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1、(10)申请公布号 CN 102271447 A (43)申请公布日 2011.12.07 CN 102271447 A *CN102271447A* (21)申请号 201110176739.4 (22)申请日 2011.06.28 H05B 37/02(2006.01) (71)申请人 江西方兴科技有限公司 地址 330025 江西省南昌市洪城路 508 号 (72)发明人 钱怀风 邝仲平 王新官 高林 陈松林 (74)专利代理机构 北京驰纳智财知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 11367 代理人 谢亮 唐与芬 (54) 发明名称 高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法 (57。
2、) 摘要 本发明提供了一种高速公路隧道 LED 照明的 无级调光控制方法， 在现有技术的基础上将隧道 全长划分为六个照明区间并提供了新的无级调光 控制数学模型。本发明充分发挥了 LED 照明能够 无级调光的优势， 提高隧道照明的均匀度， 整个隧 道的亮度变化由入口段到中间段再到出口段是一 个渐变的过程， 提高了驾驶员舒适性和行车安全 性的同时又收到了较好的节能效果。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 13 页 附图 2 页 CN 102271456 A1/2 页 2 1. 一种高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制。
3、方法， 其中具备一个隧道照明控制系 统， 所述系统包括车辆检测器、 光强检测器、 隧道灯和照明控制器， 所述控制方法包括如下 步骤 ： （a） 车辆检测器检测车辆到达信息， 光强检测器检测隧道洞内外的亮度信息 ； （b）根 据 JTJ026.1-1999 公 路 隧 道 通 风 照 明 设 计 规 范设 计 入 口 段 亮 度 和中间段亮度； （c） 根据上述步骤获得的信息， 将隧道划分为入口段、 过渡段 1、 过渡段 2、 中间段和出 口段， 共包括六个照明区间， 长度分别为 D1、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6， 其中 D1、 D2、 D5、 D6 根据设计 规范取值， D3、 D。
4、4 长度根据检测信息计算 ； （d） 设定各个照明区间的亮度水平曲线， 其中 D1 区间为入口段的前半部分， 亮度值为 随洞外亮度的变化整体调光 ； D2 区间为入口段的后半部分， 亮度值线性下降 ； D3 区间 长度为， 其中为车速， 亮度值由 D2 区间的终点值 按 CIE 的推荐适应曲线渐变至中间段 D4 区间的亮度； D5 区间位于出口段的前半部分， 亮度值线性上升 ； D6 区间位于出口段的后半部分， 亮度值为； （e） 根据步骤 （d） 计算所得的各隧道灯所在点的亮度以及根据 JTJ026.1-1999 公路隧 道通风照明设计规范 设计的各点亮度获得各点的调光系数， 并由相应区域的。
5、照明控制器 控制该区域的隧道灯。 2. 如权利要求 1 所述的高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法， 其特征在于所述 各照明区间的亮度水平曲线如下 （其中为隧道内任一位置距离隧道入口的长度） ： 在第一照明空间即时， 为入口段亮度折减系数， 为隧道洞外亮度值 ； 在第二照明空间即时， 亮度从线性下降到， 其任意点的 亮度为； 在第三照明空间即时 ， ； 在第四照明空间即时，； 在 第 五 照 明 空 间 即时， ； 权 利 要 求 书 CN 102271447 A CN 102271456 A2/2 页 3 在第六照明空间即时， 。 3. 如权利要求 2 所述的高速公路隧道 LED 照。
6、明的无级调光控制方法， 其特征在于 ： 车 辆检测器没有检测到隧道前方有车辆到来时， 隧道全长保持应急照明水平。 4. 如权利要求 3 所述的高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法， 其特征在于 ： 当 车辆到达第车辆检测器时， 第照明区间由应急照明状态按上述模型进行调 光， 第照明区间恢复到应急照明状态， 其余区间保持原样。 5. 如权利要求 1 4 任一项所述的高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法， 其特 征在于 ： 所述车辆检测器的安装位置为从隧道入口前方 500 米处开始， 每隔 500 米装有一 套。 6. 如权利要求 5 所述的高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制。
7、方法， 其特征在于 ： 所 述光强检测器安装在隧道入口处。 7. 如权利要求 6 所述的高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法， 其特征在于 ： 入 口段亮度折减系数取值为 0.025。 8. 如权利要求7所述的高速公路隧道LED照明的无级调光控制方法， 其特征在于 ： 中间 段亮度在白天为， 在晚上等于， 白天在重阴天时调整至。 9. 如权利要求 8 所述的高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法， 其特征在于 ： D2 区间的隧道灯安装间距为 1 米， D3 区间过渡段 1 的隧道灯安装间距为 1.5 米， D3 区间过渡 段 2 的隧道灯安装间距为 5 米， D5 区间的隧道灯。
8、安装间距为 3.75 米。 10. 如权利要求 9 所述的高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法， 其特征在于 ： 所 述隧道灯采用广角型 LED 隧道灯， 安装高度 5.2 米， 在中间段采用交错布置， 其他段采用对 称布置。 权 利 要 求 书 CN 102271447 A CN 102271456 A1/13 页 4 高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法 技术领域 0001 本发明涉及一种照明的自动调光技术， 具体涉及一种高速公路隧道 LED 照明的调 光控制方法。 背景技术 0002 近年来， 高速公路建设已从中心城市、 平原地区向山区延伸， 隧道也越来越多， 随 着交通。
9、出行的方便快捷， 也给运营管理单位带来了电费的巨大压力。 现在许多路段采用LED 新型光源代替高压纳灯， 期望能收到节能减排的效果， 但如果仅仅是简单的替换， 由于 LED 隧道灯的光效和高压纳灯相比并无太大的优势， 所以并不能收到明显的效果。因此要实时 跟踪车流量和洞外亮度的变化， 对 LED 隧道灯进行调光控制才能收到显著效果。申请号为 201010123575.4 发明名称为 高速公路隧道照明的自动调光控制 的中国发明专利公布了 一种自动调光控制方法， 包括计算区域内的平均亮度、 隧道照明灯具体位置的布置以及设 置 PLC 控制系统与隧道内各照明灯具连接三个步骤， 此外该专利申请还公布了。
10、计算区域平 均亮度的数学模型。虽然该专利申请实现了在入口段消除 “黑洞” 以及出口段消除 “白洞” 的现象， 但是在入口段的末端以及过渡段区间的亮度采用的是按规范设计的跳跃式调光， 这种非渐变式的调光方法在给驾驶员造成不舒适的同时也不利于节能减排。 发明内容 0003 本发明的目的是设计一种高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法， 其特点是 充分发挥 LED 照明能够无级调光的优势， 在提高驾驶员的行车安全和舒适性的前提下， 收 到最大的节能效果。 0004 为实现上述目的， 本发明是通过如下技术方案来实现的 ： 0005 一种高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法， 其中具备一个。
11、隧道照明控制系 统， 所述系统包括车辆检测器、 光强检测器、 隧道灯和照明控制器， 所述控制方法包括如下 步骤 ： 0006 (a) 车辆检测器检测车辆到达信息， 光强检测器检测隧道洞内外的亮度信息 ； 0007 (b) 根据 JTJ026.1-1999 公路隧道通风照明设计规范 设计入口段亮度 Lth和中 间段亮度 Lin； 0008 (c) 根据上述步骤获得的信息， 将隧道划分为入口段、 过渡段 1、 过渡段 2、 中间段 和出口段， 共包括六个照明区间， 长度分别为 D1、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6， 其中 D1、 D2、 D5、 D6 根据 设计规范取值， D3、 D4 长。
12、度根据检测信息计算 ； 0009 (d) 设定各个照明区间的亮度水平曲线， 其中 D1 区间为入口段的前半部分， 亮度 值为 Lth随洞外亮度的变化整体调光 ； D2 区间为入口段的后半部分， 亮度值线性下降 ； D3 区 间长度为 D3 (10-1.9)v， 其中 v 为车速，亮度值由 D2 区间的终点值按 CIE 的推荐适应曲线渐变至中间段 D4 区间的亮度 Lin； D5 区间位于出口段的前半部分， 亮度 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A2/13 页 5 值线性上升 ； D6 区间位于出口段的后半部分， 亮度值为 5Lin； 0010 (e)根据步骤。
13、(d)计算所得的各隧道灯所在点的亮度以及根据 JTJ026.1-1999公 路隧道通风照明设计规范 设计的各点亮度获得各点的调光系数， 并由相应区域的照明控 制器控制该区域的隧道灯。 0011 优选的是， 上述各照明区间的亮度水平曲线如下 ( 其中 X 为隧道内任一位置距离 隧道入口的长度 ) ： 0012 在第一照明空间即 0 X D1 时， L Lth kL20(S)， k 为入口段亮度折减系 数， L20(S) 为隧道洞外亮度值 ； 0013 在第二照明空间即 D1 X D1+D2 时， 亮度从 Lth线性下降到 0.4Lth， 其任意点的 亮度为 0014 在第三照明空间即 D1+D2。
14、 X D1+D2+D3 时， 0015 0016 在第四照明空间即 D1+D2+D3 X D1+D2+D3+D4 时， L Lin； 0017 在第五照明空间即 D1+D2+D3+D4 X D1+D2+D3+D4+D5 时， 0018 0019 在第六照明空间即 D1+D2+D3+D4+D5 X D1+D2+D3+D4+D5+D6 时， L 5Lin。 0020 优选的是， 车辆检测器没有检测到隧道前方有车辆到来时， 隧道全长保持应急照 明水平 L 0.2cd/m2。 0021 优选的是， 当车辆到达第Yn-1车辆检测器时， 第YnYn+1照明区间由应急照明状态 按上述模型进行调光， 第 Yn。
15、-2 Yn-1照明区间恢复到应急照明状态， 其余区间保持原样。 0022 优选的是， 车辆检测器安装位置为从隧道入口前方500米处开始， 每隔500米装有 一套。 0023 优选的是， 光强检测器安装在隧道入口处。 0024 优选的是， 入口段亮度折减系数 k 取值为 0.025。 0025 优选的是， 中间段亮度Lin在白天为2cd/m2， 在晚上等于1cd/m2， 白天在重阴天时调 整至 1 1.5cd/m2。 0026 优选的是， D2 区间的隧道灯安装间距为 1 米， D3 区间过渡段 1 的隧道灯安装间距 为 1.5 米， D3 区间过渡段 2 的隧道灯安装间距为 5 米， D5 区。
16、间的隧道灯安装间距为 3.75 米。 0027 优选的是， 隧道灯采用广角型 LED 隧道灯， 安装高度 5.2 米， 在中间段采用交错布 置， 其他段采用对称布置。 0028 与现有技术相比， 本发明的优点在于可以提高隧道照明的均匀度， 整个隧道的亮 度变化由入口段到中间段再到出口段是一个渐变的过程， 提高了驾驶员舒适性和行车安全 性的同时又收到了较好的节能效果。 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A3/13 页 6 附图说明 0029 为了使本发明便于理解， 现在结合附图描述本发明的具体实施例。 0030 图1为本发明的高速公路隧道LED照明无级调光控制方。
17、法的一优选实施例中隧道 控制系统设备布置的示意图 ； 0031 图 2 为现有技术下按规范设计的隧道照明亮度示意图 ； 0032 图 3 为本发明隧道照明的无级调光控制模型示意图 ； 0033 图 4 为采用本发明隧道照明的无级调光控制模型产生的节能效果示意图。 0034 附图中各部分标记分别表示 ： 0035 Y1、 Y2、Yn、 Yn+1为车辆检测器 ； L1、 L2 为光强检测器。 具体实施方式 0036 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。 0037 如图 1 所示的隧道控制系统， 包括双雷达车辆检测器 Y1、 Y2、Yn、 Yn+1、 光强检 测器 L1、 L2、 隧。
18、道灯和照明控制器， 从进入隧道前 500 米开始隧道全长每隔 500 米安装车辆 检测器来检测车辆信息， 光强检测器 L1、 L2 分别安装在隧道入口处的外部和内部， 用来检 测隧道洞外部和内部的亮度信息。隧道灯采用广角型 LED 隧道灯， 安装高度 5.2 米， 在中间 段采用交错布置， 其他段采用对称布置。 0038 在现有技术中， 根据所采用隧道灯的光型曲线， 隧道全长按 0.2cd/m2的路面亮度 标准来设计应急照明， 按 2cd/m2的路面亮度标准来设计基本照明 ； 分别按入口段、 过渡段 1、 过渡段 2、 出口段的路面亮度标准来设计各段照明， 同时要把原已设计的应急照明、 基本 。
19、照明考虑进去。 0039 单个灯具在路面计算点产生的亮度为 Lpi (Ic/H2)r(， )， 0040 上式中 ： Lpi为灯具 i 在计算点 P 产生的亮度 (cd/m2) ； 0041 r(， ) 为简化亮度系数， 通过查表取值 ； 0042 H 为灯具光源中心至路面的高度 (m) ； 0043 为观察面与光入射面之间的角度 ； 0044 为 P 点对应灯具光线入射角 ； 0045 数个灯具在计算点 P 产生的亮度可按下式计算计算区域内路面的平 均亮度可按下式计算其中Lav为计算区域内路面的平均亮度 ； m为计算区域 内计算点的数量 ； 0046 路面亮度总均匀度可按下式计算其中 U0为。
20、路面亮度总均匀度， Lmin为 计算区域内路面的最小亮度 ； 0047 路面中线亮度纵向均匀度可按下式计算其中U1为路面中线亮度纵向均 匀度， L min为路面中线最小亮度， Lav为路面中线最大亮度。 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A4/13 页 7 0048 根据上述公式用人工计算比较繁杂的， 利用 DIALux 照明计算软件进行计算和模 拟， 在进行隧道照明设计时， 按照 JTJ026.1-1999 公路隧道通风照明设计规范 ， 针对某隧 道的具体情况 ( 洞外亮度 3500cd/m2、 行车速度 80Km/h、 双车道单向交通 N 700 辆 /h。
21、， 纵 坡 -2.2 ) 进行设计， 得出夏天正午时隧道内各段最低亮度如表 1 所示 ： 0049 0050 表 1 按规范设计某隧道照明系统数据 0051 以上按规范设计的隧道照明亮度示意图如图 2 所示。按照规范来设计隧道照明系 统， 驾驶员从隧道入口到出口， 要经历四次较大的阶梯状的亮度变化， 最大亮度和最小亮度 之差达到了四、 五十倍， 这种剧烈的变化对行车安全存在较大的隐患。 为提高行车的安全性 和舒适性， 同时也产生了过度照明， 浪费了能源。 0052 根据本发明的技术方案， 提供一种高速公路隧道 LED 照明的无级调光控制方法， 其中具备一个隧道照明控制系统， 所述系统包括车辆检。
22、测器、 光强检测器、 隧道灯和照明控 制器， 所述控制方法包括如下步骤 ： 0053 (a) 车辆检测器检测车辆到达信息， 光强检测器检测隧道洞内外的亮度信息 ； 0054 (b) 根据 JTJ026.1-1999 公路隧道通风照明设计规范 设计入口段亮度 Lth和中 间段亮度 Lin； 0055 (c) 根据上述步骤获得的信息， 将隧道划分为入口段、 过渡段 1、 过渡段 2、 中间段 和出口段， 共包括六个照明区间， 长度分别为 D1、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6， 其中 D1、 D2、 D5、 D6 根据 设计规范取值， D3、 D4 长度根据检测信息计算 ； 0056 (d)。
23、 设定各个照明区间的亮度曲线 (X 为隧道内任一位置距离隧道入口的长度 ) ： 0057 其中 D1 区间从隧道入口的第一盏照明灯 (Z-RK-YJ-1， 以右洞为例 ) 开始， 至第 46 盏照明灯止(Z-RK-JB-3)， 全长45米。 亮度LLthkL20(S)， k为入口段亮度折减系数， 按规范取 0.025， L20(S) 为隧道洞外亮度值， 通过洞外光强检测器 L1采集 ； 0058 D2 区间以入口段第 46 盏照明灯 (Z-RK-JB-3) 为起点， 至过渡段第一盏灯 (Z-GD1-JB-1) 为终点， 总长 45 米。亮度从 Lth线性下降到 0.4Lth， 其任意点的亮度为。
24、 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A5/13 页 8 0059 D3 区间从过渡段 1 的第一盏灯 (Z-GD1-JB-1) 开始， 至过渡段 2 的最后一盏灯 (Z-GD2-GD2-12 结束 )， 总长为 160 米， 灯具安装间距分为 1.5 米 ( 过渡段 1) 和 5 米 ( 过渡 段 2)， 该区间亮度按下式平滑下降 0060 D4 区间为整个中间段， 从过渡段 2 的最后一盏灯 (Z-GD2-GD2-12) 开始， 至中间段 最后一盏灯 (Z-ZJ-JB-64) 止， 整个区间亮度为 L Lin， 按规范取值为 2cd/m2； 0061 D5 。
25、区间从中间段的最后一盏灯 (Z-ZJ-JB-64) 开始， 至出口段的第八盏灯 (Z-CK-CK-6) 止， 总长为 33.75 米， 该照明区间的亮度从中间段的 Lin线性上升至出口段的 5Lin， 该段任意点的亮度为 ： 0062 D6 区间从出口段的第八盏灯 (Z-CK-CK-6) 开始， 至出口段的最后一盏灯 (Z-CK-CK-13) 止， 该照明区间的亮度为 5Lin； 0063 (e)根据步骤(c)计算所得的各隧道灯所在点的亮度以及根据 JTJ026.1-1999公 路隧道通风照明设计规范 设计的各点亮度获得各点的调光系数， 并由相应区域的照明控 制器控制该区域的隧道灯。 0064。
26、 隧道照明控制方案如下 0065 1、 无车到来时的控制方式 0066 a、 在没有检测到隧道前方有车辆到来时， 隧道全长保持应急照明水平。分段的应 急照明调光系数如表 2 所示 0067 0068 表 2 应急照明调光系数表 0069 b、 应急照明灯在安装前应设置在网络中断后默认的调光率为 100， 并接入 EPS 供电。 0070 c、 在停电时， 除应急照明灯全亮外， 其它灯全黑。 0071 d、 来电后应自动恢复到 1 的状态。 0072 2、 有车到来时的控制方式 0073 a、 当 Y1组车辆检测器检测到车辆到达信息时， Y2 Y3照明区间由应急照明状态 说 明 书 CN 102。
27、271447 A CN 102271456 A6/13 页 9 按上述模型进行调光， 其余区间保持原样。Y2 Y3区间总长为 500 米， 包含了 D1、 D2、 D3 及 D4 的一部分 ； 0074 b、 当车辆到达 Y2组车辆检测器时， Y2 Y3照明区间维持上一照明状态， Y3 Y4照 明区间按上述模型开启照明灯， 其余区间保持原样 ； 0075 c、 当车辆到达Y3组车辆检测器时， Y4Y5照明区间由应急照明状态按上述模型进 行调光， Y2 Y3照明区间恢复到应急照明状态， 其余区间保持原样 ； 0076 d、 当车辆到达第 Yn-1车辆检测器时， 第 Yn Yn+1照明区间由应急照。
28、明状态按上述 模型进行调光， 第 Yn-2 Yn-1照明区间恢复到应急照明状态， 其余区间保持原样。 0077 在进行隧道照明设计时， 洞外亮度 L20(S) 的数值是根据经验和设计院提供的测试 数据取为 3500cd/m2， 跟实际的洞外亮度有差距， 并且在不同的季节， 该数值也会有较大的 误差， 调光率为 100这个点在程序中应能进行调整补偿。 0078 中间段的亮度 Lin在白天为 2cd/m2， 在晚上等于 1cd/m2， 白天在重阴天时调整至 1 1.5cd/m2。 0079 根据本发明的技术方案上述隧道各区间照明灯具的调光系数表如下所示 0080 表 3 D2 区间照明灯具调光系数。
29、表 0081 D2 区间以入口段第 46 盏照明灯 (Z-RK-JB-3) 为起点， 至过渡段第一盏灯 (Z-GD1-JB-1) 为终点， 总长 45 米， 灯具安装间距 1 米 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A7/13 页 10 0082 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A8/13 页 11 0083 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A9/13 页 12 0084 0085 表 4D3 区间照明灯具调光系数表 0086 D3 区间从过渡段 1 的第一盏灯 (Z-GD1-JB-1) 开。
30、始， 至过渡段的最后一盏灯 (Z-GD2-GD2-12) 结束， 总长为 160 米， 灯具安装间距分为 1.5 米 ( 过渡段 1) ； 5 米 ( 过渡段 2) ； 0087 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A10/13 页 13 0088 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A11/13 页 14 0089 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A12/13 页 15 0090 0091 表 5D5 区间照明灯具调光系数表 0092 D5 区间起点为中间段最后一盏灯具 (Z-ZJ-JB-64。
31、， 距出口段 67.5 米 ) 起， 到出口 段第十盏照明灯 (Z-CK-CK-8， 距出口 26.25 米 ) 止， 总长度为 33.75 米， 灯具安装间距 3.75 米。 0093 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A13/13 页 16 0094 0095 根据本发明提供的高速公路隧道 LED 照明无级调光控制方法， 充分发挥了 LED 照 明能够无级调光的优势， 提高隧道照明的均匀度， 整个隧道的亮度变化由入口段到中间段 再到出口段是一个渐变的过程， 提高了驾驶员舒适性和行车安全性的同时又收到了较好的 节能效果。在不考虑跟踪车流量和洞外亮度变化来控制。
32、隧道照明的亮度所产生的节能效 果， 仅从采用六照明区间的无级调光控制模型这一项的节能效果就可达到 24以上。如图 4 所示， 图中交叉线所覆盖的面积就是采用隧道照明无级调光控制模型所达到的节能效果。 0096 以上结合本发明的具体实施例做了详细描述， 但并非是对本发明的限制。凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改， 均仍属于本发明技术方案的范 围。 说 明 书 CN 102271447 A CN 102271456 A1/2 页 17 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102271447 A CN 102271456 A2/2 页 18 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102271447 A 。