隧道照明智能調控系統

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　　摘要：隧道照明能源的節約已成為隧道建設最重要的部分。通過分析現有隧道的發展和當前智能控制算法的研究，簡述當前智能調控存在的問題。并通過利用模糊神經系統控制的算法對影響隧道照明的五個因素進行MATLAB建模對LED燈具進行無極調控，再通過對復雜天氣“亮度跳變”的問題進行量級較大的分級調控。從而提高隧道的智能度和能源的消耗度。關鍵詞：智能調控；模糊神經控制；無級調控；分級調控 引言隧道在城市網絡系統中扮演著至關重要的角色，而隨著隧道的不斷增加，必然會衍生出一系列的問題。截止2016年底，中國公路隧道為15181座，總里程達14039.7km。雖然近年來，隧道照明發展很快，產生了多種智能調控的技術和方法[1]，但是在隧道照明智能調控系統實際的應用中卻不是很成熟。全國仍有大量的隧道照明用的還是固定照明系統，并且其中大多數燈具都還是高壓鈉燈，極大的浪費了能源。因此建立一個隧道只能調控系統就變得尤為重要，能夠極大的減少人力和能源消耗。1國外研究現狀歐美等少數科技較先進的國家從20世紀50年代就開始對隧道智能照明技術進行了研發，將人工控制的照明集成在一起形成協調、高效的集成智能控制系統，實現無人操作，極大地減少了人力資源。到了20世紀80年代，國際照明委員會制定了多項關于隧道照明的設計準則與規范，形成了統一的行業標準，為隧道照明的發展做出了巨大的貢獻。其中1982年制定的標準《CIENo.30.2，1988》一直被世界各國廣泛的應用。國外隧道的燈具和照明智能控制系統都比較先進，并且研發了大量各具特色系統。澳大利亞邦奇電子推出的Dynalite照明智能系統、奇勝科技推出的C-Bus系統，美國路創公司推出的GRAFIK隧道照明控制系統等。特別是飛利浦公司創造的智能照明系統在家居、零售、辦公、建筑和城市景觀照明領域的創新和發展已經變得尤為成熟，為其他國家隧道照明的發展做出了巨大的貢獻。2國內研究現狀我國公路隧道照明的發展相對較晚，科技的發展的也比較落后，國外的產品和技術需要極長的時間才能滲入國內。直到21世紀，隧道照明的建設才通過參照國外的標準規范，由交通部頒發并實施了第一部《公路隧道照明設計規范》。到2014年7月，再次頒布了《公路隧道照明設計細則》。兩部規范的實施極大地推進了我國公路隧道照明的發展，隧道不再是只有高壓鈉燈照明、不再只有耗費人力的人工控制以及。同時各地方依據規范均制定出復合其自身獨特環境和地理特性，極大的推進和豐富了中國隧道照明的進程和內容[2]。2.1隧道智能調控算法從傳統人工控制到分級調控，公路隧道照明不斷充實，到今天的照明智能控制系統，隧道照明已經越發成熟，為建設綠色的、節能的公路照明系統做出巨大了貢獻。當前的智能控制系統通過采集現場的環境參數和交通參數之后建立參數模型，我們考慮的控制變量越來越多，控制算法越來越多樣化，隧道照明模型更加精準、更加節能、更加高效。而且隨著無線傳感技術的高速發展，如Zigbee、藍牙、wifi等短距離低成本的無線傳感技術，使得隧道照明智能調控更加精確和高效[3]。應用最多的智能調控系統為對洞外亮度、車速、以及車流量進行建模的算法。2017年郭曉杰，方春平利用自適應模糊神經控制系統進行建模，將輸出結果轉化為控制信號，從而調節照明設備，對于LED燈具，可以實現隧道的無級調光。對于高壓鈉燈，則可以實現分級調光。2017年7月張德錢，洪遠泉，周永明利用數學擬合，仿真分析了不同車速下的車流量、洞外亮度和隧道坡度變化對照明功率的影響。隧道照明的改造空間很大，智能控制系統的開發和完善對于交通的安全和節能有著重要的意義，為工程設計提供技術支持和依據。2.2智能調控存在的問題王興平，史玲娜，涂耘在公路隧道系統性照明節能技術應用思路中，設計了一種將太陽能薄膜光伏遮光棚技術和LED無級調光技術相結合的綜合性照明節能思路，能夠極大的減少能源的消耗。對智能調控領域當前仍存在許多未解決的細節，難以實現真正的全方位無人的、高效的智能照明。具體問題如下：（1）不同特點的隧道沒有相對應的算法和控制系統。（2）現有控制系統影響因素考慮不全面。（3）隧道照明控制實時性差。（4）隧道照明算法的多樣性沒有產生一個最優的理論。3解決方案3.1模糊神經控制系統下的分級調光系統模糊神經控制系統是現在交通行業運用比較廣泛的一個算法，在大量非線性問題中得到了成功運用。此方案為實現隧道遠程無人智能調控，并在云層大量突變條件下采用量級超過100的分級調控系統，從而解決隧道的盲視效應、亮度跳級以及資源的浪費。交通量的增加會使隧道照明的亮度增加；而行車速度和隧道的坡度能夠影響人的反應時間；路面亮度影響駕駛員的視野。而洞口亮度s20是隧道洞內亮度變化的主要因素。因此我們根據洞外亮度、車流量、車速以及隧道坡度、路面亮度等多因素條件下進行模糊神經系統建模。并且利用燈光檢測器對洞外s20進行實時監測，當亮度發生較大變化時采用量級較大的分級調控[4]。3.2研究步驟1）利用CAD畫出隧道，輸入隧道各參數進行三維建模。2）利用洞外亮度s20、車流量q、車速v以及隧道坡度d、路面亮度L這五個因素建立一個模糊神經控制的函數即隸屬度函數。函數可選用三角形隸屬度函數，此函數相對簡單方便。3）對大量的隧道數據進行MATLAB仿真，得出一個上s20與四個變量的曲線關系。并對原始數據進行校對，查證可行性。4）將輸出結果轉化為控制信號，利用公式D=a·L20（t）。D為隧道洞內亮度，a為亮度系數，S20（t）為各因素影響下關于時間的控制函數，從而控制LED的無極調控。5）通過對隧道進行洞外亮度不同天氣（晴天，多云，少云，雨天，霧天）等多種情況下的s20檢測，從而確定一個分級調控的量級，并確定一個輸出時間和周期刷新率，提高控制的實時性。夏倩，黃長久，李宏杰在公路隧道照明調光與行車安全分析中，利用云南楚大高速公路九頂山特長隧道及西寧南繞城高速公路隧道群得出系統的調光間隔時間至少在2s以內，調光的亮度等級達到100級以上?，F場的隧道照明控制通信系統采用ZigBee無線傳感技術。LED隧道燈采用上海三思最新制作的C0810—OC陶瓷像素隧道燈，其有雙透鏡設計，每顆像素包含2顆芯片。產品具有防潮、防水、通透散熱、每顆像素功率大，且易安裝、易拆卸、易維護等特點。遠程智能調控系統位于監測中心，能夠實時對現場進行通信和監測。監控中心可對隧道的所有參數和設備進行實時調控，可以采集大量的實時隧道數據，便于后期的處理。并在發生事故時，監控人員能及時通過該界面進行緊急控制，使燈具亮度最大，從而便于對事故的處理和隧道的檢測。參考文獻[1]張磊.基于交流LED光引擎的公路隧道照明系統設計[D].長安大學，2017.[2]楊顯立.基于WiFi的隧道照明無線控制系統設計與實現[D].華南理工大學，2013.[3]潘海龍.大功率LED隨道照明智能控制系統的研究[D].重慶：重慶大學，2011.[4]潘國兵，梁波，皮宇航，等.基于反應時間的隧道照明縮尺模型集成系統的研制與應用[J].現代隧道技術，2016，53（3）：26-32.[5]張德錢，洪遠泉，周永明.公路隧道照明優化設計與計算方法研究[J].隧道建設，2017，37（7）：803-807.作者簡介：黃澤（1994.07-），男，重慶人，職務/職稱：學生，學歷：本科，單位：重慶交通大學，研究方向：交通運輸工程。
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