隧道光过渡段的加强照明方法及装置 【技术领域】
本发明涉及路桥建设领域，尤其涉及一种应用于隧道领域的光过渡段加强照明的控制方法及光过渡段加强照明装置。
背景技术
目前，隧道内部一般都全天采用人造光照明，而普通道路交通一般都采用自然光结合人造光的照明。因此隧道内部的照明要求与普通道路的照明要求有所不同。
从自然光条件下的普通道路进入人造光条件下的隧道内部时，亮度的突变会使驾驶员的眼睛辨识能力难以很快地适应隧道内部的照明环境，这时就形成了所谓的“黑洞效应”。另一方面，当汽车从隧道内部驶出至普通道路时，亮度的突变同样会使驾驶员的眼睛辨识能力难以很快地适应普通道路的光线环境，这时就形成了所谓的“白洞效应”。
隧道照明主要由入口部照明、隧道内部照明、出口部照明等几部分构成。其中入口部照明和出口部照明是隧道照明中最重要的部分。入口部照明主要是为消除驾驶员在接近隧道时形成的“黑洞效应”所采取的照明措施。出口部照明主要是为消除驾驶员在接近自然光时形成的“白洞效应”所采取的照明措施。
因此，在隧道交通的照明设计中，设计人员会在隧道出/入口处与普通道路的连接处增设一定路长的光过渡段，并在该光过渡段设置加强照明装置。该加强照明装置用于在隧道内部的照明环境和普通道路的照明环境之间提供一个衔接两端的逐步变化的照明阶段，以使驾驶员慢慢地适应隧道内外的照明环境。
光过渡段一般由自然光过渡及人造光过渡组成。自然光过渡一般是通过建筑上的设计在出入口处实现光线遮挡程度的变化，从而实现光照度的变化，获得光强缓慢变化的效果。人造光过渡主要是通过对照明灯具的调节，实现光照度的变化，减小光强的差别来实现的。
光过渡段的照明与外界光线的强度有很大关系，当隧道外光线比较强时，需要提高加强照明；当外界光线比较弱时，加强照明应该减弱，到夜间时，应该取消加强照明。
在人造光过渡段中，通常采用调整照明灯具之间的间隔距离或采用“摘灯”方案来实现光强的变化。“摘灯”方案即把连续照明光带中的部分灯具熄灭，来减少照明量，以达到光强变化及节约能源的目的。但此方案会在隧道照明区域内形成明显的“斑马线”，影响隧道照明的均匀度，使快速行驶中的驾驶员造成视觉上的“频闪”效果，很可能造成交通事故。
目前隧道照明用到的灯具主要为高压钠灯及荧光灯，而高压钠灯及荧光灯的光强调控均比较困难。
因此，本领域的技术人员一直致力于开发一种跟踪性好、调整方便、环保程度高的隧道光过渡段加强照明技术。
【发明内容】
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种跟踪性好、调整方便的隧道光过渡段的加强照明装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种隧道光过渡段的加强照明装置，包括与电网电连接的照明灯具；还包括至少一组光伏电池，所述光伏电池通过光伏并网逆变器与所述电网电连接；还包括一用于控制所述照明灯具亮度的控制器，所述光伏电池的输出端设置有电压值及电流值输出装置，所述控制器接受所述电压值和/或所述电流值的信号后根据控制程序控制所述照明灯具地亮度。
本发明由于采用了上述线路设计，通过将采集到的电压及电流信号输入控制程序，使控制器能随电压及电流信号的改变调整所述照明灯具的亮度。由于上述结构改进，本发明的装置能够根据隧道外光照度的变化对光过渡段的加强照明做出调整，获得了良好的跟踪效果，并更加节能和舒适。
本发明由于采用了光伏电池，利用光伏发电系统提供隧道光过渡段的加强照明装置的电能，可以获得节约能源的技术效果。
在具体实施例中，还可以包括与所述控制器电连接的校正传感器，所述校正传感器包括并置的照度传感器、光伏电池及环境温度传感器。
通过设置校正传感器，并将校正传感器输出的校正值与电压值、电流值拟合后与照度形成对应的跟踪曲线关系，可以获得更好的跟踪效果。
本发明还提供了一种隧道光过渡段的加强照明方法，包括以下步骤：
步骤一，在所述光过渡段的上方间隔地设置至少一组光伏电池；所述光伏电池通过光伏并网逆变器与电网电连接。
步骤二，所述光伏电池的输出端设置电压值及电流值输出装置以将所述光伏电池的电压值及电流值输出到一控制器，所述控制器接受到所述电压值及电流值的信号后，根据所述控制器的控制程序控制所述照明灯具的亮度。
由于将光伏电池间隔地设置在光过渡段的上方，本发明充分利用了隧道出入口部的空间，节省了装置的占地空间，还增加了光过渡段结构的美观度。
在具体实施例中，在所述步骤二中，在所述光过渡段处于不同照度时分别测量所述光伏电池的电压值及电流值，形成所述照度与所述电压值及所述电流值的跟随曲线，所述控制器根据内置有所述跟随曲线的所述控制程序控制所述照明灯具的亮度。
本发明由于利用了光伏电池的电压值、电流值与光强的对应关系，实现对隧道外光过渡段的光照度的检测。由于使光伏电池起到了传感器的作用，因此可以完全地克服传统传感器受到污染造成的信号失真等常见问题。同时，与传统传感器相比，由于光伏电池的电池板面积一般较大，因此在采集信号时具有良好的抗干扰能力。
在具体实施例中，所述步骤二中，还包括在所述光过渡段上设置一校正传感器，在所述光过渡段处于不同照度时测量所述校正传感器的校正值，将所述校正值与所述电压值及电流值拟合，形成照度与所述电压值、所述电流值、所述校正值的跟随曲线，所述控制器根据内置有所述跟随曲线的所述控制程序控制所述照明灯具的亮度。
通过设置校正传感器，尽可能地排除错误信号的干扰，本发明的方法可以获得更良好的跟踪效果。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
图1是本发明装置一具体实施例的整体结构示意图。
【具体实施方式】
图1示出了本发明一具体实施例的隧道光过渡段的加强照明装置的结构示意图。以下结合图1详细说明本发明的加强照明装置的较佳实施例。
该加强照明装置首先包括了与电网1并网的加强照明段负载，具体如照明灯具2。
该加强照明装置还包括至少一组光伏电池3。光伏电池3间隔地设置在光过渡段的上方，通过光伏并网逆变器4与电网1并网。光伏电池3本体不透光，因此会起遮光作用。相邻的两块间隔设置的光伏电池3之间留有透光的缝隙，因此间隔设置的光伏电池3本体在此处成为自然光过渡段，实现了一部分的光过渡效果。同时，应用光伏电池3实现光伏能量转换，达到既美观又能产生能量的效果。
本实施例中，光伏电池3为太阳能电池板组件，例如可采用无锡尚德电力的STP170S-24/Ac型光伏电池组件，共6块彼此串联构成光伏阵列。本实施例采用的光伏电池板参数为：
型号STP170S-24/Ac
开路电压(Voc)44.4V
最佳工作电压(Vmp)35.6V
短路电流(Isc)5.15A
最佳工作电流(Imp)4.8A
标准测试条件下最大功率(Pmax)170Wp
工作温度-40℃至+85℃
最大系统电压1000V DC
电池为单晶硅太阳电池125mm*125mm
电池数量为72(6*12)
组件尺寸1580mm*808mm*35mm
太阳能电池的输出功率并不是恒定值，也不单单和太阳光的光照强度呈正比，其输出特性是上部凸出的山形曲线，并根据日照强度、光线角度、气温和负载等因素变化而形成的曲线族。因此，要在任何条件下发挥出光伏阵列的输出功率的最大潜力，这就需要最大功率点跟踪控制器。光伏阵列最大功率点跟踪器的主要工作内容：检测主回路直流侧电流电压，计算出光伏阵列的输出功率，同时发出控制信号完成最大功率的跟踪。
在本发明中，并网逆变器4就具有上述功能。并网逆变器4的主要功能是将光伏阵列发出的直流电变换成和电网电压电流同频同相的单相交流电。同时并网逆变器还具有并网发电中重要的防孤岛效应的功能以及电路短路保护、欠压保护、过流保护、反接保护等功能。
本实施例中，采用德国SMA公司的Sunny Boy系列的SB2100TL为并网逆变器4。
多个光伏电池3串联或并联后，通过光伏并网逆变器4直接将能量送至电网1。在光强比较强的时候，光伏电池3可以发出更多的电，同时这也是加强照明装置所需光照强度最大的时候，这样光伏电池3产生的能量可以间接或直接的供给光过渡段的加强照明，从而达到节能的目的。通过光伏发电系统器件的选择，光过渡段的加强照明装置所需要的电能基本上可以由光伏发电系统来供给。
光伏电池3的输出端设置有电压表31及电流表32，可提供电压值及电流值。
由并置的照度传感器61、光伏电池及环境温度传感器62组成校正传感器6。校正传感器6可提供照度值及环境温度值。通过设置校正传感器6，并将校正传感器6输出的校正值与电压值、电流值拟合后与照度形成对应的跟踪曲线关系，可以获得更好的跟踪效果。
该加强照明装置还包括一用于控制照明灯具2的亮度的控制器5。控制器5可接受分别来自电压表31、电流表32、校正传感器6的信号。
当本发明的装置运行时，通过校正传感器6和电压表31、电流表32，对隧道外的光过渡段的光强以及光伏电池3的电压值、电流值进行测量与监测，并对电池板的温度进行测量。
由于光伏并网逆变器4有MPPT功能，当并网逆变器4工作时，电压和电流是不断变化的，但总的功率保持最大。通过测量光伏电池3的电压，电流和温度，可以得到隧道外光过渡段的光强的变化规律。再通过测试数据的统计与分析可以得出光强与照度在统计规律上对应关系。当然，光强与照度的对应关系还与照度计安装的位置和电池板的朝向有关。
当光强比较弱时，光伏系统处于不发电状态(指日出、日落或阴雨天)，太阳能电池板的电流为零，电压为开路电压。由于开路电压与光强的自然对数近似成正比。此时就可以利用光伏太阳能电池板的开路电压计算出光照强度。
通过上述测试数据的统计和分析，就可以形成照度与电压值、电流值、校正值的跟随曲线，并将该跟随曲线函数置入控制器5的控制程序中。该控制程序可以通过内置或外置方式置入控制器5。
在具体实施例中，控制器5接受电压表31和/或电流表32的信号以及校正值后，根据控制程序控制照明灯具2的亮度。
本发明由于采用了上述线路设计，通过将采集到的电压及电流信号输入控制程序，结合校正数据的拟合，使控制器能随光伏电池的电压值、电流值及校正信号的改变而调整照明灯具的亮度。由于光伏电池的电压值、电流值及校正信号与隧道外光照度的变化具有对应关系，因此通过上述结构改进，本发明的装置能够根据隧道外光照度的变化对光过渡段的加强照明做出调整，获得了良好的跟踪效果，并更加节能和舒适。
本发明还提供了一种隧道光过渡段的加强照明方法，以下结合图1详细说明本发明的主要步骤：
步骤一，在光过渡段的上方间隔地设置至少一组光伏电池3。光伏电池3通过光伏并网逆变器4与电网1电连接。照明灯具2与电网1电连接。
步骤二，光伏电池3的输出端设置电压表31及电流表32。
还包括在光过渡段上设置一校正传感器6。校正传感器6由并置的照度传感器61、光伏电池及环境温度传感器62组成。
在光过渡段处于不同照度时，测量校正传感器6的校正值，以及光伏电池3的电压值及电流值。将校正值与电压值及电流值拟合，形成照度与电压值、电流值、校正值的跟随曲线。将该跟随曲线置入控制器5的控制程序中。
在工作状态中，控制器5在接受到电压值、电流值及校正值后，根据控制器5的控制程序控制照明灯具2的亮度。
整个调节灯具亮度的过程分为三种情况：
情况一，光伏系统正常发电即电流大于0时。此时，根据测量得到的电压电流及温度计算出的光强进行调光。此状况下，灯具的亮度应当在中等亮度到高亮度的范围内调节。
情况二，当光伏系统不发电但光伏电池仍有一定电压时。此时，根据电压的大小分段进行调整。此状况下灯具的亮度应当在中等亮度范围内调整。
情况三，当光伏系统不发电且光伏电池电压很小或为零时。此时，处于夜间状态，则可以根据时间进行调节灯具的亮度。这一范围内的调整主要是用节能的角度去考虑。
光过渡段加强照明的灯具可采用大功率可调的LED灯实现。选用大功率、高亮度的LED组成可调节亮度的灯具。
隧道照明功能能否实现，其功效是否能得到最大的体现，按照设计规范的要求，应综合考虑以下四方面的因素：路面亮度、路面亮度的均匀性、闪烁的防止、眩光的控制。对这几个因素进行综合考虑后，可以选定LED灯安装的位置、LED灯的功率，从而实现较为舒适的隧道照明。
LED灯的功率的选择与安装的位置也具有一定的相关性。当灯安装在靠近隧道出入口时，功率应该大一些，调整范围要大一些。
由于LED灯光衰的存在，在LED灯的功率选择上要有一定的宽裕量。LED灯的功率在初始时不能工作在最大状态，这样通过测量光照度才可以实现LED灯在光衰后依然能够正常照明。
由于将光伏电池间隔地设置在光过渡段的上方，本发明充分利用了隧道出入口部的空间，节省了装置的占地空间，还增加了光过渡段结构的美观度。
本发明由于利用了光伏电池的电压值、电流值与光强的对应关系，实现对隧道外光过渡段的光照度的检测。通过对光伏系统工作时的光伏电池的电压和电流进行测量，再通过计算得到光伏电池板的入射光强，应用此入射光强的强弱来调整照明灯具的亮度，从而实现对光过渡加强照明段光强的有效控制。
由于使光伏电池起到了传感器的作用，因此可以完全地克服传统传感器受到污染造成的信号失真等常见问题。同时，与传统传感器相比，由于光伏电池的电池板面积一般较大，因此在采集信号时具有良好的抗干扰能力。
通过设置校正传感器，尽可能地排除错误信号的干扰，本发明的方法可以获得更良好的跟踪效果。
综上所述，本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围之内。