据和能见度数据。

进一步，所述隧道照明LED灯采用高压直流电源供电，通过无级调光实现对LED灯的亮度调节。

进一步，当能见度低于设定值时，所述控制中心模块发出采用低色温照明的指令至负载电路模块。因为不同能见度条件下光源色温对驾驶人反应时间的影响规律，发现在低能见度环境下，驾驶人的行车安全性差，高能见度环境下驾驶人的行车安全性较好。当隧道内外亮度一定时，光源色温与洞外色温越接近，驾驶人的眼动指标越优，行车舒适性越好。其中眼动指标包括瞳孔直径、平均注视时间和瞳孔面积变化率。

进一步，所述隧道洞外能见度传感器、气温传感器和气象检测装置安装于隧道洞口外，所述色温传感器安装于隧道洞口内。

进一步，所述控制中心模块还检测调光设备状态。

进一步，所述控制中心模块包括照明色温模型单元，照明色温模型设有多个色温值，多个色温值分别与不同的隧道洞口外能见度数据、隧道洞外气温数据和隧道洞外天气数据相匹配。

进一步，所述控制中心模块还包括色温判断单元，所述照明色温模型单元根据洞外光环境和隧道洞外气温数据输出当前色温值，色温判断单元将当前色温值与上一次调节照明色温值进行比较，如果当前色温值与上一次调节照明色温值不一致，则控制中心输模块出指令至负债电路模块，负载电路模块对隧道入口处LED照明设备的色温进行调控；

如果当前色温值与上一次调节照明色温值一致，则控制中心模块保持当前色温不便变，此时当前色温值为理论照明色温值，色温判断单元将理论照明色温值与隧道入口段洞内色温进行比较，当理论照明色温值与隧道入口段洞内色温值一致时，则控制中心不输出调光指令，当理论照明色温值与隧道入口段洞内色温值不一致时，控制中心模块检测调光设备状态是否损坏，进而对调光设备进行检修。

附图说明

图1为本发明实施例1的逻辑框架图。

图2为本发明实施例1的结构示意图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

图4为本发明实施例2的散热机构的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：1、气温传感器；2、支撑板；3、第一气缸；4、第二气缸；5、水缸；6、活塞杆；7、限位块；8、进水管；9、出水管；10、喷雾喷头；11、固定块；12、转轴；13、圆杆；14、齿轮轴；15、第一齿轮；16、齿条；17、滑动块；18、隧道；19、公路；20、散热机构。

实施例1基本如附图1-2所示：

一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，包括，数据采集模块，控制中心模块和负载电路模块；

数据采集模块包括隧道洞外能见度传感器、气温传感器、气象检测装置和隧道洞内色温传感器；隧道洞外能见度传感器、气温传感器和气象检测装置安装于隧道洞口外，色温传感器安装于隧道洞口内。能见度传感器完成隧道洞口外部光照强度的检测，气温传感器完成隧道洞外气温检测，气象检测装置完成隧道洞外天气情况的检测，色温传感器完成隧道入口段洞内色温的检测；数据采集模块依据隧道洞外光环境的实时检测结果，将采集的信息传递给控制中心，从而得到推荐的照明色温值，从而使得控制中心对隧道入口处LED照明设备实现无极调光；隧道照明LED灯采用高压直流电源供电，通过无级调光实现对LED灯的亮度调节。

洞外光环境包括洞外天气数据和能见度数据。

控制中心模块，接收数据采集模块采集的信息，根据不同能见度下光源色温对驾驶人的视认能力的影响规律和不同洞外光环境下改变隧道光源色温对驾驶员行车的影响规律得出推荐色温，向负载电路输出指令， 控制中心模块在能见度低于设定值的情况下，采用低色温照明。因为不同能见度条件下光源色温对驾驶人反应时间的影响规律，发现在低能见度环境下，驾驶人的行车安全性差，高能见度环境下驾驶人的行车安全性较好。当隧道内外亮度一定时，光源色温与洞外色温越接近，驾驶人的眼动指标越优，行车舒适性越好。眼动指标包括瞳孔直径、平均注视时间和瞳孔面积变化率。控制中心模块还检测调光设备状态

控制中心模块还包括照明色温模型单元和色温判断单元，照明色温模型设有多个色温值，多个色温值分别与不同的隧道洞口外能见度数据、隧道洞外气温数据和隧道洞外天气数据相匹配。照明色温模型单元根据洞外光环境和隧道洞外气温数据输出当前色温值，色温判断单元将当前色温值与上一次调节照明色温值进行比较，如果当前色温值与上一次调节照明色温值不一致，则控制中心输模块出指令至负债电路模块，负载电路模块对隧道入口处LED照明设备的色温进行调控；

如果当前色温值与上一次调节照明色温值一致，则控制中心模块保持当前色温不便变，此时当前色温值为理论照明色温值，色温判断单元将理论照明色温值与隧道入口段洞内色温进行比较，当理论照明色温值与隧道入口段洞内色温值一致时，则控制中心不输出调光指令，当理论照明色温值与隧道入口段洞内色温值不一致时，控制中心模块检测调光设备状态是否损坏，进而对调光设备进行检修。

负载电路模块包括与隧道入口处照明LED灯连接的驱动组件，根据控制中心模块发出的指令对色温进行调控。

实施例2，如附图3-4所示：

本实施例与实施例1不同之处在于，还把包括用于散热机构20，散热机构20用于给气温传感器1散热，以使得气温传感器1测量更加准确，

散热机构20包括支撑板2和固定在支撑板2上的第一气缸3、第二气缸4和水缸5，支撑板2固定在隧道18内靠近隧道18口处，第一气缸3位于支撑板2一端端部，第一气缸3一半位于隧道18口外一半位于隧道18口内，水缸5位于支撑板2另一端端部，第二气缸4位于水缸5和第一气缸3之间，第一气缸3的活塞杆6与第二气缸4内的活塞固定连接，第一气缸3和第二气缸4上设有防止活塞滑出的限位块7，水缸5通过进水管8与第二气缸4连通，进水管8内设有进水单向阀，第二气缸4上设有出水管9，出水管9上设有出水单向阀，出水管9端部设有喷雾喷头10，

还包括固定块11、转轴12、圆杆13、齿轮轴14、第一齿轮15、齿条16和滑动块17，固定块11固定在隧道18口，转轴12转动设在固定块11上，转轴12上固定设有遮阳棚，遮阳棚一半在隧道18外，遮阳棚一半在隧道18内，转轴12上设有通孔，圆杆13位于通孔内，圆杆13上端与固定块11固定连接，气温传感器1固定在圆杆13下端，遮阳棚用于为气温传感器1遮阳，转轴12上设有第二齿轮，活塞杆6上设有齿条16，齿轮轴14转动设在隧道18内，第一齿轮15固定设在齿轮轴14上，齿条16滑动设在滑动块17上，滑动块17固定在隧道18内，齿条16分别与第一齿轮15和第二齿轮相匹配，喷雾喷头10位于遮阳棚下端，第一气缸3内设有乙醇，第二气缸4和是水缸5内设有水，水缸5上设有透气孔。

当气温传感器1测量温度时，如果气温传感器1被太阳直射，那么气温传感器1的温度会偏高，进而使得测量出来的温度不准确，然后用遮阳棚为温度传感器遮阳，但是遮阳棚本身在受到阳光照射后自身升温产生辐射热影响到气温探头，使得气温探头的测量温度偏高，进而需要设置散热机构20为遮阳棚内散热。

因为第一气缸3一半位于隧道18外，进而太阳直晒第一气缸3底部，然后第一气缸3底部受热，使得第一气缸3内的乙醇受热蒸发将活塞朝着第二气缸4方向推，进而使得第二气缸4内的水进入出水管9，然后通过喷雾喷头10喷出水雾，为遮阳棚下的位置散热，使得气温探头的测量温度准确，不会出现偏高的现象，同时活塞杆6运动带动第一齿轮15转动，第一齿轮15转动带动齿条16移动，进而齿条16移动带动第二齿轮转动，进而使得转轴12带动遮阳棚转动，使得位于隧道18外的半边遮阳棚转动至隧道18内进行冷却降温，因为隧道18内的温度低于隧道18外的温度，然后隧道18内的半边遮阳棚旋转至隧道18外继续为气温传感器1遮阳，避免了被太阳这晒的半边遮阳棚持续遮阳以上的气温传感器1测出的气温偏高。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，其特征在于：包括数据采集模块，控制中心模块和负载电路模块；

数据采集模块包括隧道洞外能见度传感器、气温传感器、气象检测装置和隧道洞内色温传感器；能见度传感器完成隧道洞口外部光照强度的检测，气温传感器完成隧道洞外气温检测，气象检测装置完成隧道洞外天气情况的检测，色温传感器完成隧道入口段洞内色温的检测；数据采集模块依据隧道洞外光环境的实时检测结果，将采集的信息传递给控制中心，从而得到推荐的照明色温值，从而使得控制中心对隧道入口处LED照明设备实现无极调光；

控制中心模块，接收数据采集模块采集的信息，根据不同能见度下光源色温对驾驶人的视认能力的影响规律和不同洞外光环境下改变隧道光源色温对驾驶员行车的影响规律得出推荐色温，向负载电路输出指令，

负载电路模块包括与隧道入口处照明LED灯连接的驱动组件，根据控制中心模块发出的指令对色温进行调控；

还包括散热机构（20），散热机构（20）包括支撑板（2）和固定在支撑板（2）上的第一气缸（3）、第二气缸（4）和水缸（5），支撑板（2）固定在隧道（18）内靠近隧道（18）口处，第一气缸（3）位于支撑板（2）一端端部，第一气缸（3）一半位于隧道（18）口外一半位于隧道（18）口内，水缸（5）位于支撑板（2）另一端端部，第二气缸（4）位于水缸（5）和第一气缸（3）之间，第一气缸（3）的活塞杆（6）与第二气缸（4）内的活塞固定连接，第一气缸（3）和第二气缸（4）上设有防止活塞滑出的限位块（7），水缸（5）通过进水管（8）与第二气缸（4）连通，进水管（8）内设有进水单向阀，第二气缸（4）上设有出水管（9），出水管（9）上设有出水单向阀，出水管（9）端部设有喷雾喷头（10），

还包括固定块（11）、转轴（12）、圆杆（13）、齿轮轴（14）、第一齿轮（15）、齿条（16）和滑动块（17），固定块（11）固定在隧道（18）口，转轴（12）转动设在固定块（11）上，转轴（12）上固定设有遮阳棚，遮阳棚一半在隧道（18）外，遮阳棚一半在隧道（18）内，转轴（12）上设有通孔，圆杆（13）位于通孔内，圆杆（13）上端与固定块（11）固定连接，气温传感器（1）固定在圆杆（13）下端，遮阳棚用于为气温传感器（1）遮阳，转轴（12）上设有第二齿轮，活塞杆（6）上设有齿条（16），齿轮轴（14）转动设在隧道（18）内，第一齿轮（15）固定设在齿轮轴（14）上，齿条（16）滑动设在滑动块（17）上，滑动块（17）固定在隧道（18）内，齿条（16）分别与第一齿轮（15）和第二齿轮相匹配，喷雾喷头（10）位于遮阳棚下端，第一气缸（3）内设有乙醇，第二气缸（4）和是水缸（5）内设有水，水缸（5）上设有透气孔。

2.根据权利要求1所述的一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，其特征在于：所述洞外光环境包括洞外天气数据和能见度数据。

3.根据权利要求1所述的一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，其特征在于：所述隧道照明LED灯采用高压直流电源供电，通过无级调光实现对LED灯的亮度调节。

4.根据权利要求1所述的一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，其特征在于：当能见度低于设定值时，所述控制中心模块发出采用低色温照明的指令至负载电路模块。

5.根据权利要求1所述的一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，其特征在于：所述隧道洞外能见度传感器、气温传感器和气象检测装置安装于隧道洞口外，所述色温传感器安装于隧道洞口内。

6.根据权利要求1所述的一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，其特征在于：所述控制中心模块还检测调光设备状态。

7.根据权利要求1所述的一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，其特征在于：所述控制中心模块包括照明色温模型单元，照明色温模型设有多个色温值，多个色温值分别与不同的隧道洞口外能见度数据、隧道洞外气温数据和隧道洞外天气数据相匹配。

8.根据权利要求7所述的一种缓解黑洞效应的公路隧道入口段照明调控系统，其特征在于：所述控制中心模块还包括色温判断单元，所述照明色温模型单元根据洞外光环境和隧道洞外气温数据输出当前色温值，色温判断单元将当前色温值与上一次调节照明色温值进行比较，如果当前色温值与上一次调节照明色温值不一致，则控制中心输模块出指令至负债电路模块，负载电路模块对隧道入口处LED照明设备的色温进行调控；

如果当前色温值与上一次调节照明色温值一致，则控制中心模块保持当前色温不便变，此时当前色温值为理论照明色温值，色温判断单元将理论照明色温值与隧道入口段洞内色温进行比较，当理论照明色温值与隧道入口段洞内色温值一致时，则控制中心不输出调光指令，当理论照明色温值与隧道入口段洞内色温值不一致时，控制中心模块检测调光设备状态是否损坏，进而对调光设备进行检修。