一种基于隧道照明的节能控制系统的制作方法

1.本发明涉及隧道照明技术领域，具体为一种基于隧道照明的节能控制系统。


背景技术：

2.高速公路的蓬勃发展，给人们的交通出行带来了极大便利。在高速公路运营支出调查中，80％的支出用于电费，而隧道照明所耗电费占据高速功率运营的很大一部分，因此，隧道照明系统的电能损耗是决定高速公路运营成本费的主要因素。根据实际经验，当司机从隧道外自然光的环境下突然进入隧道时，如果光照不充足，司机往往会无法立即适应隧道内的暗光环境而造成短暂的失明，极其危险，同样，当司机出隧道时，由于已经习惯隧道内的暗光环境，隧道外的强光会使司机眼前出现短暂白光，且车辆的速度快慢也会影响视觉效果，若不能很好的调控隧道内灯光亮度，很容易出现交通事故，目前国内对于隧道灯光的设计还停留在原始阶段，虽然目前车辆端已有自适应灯光解决此问题，但该方案往往出现在高价格的车辆上，总成本远高于对隧道内照明进行调控的方法，因此，设计动态控制和多档节能的一种基于隧道照明的节能控制系统是很有必要的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于隧道照明的节能控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于隧道照明的节能控制系统，包括光照参数获取模块、车流参数获取模块、用电统计模块，所述光照参数获取模块、车流参数获取模块、用电统计模块通过串口通信无线连接，所述光照参数获取模块用于对隧道内外环境亮度进行采集，所述车流参数获取模块用于对隧道内外的车流参数进行获取，所述用电统计模块用于统计当前调控条件下的总用电量；所述光照参数获取模块包括图像采集单元一、图像采集单元二、图像处理模块、数据传输单元，所述图像采集单元一、图像采集单元二的输出端与图像处理模块的信号输入端电连接，所述数据传输单元的输入端与图像处理模块的信号输出端电连接，所述图像采集单元一、图像采集单元二分别对应进入隧道阶段的图像采集与出隧道阶段的图像采集，所述图像处理模块用于对采集到的图像进行分类处理，所述数据传输单元用于根据图像处理结果进行对应的数据传输；在进入隧道时与出隧道时的环境不同，尤其是对于一些里程较长、区域跨度大的隧道，且随着时间变化，隧道外光照环境也会发生变化，同时采用图像处理模块对采集获取到的环境图像进行分析，相较于简单利用传感器测量环境亮度，更能考虑光照对人眼的影响。
5.根据上述技术方案，所述车流参数获取模块包括测速感知单元、时间分析模块、区域通信模块，所述测速感知单元的输出端与时间分析模块的输入端电连接，所述区域通信模块的通信接口与上述测速感知单元、时间分析模块电连接，所述测速感知单元用于对车辆的速度与车流密度进行感知，所述时间分析模块用于对车辆进出隧道的时间进行分析，所述区域通信模块用于将隧道附近的车辆加入到同一通信空间内；所述用电统计模块包括
照明调节模块、耗电量匹配模块、耗电计算模块，所述照明调节模块的输出端与耗电量匹配模块的输入端电连接，所述耗电量匹配模块的输出端与耗电计算模块的输入端电连接，所述照明调节模块用于调节隧道内的照明数量，所述耗电量匹配模块用于将相应数量的照明与耗电量进行匹配，所述耗电计算模块用于计算调节过程中所用电量；隧道内外的车流与车速会影响通行时间的长短，从而导致隧道入口与出口处的光照参数随时间变化程度不同，对驾驶员的视线影响也不同，而对隧道内照明数量的调节除了考虑隧道内外亮度外，还要考虑综合耗电量，因此需综合考虑。
6.根据上述技术方案，所述一种基于隧道照明的节能控制系统的运行方法包括以下步骤：
7.步骤s1：根据隧道的长度与位置，进行光照参数获取设备与车流参数获取设备的布局；
8.步骤s2：进行光照参数与车流参数的获取，并将数据上传，结合数据进行分析；
9.步骤s3：根据分析结果对隧道内照明设备的亮度进行精确调节，同时根据隧道内外亮度差计算出建议车速；
10.步骤s4：根据照明调节力度计算当前耗电量，并根据用电上限值进行动态调配。
11.根据上述技术方案，所述步骤s1中，光照参数获取设备与车流参数获取设备的布局方法进一步包括以下步骤：
12.步骤s11：将隧道从入口到出口等分为入口段、过渡段、中间段和出口段四部分；从入口处开始，驾驶员在隧道内每段的亮度是依次降低的，其中到达中间段达到最低，而在中间段之后，隧道内每段亮度又依次升高，因此将隧道进行分段控制，亮度逐级变化更符合实际要求；
13.步骤s12：将入口段、过渡段定为进隧道阶段，并在这两个部分放置图像采集单元一，将中间段与出口段定为出隧道阶段，并在这两个部分放置图像采集单元二；图像采集单元一用于采集入口阶段的隧道内外图像，图像采集单元二用于采集出口阶段的隧道内外图像；
14.步骤s13：将采集到的数据分类并上传到图像处理模块，进行图像的处理与识别；图像的处理采用微型单片机，结合软件对采集到的图像进行合成与亮度分析，相比于普通的光照传感器获取光照亮度参数，本方法可以利用计算机模拟真实隧道环境，并根据人工智能技术对当前环境亮度对驾驶员可能产生的影响进行判断，结果更准确；
15.步骤s14：在每个部分布局车流检测模块，对经过隧道的车辆进行速度与当前车流量进行检测。
16.根据上述技术方案，所述步骤s2-s3中，参数分析后对隧道内照明设备精确调节与建议车速的计算方法包括以下步骤：
17.步骤a：在系统中输入时间参数t，对于各个参数的调控均基于时间参数；由于路中行驶的车辆参数每时每刻都在变化，同时光照环境随着时间的后移，太阳高度角、隧道走向都会影响光照条件，因此输入时间参数进行约束；
18.步骤b：在入口段与出口段，输入外界亮度控制参数l(t)，并引入模糊修正因子k；由于室外环境亮度与车流量在决定隧道内亮度时所占比重不同，因此引入模糊控制修正因子，对亮度与车流量所影响比重进行定量分析；
19.步骤c：对隧道的入口段和出口段进行区域测速，获取经过隧道入口段和出口段车辆的区间平均速度v(t)，同时在入口处设置车流检测区块，并对时段内的车流数量等级n(t)进行统计；车速快慢会影响驾驶员的视野范围，同时延长反应时间，虽然隧道内有限速，但不同地区的隧道限速有所不同，因此需进行区域测速，并对时段内的车流数量进行统计，划分等级；
20.步骤d：根据上述数据，计算适宜光照强度y(t)。
21.根据上述技术方案，所述车流参数获取模块中，车流参数获取的具体方法为，在隧道入口前设置检测点，检测并识别车牌后，将识别到的车辆建立区域通信，并将提醒信息拟合进导航系统中，像驾驶员发出语音提醒；由于隧道内出现低质量信号、弱导航信号的概率较高，因此将即将进入隧道的驾驶车辆通过物联网建立区域通信，并将路况信息拟合进导航系统中，驾驶员在进行导航的同时可以在信号不佳的情况下及时获知隧道附近交通状况。
22.根据上述技术方案，所述步骤d中，适宜光照强度y(t)的计算公式为：
23.y(t)＝[(1-k)l(t) kv(t)]*n(t)
[0024]
其中，n(t)为时段内的车流数量等级，按车流量区间分为五个档次，每个档次对应一个数字，最低为1，最高为5，k为模糊修正因子，用于调控隧道内亮度时，动态分配外界亮度与车速所占比重，所得适宜光照强度y(t)的值为整数，代表一个区域内开启照明设备的数量，t为时间控制参数，对所有参数进行约束；在隧道内的不同区域设有固定数量的照明设备集群，通过对开启照明设备数量的控制，达到改变区域亮度的效果。
[0025]
根据上述技术方案，所述步骤s4进一步包括以下步骤：
[0026]
步骤s41：根据计算所得的环境适宜光照强度，对区域内的照明设备的启停进行控制；
[0027]
步骤s42：根据单个照明设备单位时间内的耗电量与调控结果，计算t时间内的照明耗电量；
[0028]
步骤s43：进行耗电量匹配，对比未经调控下的隧道内照明用电量，判断耗电是否满足要求。
[0029]
根据上述技术方案，所述步骤s41中，单个控制区域的确定方法为：
[0030]
单个控制区域的确定根据车流的平均速度与时间控制参数有关，具体为车流的平均速度与时间控制参数之积；由于隧道宽度为固定值，因此对于调控区域的限定只需考虑车流的行驶长度即可，对于调控区域的限定能保证照明调控的准确性。
[0031]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过设置有图像处理模块对采集获取到的环境图像进行分析，在进入隧道时与出隧道时的环境不同，尤其是对于一些里程较长、区域跨度大的隧道，且随着时间变化，隧道外光照环境也会发生变化，同时采用图像处理模块，相较于简单利用传感器测量环境亮度，更能考虑光照对人眼的影响；通过设置有车流参数获取模块，将即将进入隧道的驾驶车辆通过物联网建立区域通信，并将路况信息拟合进导航系统中，驾驶员在进行导航的同时可以在信号不佳的情况下及时获知隧道附近交通状况。
附图说明
[0032]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0033]
图1是本发明的系统模块组成示意图。
具体实施方式
[0034]
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
请参阅图1，本发明提供技术方案：一种基于隧道照明的节能控制系统，包括光照参数获取模块、车流参数获取模块、用电统计模块，光照参数获取模块、车流参数获取模块、用电统计模块通过串口通信无线连接，光照参数获取模块用于对隧道内外环境亮度进行采集，车流参数获取模块用于对隧道内外的车流参数进行获取，用电统计模块用于统计当前调控条件下的总用电量；光照参数获取模块包括图像采集单元一、图像采集单元二、图像处理模块、数据传输单元，图像采集单元一、图像采集单元二的输出端与图像处理模块的信号输入端电连接，数据传输单元的输入端与图像处理模块的信号输出端电连接，图像采集单元一、图像采集单元二分别对应进入隧道阶段的图像采集与出隧道阶段的图像采集，图像处理模块用于对采集到的图像进行分类处理，数据传输单元用于根据图像处理结果进行对应的数据传输；在进入隧道时与出隧道时的环境不同，尤其是对于一些里程较长、区域跨度大的隧道，且随着时间变化，隧道外光照环境也会发生变化，同时采用图像处理模块对采集获取到的环境图像进行分析，相较于简单利用传感器测量环境亮度，更能考虑光照对人眼的影响。
[0036]
车流参数获取模块包括测速感知单元、时间分析模块、区域通信模块，测速感知单元的输出端与时间分析模块的输入端电连接，区域通信模块的通信接口与上述测速感知单元、时间分析模块电连接，测速感知单元用于对车辆的速度与车流密度进行感知，时间分析模块用于对车辆进出隧道的时间进行分析，区域通信模块用于将隧道附近的车辆加入到同一通信空间内；用电统计模块包括照明调节模块、耗电量匹配模块、耗电计算模块，照明调节模块的输出端与耗电量匹配模块的输入端电连接，耗电量匹配模块的输出端与耗电计算模块的输入端电连接，照明调节模块用于调节隧道内的照明数量，耗电量匹配模块用于将相应数量的照明与耗电量进行匹配，耗电计算模块用于计算调节过程中所用电量；隧道内外的车流与车速会影响通行时间的长短，从而导致隧道入口与出口处的光照参数随时间变化程度不同，对驾驶员的视线影响也不同，而对隧道内照明数量的调节除了考虑隧道内外亮度外，还要考虑综合耗电量，因此需综合考虑。
[0037]
一种基于隧道照明的节能控制系统的运行方法包括以下步骤：
[0038]
步骤s1：根据隧道的长度与位置，进行光照参数获取设备与车流参数获取设备的布局；
[0039]
步骤s2：进行光照参数与车流参数的获取，并将数据上传，结合数据进行分析；
[0040]
步骤s3：根据分析结果对隧道内照明设备的亮度进行精确调节，同时根据隧道内
外亮度差计算出建议车速；
[0041]
步骤s4：根据照明调节力度计算当前耗电量，并根据用电上限值进行动态调配。
[0042]
步骤s1中，光照参数获取设备与车流参数获取设备的布局方法进一步包括以下步骤：
[0043]
步骤s11：将隧道从入口到出口等分为入口段、过渡段、中间段和出口段四部分；从入口处开始，驾驶员在隧道内每段的亮度是依次降低的，其中到达中间段达到最低，而在中间段之后，隧道内每段亮度又依次升高，因此将隧道进行分段控制，亮度逐级变化更符合实际要求；
[0044]
步骤s12：将入口段、过渡段定为进隧道阶段，并在这两个部分放置图像采集单元一，将中间段与出口段定为出隧道阶段，并在这两个部分放置图像采集单元二；图像采集单元一用于采集入口阶段的隧道内外图像，图像采集单元二用于采集出口阶段的隧道内外图像；
[0045]
步骤s13：将采集到的数据分类并上传到图像处理模块，进行图像的处理与识别；图像的处理采用微型单片机，结合软件对采集到的图像进行合成与亮度分析，相比于普通的光照传感器获取光照亮度参数，本方法可以利用计算机模拟真实隧道环境，并根据人工智能技术对当前环境亮度对驾驶员可能产生的影响进行判断，结果更准确；
[0046]
步骤s14：在每个部分布局车流检测模块，对经过隧道的车辆进行速度与当前车流量进行检测。
[0047]
步骤s2-s3中，参数分析后对隧道内照明设备精确调节与建议车速的计算方法包括以下步骤：
[0048]
步骤a：在系统中输入时间参数t，对于各个参数的调控均基于时间参数；由于路中行驶的车辆参数每时每刻都在变化，同时光照环境随着时间的后移，太阳高度角、隧道走向都会影响光照条件，因此输入时间参数进行约束；
[0049]
步骤b：在入口段与出口段，输入外界亮度控制参数l(t)，并引入模糊修正因子k；由于室外环境亮度与车流量在决定隧道内亮度时所占比重不同，因此引入模糊控制修正因子，对亮度与车流量所影响比重进行定量分析；
[0050]
步骤c：对隧道的入口段和出口段进行区域测速，获取经过隧道入口段和出口段车辆的区间平均速度v(t)，同时在入口处设置车流检测区块，并对时段内的车流数量等级n(t)进行统计；车速快慢会影响驾驶员的视野范围，同时延长反应时间，虽然隧道内有限速，但不同地区的隧道限速有所不同，因此需进行区域测速，并对时段内的车流数量进行统计，划分等级；
[0051]
步骤d：根据上述数据，计算适宜光照强度y(t)。
[0052]
车流参数获取模块中，车流参数获取的具体方法为，在隧道入口前设置检测点，检测并识别车牌后，将识别到的车辆建立区域通信，并将提醒信息拟合进导航系统中，像驾驶员发出语音提醒；由于隧道内出现低质量信号、弱导航信号的概率较高，因此将即将进入隧道的驾驶车辆通过物联网建立区域通信，并将路况信息拟合进导航系统中，驾驶员在进行导航的同时可以在信号不佳的情况下及时获知隧道附近交通状况。
[0053]
步骤d中，适宜光照强度y(t)的计算公式为：
[0054]
y(t)＝[(1-k)l(t) kv(t)]*n(t)
[0055]
其中，n(t)为时段内的车流数量等级，按车流量区间分为五个档次，每个档次对应一个数字，最低为1，最高为5，k为模糊修正因子，用于调控隧道内亮度时，动态分配外界亮度与车速所占比重，所得适宜光照强度y(t)的值为整数，代表一个区域内开启照明设备的数量，t为时间控制参数，对所有参数进行约束；在隧道内的不同区域设有固定数量的照明设备集群，通过对开启照明设备数量的控制，达到改变区域亮度的效果。
[0056]
步骤s4进一步包括以下步骤：
[0057]
步骤s41：根据计算所得的环境适宜光照强度，对区域内的照明设备的启停进行控制；
[0058]
步骤s42：根据单个照明设备单位时间内的耗电量与调控结果，计算t时间内的照明耗电量；
[0059]
步骤s43：进行耗电量匹配，对比未经调控下的隧道内照明用电量，判断耗电是否满足要求。
[0060]
步骤s41中，单个控制区域的确定方法为：
[0061]
单个控制区域的确定根据车流的平均速度与时间控制参数有关，具体为车流的平均速度与时间控制参数之积；由于隧道宽度为固定值，因此对于调控区域的限定只需考虑车流的行驶长度即可，对于调控区域的限定能保证照明调控的准确性。
[0062]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0063]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。