CN205622953U - 一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，包括用于获取经过各隧道照明区段车流量数值并按预定时间周期传输至所述中央主控装置的来车流量检测装置、用于在比较若干相邻的连续隧道照明区段车流量数值大小后向隧道照明区段控制装置发送相应的照明状态控制指令中央主控装置、用于根据接收的照明状态控制指令控制相应照明区段照明灯的照明状态的隧道照明区段控制装置，所述来车流量检测装置包括沿道路连续等距分布在隧道入口上游、隧道内及隧道出口的若干来车流量检测子装置。本实用新型具有实际适应性高、节约能源、可操作性强、更能够保证行车安全的优点。

Description

一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置

技术领域

本实用新型涉及高速公路交通安全领域和节能减排、环境保护领域，具体涉及一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置。

背景技术

公路隧道的照明系统是高速公路交通工程系统的重要组成部分。在保障行车安全、提高驾驶舒适性等方面，隧道照明人工光环境的优劣起着重要的作用。目前，我国高速公路的隧道照明系统智能控制和自适应控制水平低，多存在亮度分布不合理、电能浪费等问题。具体而言，以往设计隧道的照明系统时，隧道内各区段灯具的分布和数量均依据年洞外最大亮度和车辆最高行驶速度等历史数据来确定。所涉设计参数的因素以限值考虑，致使在后期隧道运营时各区段的照明强度始终处于最大值，造成大量电能浪费，并增加运营成本，严重影响隧道照明系统稳定、可靠、长期运行。

对于高速公路隧道而言,按照我国国家标准设置照明,每公里隧道照明负荷应不小于60KW，隧道年均用电成本高昂，竟高达数十万元之巨，形成高速公路隧道照明系统“配置易、运营难”的尴尬局面。为此，高速公路实际运营管理过程中,为节省隧道运营开支，部分隧道照明系统采取“少开灯”、“不开灯”的方式，由此造成驾驶员进出隧道的视觉适应时间增长，难以迅速感知交通场景，易产生错误驾驶决策，行车安全隐患较大。此外，由于隧道是半封闭式交通设施，一旦发生交通事故，难以组织救援，可能导致更为严重的二次或衍生交通事故。

在隧道照明系统控制中，现有的控制系统大多采取定时开启或关闭的控制策略，使得一定时间段内隧道始终保持当前时期(白天/夜晚)隧道照明最亮状态，该种控制方式对于车流量较少的高速公路隧道路段，或者交通流量较少的时段来说，隧道照明的实用效率低，造成电能的浪费，增加隧道运营的成本。

目前，部分专利改善设计如下：

专利“基于地磁感应线圈的隧道造型系统的控制方法”(申请号：201510729921.6，申请日：2015-11-02)公开了一种基于地磁感应的隧道照明系统的控制方法，包含若干个等距设置在隧道内的照明装置和一个设置在隧道外的初始触发装置；初始触发装置设置在进入隧道前预设的距离阈值处，包含地磁传感器、微控制器和通信节点；照明装置包含地磁传感器、微控制器、通信节点、光强传感器、继电器和若干沿隧道等距设置的照明灯。地磁传感器感应到车辆时，其对应的通信节点分别朝上一个和下一个通信节点发送消息；照明装置中接收到上一个通信节点的消息时，计数加1，接收到下一个通信节点的消息时计数减1；当照明装置计数不为零时进行照明。

专利“隧道照明控制系统及节能方法”(申请号：201510990626.6，申请日：2015.12.25)公开了一种隧道照明控制系统及节能方法，其包括控制装置以及设在隧道内的照明装置，其中控制装置用于获取通过隧道车辆的位置信息，并根据车辆位置信息控制车辆前侧的照明装置开启，后侧的照明装置关闭。

以上两个专利都提出了对隧道路段进行分段处理，并根据来车位置情况进行隧道照明的控制，一定程度上起到较好的节能效果。但是存在问题有：当车辆进入该隧道照明控制区段时，两个专利提出的方案均是立即开启该区段照明装置，当车辆一离开相应区段时，其照明装置立即关闭。此种隧道照明控制方案使得灯光强度的剧烈变化，且不同车辆进入隧道时，光线明暗交替变化，均对驾驶员视觉形成严重刺激，使得驾驶员多次重复性的经历进出隧道时的“炫目”状态，难以保证驾驶员视觉可靠性。此外，所述方案可能使隧道照明装置处于完全关闭状态，进入隧道的车辆难以迅速、及时感知隧道场景，安全隐患较大。

基于现状隧道照明控制系统的不足之处，在此提出一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，具体内容如下：

实用新型内容

为了在高速公路交通量较少时段或者交通量较少的高速公路隧道运营中节约电能消耗，根据来车检测情况实时控制隧道照明灯的开启与关闭，在保证隧道正常照明需求的基础上，有效的节能减排。本实用新型提供了一种基于来车实时检测的高速公路隧道照明控制装置及方法，特别适用于交通量不均衡、隧道多、隧道长度较长、隧道照明能耗较大的高速公路隧道区域。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，包括用于获取经过各隧道照明区段车流量数值并按预定时间周期传输至所述中央主控装置的来车流量检测装置、用于在比较若干相邻的连续隧道照明区段车流量数值大小后向隧道照明区段控制装置发送相应的照明状态控制指令中央主控装置、用于根据接收的照明状态控制指令控制相应照明区段照明灯的照明状态的隧道照明区段控制装置，所述来车流量检测装置包括沿道路连续等距分布在隧道入口上游、隧道内及隧道出口的若干来车流量检测子装置；所述隧道照明区段控制装置包括若干分别连接隧道内各照明区段照明灯的隧道照明分控制器。

进一步地，所述的来车流量检测子装置包括地埋环形感应线圈组、计数器、通信装置，所述计数器在地埋环形感应线圈组的触发下进行计数，所示通讯装置用于实现地埋环形感应线圈组与计数器之间、计数器与中央主控装置之间的周期性数据传输，所述的通信装置采用无线通信方式或有线通信方式。

进一步地，根据人机工程学原理，以及驾驶员对光照敏感度和适应能力、车辆安全制动距离、驾驶员超速不遵从率等方面的研究成果，所述的隧道照明控制区段长度为200～500m。

进一步地，所述的照明状态包括最亮、次亮和最暗三个级别，可通过控制照明灯开启数量来实现不同的照明状态的亮度级别，以满足节能和保证驾驶员视觉可靠性的双重目的。

进一步地，所述的隧道照明控制区段分控制器包括51系列单片机、用于接收照明状态控制指令的通信装置，所述的通信装置采用无线通信方式或有线通信方式。

进一步地，所述的中央主控制装置包括用于比较若干相邻的连续隧道照明区段车流量数值大小及调用相应照明状态控制指令的数据处理装置、用于存储信息的存储设备、与各来车流量检测子装置和隧道照明分控制器通信的通信装置、用于提供照明状态控制指令的方案库，所述的通信装置采用无线通信方式或有线通信方式。

进一步地，位于隧道入口内的第一个来车流量检测子装置与所述隧道入口之间还设置有照明灯始终保持当前时期最亮状态的常亮区段，所述常亮区段长度为10m～100m。常亮区段不包含照明分控制器，不进行可变照明控制，主要起到隧道标示、警示作用。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1)本实用新型实现了对来车的实时检测、传输与发布，实现了对高速公路隧道路段来车的精确把握，使隧道路段照明可变控制方法提升到实用层面。

2)本实用新型综合考虑了部分高速公路(尤其是山区高速公路)或部分时段隧道路段车流量较少、照明灯常亮造成能源浪费等具体问题，进行基于来车位置实时检测的隧道照明智能控制，研究结果具有较强的实用性。

3)本实用新型方法在保证车辆通行对隧道照明的基本需求的基础上，基于来车情况实时控制隧道照明状态的变化，可以较大限度的节约隧道照明能耗，充分体现节能减排的作用，对推广应用具有很强的指导作用。

4)本实用新型在隧道入口处设置一定长度的常亮段，可以起到隧道入口的标示、警告等作用。

5)本实用新型实施效果中，进入或即将进入隧道的车辆的前方始终保持两个照明控制区段内灯光同时达到最亮状态，照明强度一致，避免了在照明控制区段交界区光强的突然变化造成驾驶员视觉的严重不适应问题，提高了行车的安全性和舒适性。

6)本实用新型根据高速公路隧道灯光设置的国家标准，进行灯光亮度的设计，为行车安全提供了具体保障。

7)本实用新型具有实用性强、可操作性强、节能减排效果好的特点。

附图说明

图1为本实用新型实施的高速公路隧道照明控制系统简易结构示意图。

图2为本实用新型实施的高速公路隧道照明控制系统完整设施结构图。

图3为本实用新型实施例的来车流量检测子装置布置位置示意图。

图4为本实用新型实施例的第i段隧道照明区段照明实施示意图。

图5为本实用新型实施例的高速公路隧道照明控制方法实施流程图。

图中所示为：1-地埋环形感应线圈组；2-无线通信装置；3-计数器；4-隧道照明区段；5-隧道照明分控制器；6-照明灯；7-隧道入口；8-常亮区段；9-隧道出口；10-隧道外照度监控装置；11-来车流量检测子装置；20-隧道内照度监控装置。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

如图1、2所示，一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，包括来车流量检测装置、中央主控装置、隧道照明区段控制装置，所述来车流量检测装置包括沿道路连续等距分布在隧道入口7上游、隧道内及隧道出口9的若干来车流量检测子装置11，用于获取经过各隧道照明区段4车流量数值并按预定时间周期传输至所述中央主控装置；所述中央主控装置用于在比较若干相邻的连续隧道照明区段4车流量数值大小后向隧道照明区段控制装置发送相应的照明状态控制指令；所述隧道照明区段控制装置包括若干分别连接隧道内各照明区段照明灯6的隧道照明分控制器5，用于根据接收的照明状态控制指令控制相应照明区段照明灯6的照明状态。

根据数据处理的过程，本系统可以分为数据采集层、数据处理层、方案决策层、方案执行层，根据系统安装的位置，所述的数据采集层对应来车流量检测装置1，数据处理层和方案决策层对应中央主控制装置，方案执行层对应隧道照明区段控制装置。

具体而言，所述的来车流量检测子装置11包括地埋环形感应线圈组1、计数器3、通信装置，所述计数器3在地埋环形感应线圈组1的触发下进行计数，所示通讯装置用于实现地埋环形感应线圈组1与计数器3之间、计数器3与中央主控装置之间的周期性数据传输，所述的地埋环形感应线圈组1布置在隧道入口7上游、隧道出口9处以及各照明区段起点处的车道上，同一个车道断面的多个感应线圈构成一个感应线圈组，同时计数器3布置在对应的地埋环形感应线圈组1附近的路边，所述的地埋环形感应线圈组1通过有线通信方式与计数器实现通信，所述计数器3通过无线通信装置2与中央主控装置实现通信，无线通信装置2包括无线接收和发射设备。

如图2所示，本实施例中将隧道区域分为隧道外照度监控装置10和隧道内照度监控装置20。隧道外照度监控装置10路段包括两个等距设置的预检测区段Ⅰ(远)和预检测区段Ⅱ(近)，预检测区段Ⅰ(远)和预检测区段Ⅱ(近)长度为500m；隧道内照度监控装置20路段包括位于隧道入口7处的常亮区段8，以及若干等距布置的隧道照明区段4(编号为Ⅲ～N)，其中常亮区段8的长度暂设为100m，该区段照明始终维持当前时期内最亮(100％)状态；暂设隧道内单个隧道照明区段4的长度为500m，与隧道外的预检测区段Ⅰ(远)和预检测区段Ⅱ(近)长度相同，即隧道内每500m(除去入口常亮段100m)为一个隧道照明区段4，尾端不足500m的按500m计算，最终将其划分为N-2个隧道照明区段4(Ⅲ～N)。

具体而言，所述的照明状态包括最亮、次亮和最暗三个级别，本实用新型对隧道照明实行分区段、分照明强度相结合的控制方式将隧道照明强度分为三级，即最亮、次亮和最暗，其中“最亮”状态与不实行本实用新型所述的可变照明强度控制时隧道常亮的照明状态(一般状态)相同。一般情况下，高速公路隧道在白天和夜间采取不同照明强度的固定控制方案，故而定义照明控制强分级规则：将白天/夜晚一般状况下隧道照明状态定义100％亮度，本实施例的三种照明强度分别为：最亮(100％)、次亮(50％)和最暗(20％)，三种照明强度包括在白天和夜晚两种环境下不同照明，具体设定和控制原理如下：

因现在运作的隧道照明系统对白天和晚上采取的照明强度是不一致，比如，白天的时候，隧道内一半的照明灯开启，设此状态(一半照明灯开启)作为白天时隧道内的最亮状态(100％)，同时，以此为标准，通过控制照明灯的亮起的数量来改变亮度，实现白天环境下隧道内照明亮度改变为次亮(50％)和最暗(20％)；而夜晚时，隧道内所有照明灯开启，此时，设此状态(全部照明灯开启)作为夜晚时的最亮状态(100％)，同时，以此为标准，通过控制照明灯的亮起的数量来改变亮度，实现夜晚状态下隧道内照明亮度改变为次亮(50％)和最暗(20％)。

当然，在隧道长度较长时，也可以参照夜晚环境设定隧道内照明灯的三种照明强度。

实际应用时，本领域普通技术人员也可以根据实际需要，适当调整最亮、次亮和最暗三个级别的亮灯数量，以满足节能和保证驾驶员视觉可靠性的双重目的。

具体而言，所述的隧道照明分控制器5布置在相应隧道照明区段4起点处的隧道内壁，包括51系列单片机、用于接收照明状态控制指令的无线通信装置2、与该区段各照明灯6之间连接的有线设备，所述的照明灯6等距离安装在隧道墙壁上。

具体而言，所述的中央主控制装置布置在隧道外的路边，包括用于比较若干相邻的连续隧道照明区段4车流量数值大小及调用相应照明状态控制指令的数据处理装置、用于存储信息的存储设备、与各来车流量检测子装置11和隧道照明分控制器5通信的无线通信装置2、用于提供照明状态控制指令的方案库。

本实施例中，所述地埋环形感应线圈组1与计数器3之间使用有线方式通信，计数器3与中央主控制装置、中央主控制装置与隧道照明区段分控制器5之间采用无线方式通信，隧道照明分控制器5与各照明灯6之间采用有线方式通信。

具体而言，位于隧道入口内的第一个来车流量检测子装置11与所述隧道入口7之间还设置有照明灯6始终保持当前时期最亮状态的常亮区段8，所述常亮区段8长度为10m～100m。常亮区段8不包含隧道照明分控制器5，不进行可变照明控制，主要起到隧道标示、警示作用。

来车流量检测子装置11中的地埋环形感应线圈组1检测到来车通过信息，其对应的计数器执3行车流量计数值加1操作；以1s为隧道照明系统控制周期，所有来车流量检测子装置11对应的计数器3通过无线方式将当前车流量计数值信息发送给中央主控制装置进行处理；中央主控制装置根据各来车流量检测子装置11发送来的来车计数值信息和隧道照明控制方案库为各隧道照明控制区段4选取合适的区段照明控制方案；并经由无线通信方式将控制方案传输给隧道照明控制区段4，由隧道照明分控制器5控制相应区段照明灯6的开启/关闭的数量，以实现基于来车实时检测的高速公路隧道照明智能控制。

图3以断面x^#形式标示了本实施例中的来车流量检测子装置1布置位置。由此图可知在隧道入口7上游布置两个来车流量检测子装置11，在各隧道内照明区段起点处以及隧道出口9处各布置一个来车流量检测子装置11，共设置N+1个来车流量检测子装置11。

本实施例所述的控制装置的主要原理为：

根据来车流量检测子装置11实时检测的来车位置情况，依靠控制装置对隧道内照明灯实行分段开启/关闭控制，使得车辆前进方向两个隧道照明区段4的照明灯逐级开启，而相反方向的一个隧道照明区段4内的照明灯逐级关闭。系统主要功能装置包含隧道外照度监控装置10和隧道内照度监控装置20。其中，隧道外照度监控装置10主要由两个等距设置在隧道入口上游的来车流量检测子装置11和一个隧道中央主控制装置及若干无线通信装置4构成；隧道内监控装置20主要包括一个布置在隧道入口处一定长度内的照明装置保持常亮状态的常亮区段8、若干连续等距分布的照明控制区段装置4(除常亮段外)、若干连续布置在各照明控制区段起点处和一个布置在隧道出口处的来车流量检测子装置11，以及若干有线、无线通信连接装置。

对于实际应用过程中，为了更好的保证整个隧道照明系统的正常运行，可以使用有线通信方式代替各来车流量检测子装置11与中央主控制装置、中央主控制装置与各隧道照明分控制器5之间的无线通信方式。

图5中是基于所述系统的控制方法的流程示意图，包括步骤：

S1、各个来车流量检测子装置11的地埋环形感应线圈组1检测到车辆通过，与其对应的计数器3计数值执行加1操作；

S2、设隧道照明系统控制时间周期为1s，各个来车流量检测子装置11的计数器3将获取的当前车流量计数值通过无线方式发送到中央主控制装置；

S3、中央主控制装置接收到各个来车流量检测子装置11发送来的当前车流量计数值后，针对待控隧道照明区段，以车辆前进方向为正方向，分别将所述待控隧道照明区段起点处设置的来车流量检测子装置11获取的当前车流量计数值与位于待控隧道照明区段后方的两个相邻隧道照明区段4起点处和位于待控隧道照明区段前方的一个隧道照明区段4起点处的来车流量检测子装置11获取的当前车流量计数值进行对比，根据比对结果并结合方案库确定针对待控隧道照明区段(序号为Ⅲ～N)的照明状态控制指令；

S4、所述中央总控制装置将确定的照明状态控制指令发送待控隧道照明区段对应的隧道照明分控制器5；

S5、所述隧道照明分控制器5根据接收到的照明状态控制指令控制待控隧道照明区段的照明灯6的开启或关闭的数量，改变该区段的照明状态；

S6、系统时钟+1，进入下一控制周期。

具体而言，所述的步骤S3中，根据比对结果确定针对待控隧道照明区段的照明状态控制指令的步骤具体包括：

S31、当后方的两个相邻隧道照明区段4中距离待控隧道照明区段较远处的隧道照明区段4的当前车流量计数值大于待控隧道照明区段的当前车流量计数值、后方的两个相邻隧道照明区段4中距离待控隧道照明区段较近处的隧道照明区段4的当前车流量计数值等于待控隧道照明区段的当前车流量计数值且前方的一个隧道照明区段4的当前车流量计数值等于待控隧道照明区段的当前车流量计数值时，则待控隧道照明区段的照明状态控制指令确定为次亮；

S32、当后方的两个相邻隧道照明区段中距离待控隧道照明区段较远处的隧道照明区段4的当前车流量计数值大于待控隧道照明区段的当前车流量计数值、后方的两个相邻隧道照明区段中距离待控隧道照明区段较近处的隧道照明区段4的当前车流量计数值大于待控隧道照明区段的当前车流量计数值且前方的一个隧道照明区段4的当前车流量计数值等于待控隧道照明区段的当前车流量计数值时，则待控隧道照明区段的照明状态控制指令确定为最亮；

S33、当后方的两个相邻隧道照明区段中距离待控隧道照明区段较远处的隧道照明区段4的当前车流量计数值大于或等于待控隧道照明区段的当前车流量计数值、后方的两个相邻隧道照明区段4中距离待控隧道照明区段较近处的隧道照明区段4的当前车流量计数值大于或等于待控隧道照明区段的当前车流量计数值且前方的一个隧道照明区段4的当前车流量计数值大于待控隧道照明区段的当前车流量计数值时，则待控隧道照明区段的照明状态控制指令确定为最亮；

S34、当后方的两个相邻隧道照明区段4中距离待控隧道照明区段较远处的隧道照明区段4的当前车流量计数值等于待控隧道照明区段的当前车流量计数值、后方的两个相邻隧道照明区段中距离待控隧道照明区段较近处的隧道照明区段4的当前车流量计数值等于待控隧道照明区段的当前车流量计数值且前方的一个隧道照明区段4的当前车流量计数值等于待控隧道照明区段的当前车流量计数值时，则待控隧道照明区段的照明状态控制指令确定为最暗。

图4为隧道内的第i(3≤i≤N)个隧道照明区段4的照明控制示意图，记第i个来车流量检测子装置11对应的计数器3某周期内计数值为C_i，则第i隧道照明区段4的照明灯6亮灯、熄灯方案控制方案库如表1所示：

表1为某时刻区段i照明控制方案库

本方法根据检测装置实时检测的来车位置情况，依靠控制装置对隧道内照明设施实行分段开启/关闭控制，使得车辆前进方向上的两个隧道照明区段4内的照明装置逐级开启，而相反方向的一个隧道照明区段4内照明装置逐级关闭，即车辆前方两个隧道照明区段4内照明装置保持“最亮”状态，避免了在隧道照明区段4交界区光强的突然变化造成驾驶员视觉的严重不适应问题，提高了行车的安全性和舒适性，为行车安全提供了具体保障，具有实用性强、可操作性强、节能减排效果好的特点。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本实用新型的,本领域普通技术人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下,对上述实施例做出种种修改或变化,因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限,而应该是符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。

Claims (7)

1.一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，其特征在于：包括用于获取经过各隧道照明区段车流量数值并按预定时间周期传输至中央主控装置的来车流量检测装置、用于在比较若干相邻的连续隧道照明区段车流量数值大小后向隧道照明区段控制装置发送相应的照明状态控制指令中央主控装置、用于根据接收的照明状态控制指令控制相应照明区段照明灯的照明状态的隧道照明区段控制装置，所述来车流量检测装置包括沿道路连续等距分布在隧道入口上游、隧道内及隧道出口的若干来车流量检测子装置；所述隧道照明区段控制装置包括若干分别连接隧道内各照明区段照明灯的隧道照明分控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，其特征在于：所述的来车流量检测子装置包括地埋环形感应线圈组、计数器、通信装置，所述计数器在地埋环形感应线圈组的触发下进行计数，所示通讯装置用于实现地埋环形感应线圈组与计数器之间、 计数器与中央主控装置之间的周期性数据传输，所述的通信装置采用无线通信方式或有线通信方式。

3.根据权利要求1所述的一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，其特征在于：所述的隧道照明控制区段长度为200～500m。

4.根据权利要求1所述的一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，其特征在于：所述的照明状态包括最亮、次亮和最暗三个级别。

5.根据权利要求1所述的一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，其特征在于：所述的隧道照明控制区段分控制器包括51系列单片机、用于接收照明状态控制指令的通信装置，所述的通信装置采用无线通信方式或有线通信方式。

6.根据权利要求1所述的一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，其特征在于：所述的中央主控制装置包括用于比较若干相邻的连续隧道照明区段车流量数值大小及调用相应照明状态控制指令的数据处理装置、用于存储信息的存储设备、与各来车流量检测子装置和隧道照明分控制器通信的通信装置、用于提供照明状态控制指令的方案库，所述的通信装置采用无线通信方式或有线通信方式。

7.根据权利要求2所述的一种基于来车实时检测的隧道照明系统的控制装置，其特征在于：位于隧道入口内的第一个来车流量检测子装置与所述隧道入口之间设置还设置有照明灯始终保持当前时期最亮状态的常亮区段，所述常亮区段长度为10m～100m。