公路隧道照明系统智能控制的关键技术研究

摘要

隧道内的照明系统是车辆安全通行的重要保障，而照明系统的智能控制是平衡隧道内行车安全和能源消耗之间矛盾问题的有效措施。本文以鹤大高速吉林省境内的18座隧道照明系统的智能控制为研究背景，采用理论计算、统计分析和现场试验等方法，对智能控制的调光方式、隧道中间段灯具的色温选择、隧道入口处驾驶员动态视觉特性等关键技术展开研究。主要研究内容如下: 研究了一种基于多传感器的环境及车辆信息感知与闭环反馈控制相融合的隧道照明“因需智变”系统。当有车辆要驶入隧道时，系统对洞外亮度、车速和车流量等多源信息进行融合处理，计算隧道所需亮度;同时实时监测并调节隧道内实际照明亮度，保证隧道内的照明需求;当隧道内无车时，将隧道内照明灯具“分段调暗”。隧道运营结果表明，本文提出的“因需智变”系统节能效果大幅提升，对推动中国绿色照明工程具有重要意义。 针对隧道交通量随时间分布不均衡的特点，利用数据挖掘技术对隧道交通量的时间序列进行初步分割，在分析实验隧道内照明灯具工作在低能耗时间的基础上，提出了一种基于隧道交通量的实时自适应调光方法。隧道运营结果表明，该方法在节能效果大幅提升的同时，能够有效提高系统的使用寿命。 提出了一种考虑光源透雾性、可用于中间视觉照明范围内的等效亮度计算模型。该模型的计算结果可实现隧道中间段LED照明灯具色温的合理选型，基于视觉功效法搭建反应时间测量系统，测量人眼在不同的色温光源、背景亮度、目标对比度、偏心角等参数下的反应时间，实验分析结果对该计算模型的有效性进行了验证。 提出了利用多变量相关分析的技术手段对驾驶员的眼动参数随隧道相关因素的变化趋势进行描述的方法。对实际隧道驾车试验采集的驾驶员在白昼/夜晚以不同行车速度驶入隧道入口的眼动信息的变化规律进行统计分析，其结果对优化隧道入口段照明亮度的设计提供了数据支撑。

目录

声明

摘要

1．1课题的研究背景和意义

1．1．1研究背景

1．1．2研究意义

1．2公路隧道照明控制国内外研究现状

1．2．1隧道照明控制方式

1．2．2国外研究现状

1．2．3国内研究现状

1．3光源色温对中间视觉照明影响的国内外研究现状

1．3．1国外研究现状

1．3．2国内研究现状

1．4驾驶员视觉特性国内外研究现状

1．4．1国外研究现状

1．4．2国内研究现状

1．5论文的结构安排

第2章LED隧道照明“因需智变”控制系统

2．1隧道视觉特点与照明标准简介

2．2隧道照明“因需智变”控制系统设计方案

2．2．1控制系统结构设计与硬件布设

2．2．2控制系统工作过程

2．3基于图像的隧道内车辆检测

2．3．1基于图像的隧道内车辆检测

2．3．2背景图像提取与实时更新

2．3．3分块图像阈值判别

2．3．4检测结果

2．4隧道内部路面亮度实时监测

2．4．1基于图像的亮度实时监测

2．4．2实际应用结果

2．5闭环反馈控制

2．6系统的经济效益与节能分析

2．7本章小结

第3章基于隧道交通量的实时自适应调光

3．1调光方式的比较

3．2公路隧道交通数据挖掘

3．2．1隧道交通数据特点

3．2．2数据挖掘基本方法

3．2．3隧道交通数据变化规律分析

3．3实时自适应调光

3．4结果验证

3．5本章小结

第4章中间视觉条件下LED光源色温对隧道照明的影响

4．1人眼视觉特性

4．2光源色温选择

4．3人眼感知亮度的计算过程

4．4中间视觉亮度计算

4．4．1中间视觉光度学模型的选择

4．4．2光源色温与光谱光视效率函数的关系

4．4．3光源亮度与光谱光视效率函数的关系

4．5中间视觉验证实验

4．5．1实验原理

4．5．2实验装置

4．5．3实验参数设置

4．5．4实验步骤

4．5．5实验结果

4．6结果分析

4．7本章小结

第5章环境亮度和行车速度对驾驶员视觉特性的影响

5．1驾驶员行车过程中的眼动行为

5．2试验设计

5．2．1试验隧道

5．2．2试验人员

5．2．3试验设备

5．2．4天气条件

5．3实验步骤

5．4高速公路隧道路段驾驶员眼动特征分析

5．4．1驾驶员瞳孔变化规律

5．4．2驾驶员注视持续时间变化规律

5．4．3驾驶员注视次数变化规律

5．5本章小结

第6章结论与展望

6．1本文研究成果总结

6．2未来展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

发明专利

致谢

作者简介