一种隧道照明灯具布设优化方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道照明灯具布设优化方法，其步骤包括：建立隧道灯具优化设计的目标函数、隧道照明灯具布设的需求亮度和长度计算、隧道照明灯具的布设方案、目标函数的优化。本方案中设置了目标函数，通过目标函数对隧道灯具设计过程进行约束，最终在各项费用最低的基础上，满足设计要求。本发明专利技术方案设计科学合理，过程简单，充分考虑隧道各项实际参数，并以实际参数出发给出优化方案，具有更加精准和较高的实际参考价值，为隧道照明设计提供了一种新的方案。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道照明灯具布设优化方法
本专利技术涉及交通安全领域，具体涉及一种隧道照明灯具布设优化方法。
技术介绍
随着我国公路建设逐渐向西部推进，越来越多的公路隧道被建成和投入运营。隧道作为道路上的特殊构造物，具有环境封闭、内外差异大的特点，尤其是照明环境差异极其明显。受结构、环境特点限制，隧道成为道路上事故高发的黑点或段。一旦发生道路交通事故，又存在救援困难、交通组织复杂、损失较重的问题，对道路的运行效益具有极大影响。在人、车、路和环境的系统中，驾驶人是影响交通安全的决定性因素。而驾驶是以视觉为引导的，相关信息循环加工、产生决策的过程"在上述过程中，视知觉是决定性因素。受人眼生理功能限制，在环境照度发生变化时，会产生明、暗适应问题，造成视觉认知功能短时障碍，严重影响行车安全。为提高隧道内外环境一致性，减少上述问题的发生，隧道环境中往往要设置照明设施，以改善视场环境。在我国的隧道通风照明标准中，较为详细地给出隧道照明相关参数和设计方法，但存在诸多问题未能全面考虑，致使存在很大安全隐患。在实际隧道照明中，考虑设施施工技术和运营管理的简易性，照度实际值与标准又存在差异，与驾驶人需求相去甚远，进一步加重环境突变带来的安全隐患。针对隧道照明问题，国内外开展了诸多研究并取得一些成果。专利号CN204466012U胡猛虎、张英杰等基于扫描式激光传感器的隧道照明控制装置，实现有车开灯无车关灯，以达到降低能耗的目的。专利号CN104302050A西南交通大学的方勇、何川等隧道群照明系统控制系统和控制方法考虑了隧道群相邻隧道间距对照明控制的影响，既节省了隧道照明的电力消耗，又获得了更佳的照明效果。同样，专利号CN204119619U陈嘉等隧道照明智能单灯控制调光节能系统，根据需求最优化地设置照明功率，极大地提高了节能效果。虽然上述研究取得了一些成果，但均未能明确解决隧道中明暗适应问题，更关键的是，这些研究虽然给出了一些理想化的设计思路，但均没有从实际应用过程中去考虑隧道所处地形、实际情况、环境因素、成本等问题，造成这些技术难以转化和实际警用。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种隧道照明灯具布设优化方法，从实际出发，综合考虑成本、环境、安装等多项因素，提出一种合理的隧道灯具布设优化方法。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种隧道照明灯具布设优化方法，包括以下步骤：步骤一，建立隧道灯具优化设计的目标函数隧道灯具优化设计的目标函数为：PT＝PJ+PG+PP+PN+PF上式中，PJ为灯具的建安费用，PG为供电电缆费用，PP为配电电缆的费用，PN为能源消耗费用，PF为其他附属费用；步骤二，隧道照明灯具布设的需求亮度和长度计算在本方案中，隧道沿行车方向划分为两个入口段、三个过渡段、一个中间段、两个出口段；步骤S20，交通量计算步骤S20-1，将隧道设计年份平均日交通量换算成标准小客车高峰小时交通量，公式为：AAHT＝AADT*D上式中，AAHT表示标准小客车高峰小时交通量，AADT表示平均日交通量，D表示日高峰小时系数，取值为0.1；步骤S20-2，根据各种车型与标准小客车的换算系数和车辆统计时各种车辆所占比例，将各车型的标准小客车高峰小时交通量换算成混合车型高峰小时交通量，公式为：上式中，TA为混合车型高峰小时交通量，i为隧道段数，Pi为隧道的第i段所占标准小客车高峰小时交通量，AI为隧道中车型相对于标准小客车的折算系数；步骤S20-3，根据隧道类型与方向分布系数计算单向混合车型高峰小时交通量：N＝TA.F上式中，N为隧道单向混合车型高峰小时交通量，F为隧道的方向分布系数，取值为0.55；步骤S21，隧道中各段需求亮度计算步骤S21-1，根据《公路隧道通风照明设计规范》和隧道的设计速度要求，选取设计所需的洞外亮度；步骤S21-2，根据隧道设计小时交通量和设计速度选取隧道入口段亮度折减系数，计算隧道的两个入口段TH1、TH2的需求亮度：Lth1＝k×L20(S)Lth2＝0.5×k×L20(S)在上面两个式子中，Lth1为TH1段的需求亮度，Lth2为TH2段的需求亮度，k为入口段亮度折减系数，取值为0.01～0.07；L20(S)为洞外亮度；步骤S21-3，根据步骤S21-2计算出的入口段需求亮度，计算隧道的三个过渡段TR1、TR2、TR3的需求亮度：Ltr1＝0.15×Lth1Ltr2＝0.05×Lth1Ltr3＝0.02×Lth1上面三个式中，Ltr1为TR1的亮度，Ltr2为TR2的亮度，Ltr3为TR3的亮度；步骤S21-4，根据步骤S20-3中计算得到的交通量N和步骤S21-1中的设计速度要求，在《公路隧道通风照明设计规范》中选取对应的隧道中间段需求亮度；步骤S21-5，根据步骤S1-4选取的隧道中间段需求亮度，计算隧道出口段EX1、EX2的需求亮度：Lex1＝3×LinLex2＝5×Lin在上式中，Lex1、Lex2分别为出口段EX1、EX2的需求亮度，Lin为隧道中间段需求亮度；步骤S22，隧道各需求段长度计算步骤S22-1，计算隧道入口段TH1、TH2的需求长度：上式中，Dth1为入口段TH1的需求长度，Dth2为入口段TH2的需求长度，Ds为照明停车视距，h为隧道中净空高度；步骤S22-2，计算过渡段的需求长度，公式如下：上式中，Dtr1、Dtr2、Dtr3分别为过渡段TR1、TR2、TR3的需求长度，vt为隧道的设计速度；步骤S22-3，隧道出口段的总需求长度设置为60m，隧道中间段的需求长度为隧道总长度与入口段、过渡段、出口段长度之差；步骤三，隧道照明灯具的布设方案步骤S30，在隧道各需求段中进行灯具的布设，灯具的布设间隔为：当隧道的设计速度不超过80km/h时，灯具布设间隔为9～14m；当隧道的设计速度为80～100km/h时，灯具的布设间隔为11.5m～14m；灯具的布设方式为：在隧道顶部沿中线布设、在隧道顶部两侧对称布设、隧道顶部两侧交错布设；步骤S31，计算隧道各需求段布设灯具后的实际设计亮度，若隧道中各需求段的设计亮度均大于各段的需求亮度，则执行步骤四；若隧道中某需求段的设计亮度小于其需求亮度，则在该需求段已经布设灯具的基础上增加新的灯具，增加灯具后再计算设计亮度，直至设计亮度大于需求亮度；步骤四，目标函数的优化在步骤三中选择不同规格的灯具、布设方式，给出多套隧道照明灯具的布设方案，然后计算每套布设方案的目标函数值，取目标函数值最小的设计方案为最终方案。本专利技术与现有技术相比具有以下技术特点：本专利技术提出了一种隧道照明灯具布设优化算法，首先根据设计资金消耗建立优化设计的目标函数，根据需求计算和实际设计参数综合分析隧道照明设计中的约束条件，并提供多种隧道灯具的布设方案。本专利技术中根据考虑隧道多项实际参数，精确给出需求段的亮度、长度，使隧道灯具布设过程依据更加科学化、细致化；并且设置了反馈调整机制，使隧道各段亮度完全能达到实际使用要求；本方案中设置了目标函数，通过目标函数对隧道灯具设计过程进行约束，最终在各项费用最低的基础上，满足设计要求。本专利技术方案设计科学合理，过程简单，充分考虑隧道各项实际参数，并以实际参数出发给出优化方案，具有更加精准和较高的实际参考价值，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道照明灯具布设优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立隧道灯具优化设计的目标函数隧道灯具优化设计的目标函数为：PT＝PJ+PG+PP+PN+PF上式中，PJ为灯具的建安费用，PG为供电电缆费用，PP为配电电缆的费用，PN为能源消耗费用，PF为其他附属费用；步骤二，隧道照明灯具布设的需求亮度和长度计算在本方案中，隧道沿行车方向划分为两个入口段、三个过渡段、一个中间段、两个出口段；步骤S20，交通量计算步骤S20‑1，将隧道设计年份平均日交通量换算成标准小客车高峰小时交通量，公式为：AAHT＝AADT*D上式中，AAHT表示标准小客车高峰小时交通量，AADT表示平均日交通量，D表示日高峰小时系数，取值为0.1；步骤S20‑2，根据各种车型与标准小客车的换算系数和车辆统计时各种车辆所占比例，将各车型的标准小客车高峰小时交通量换算成混合车型高峰小时交通量，公式为：TA=AATH.Σipi.AI]]>上式中，TA为混合车型高峰小时交通量，i为隧道段数，Pi为隧道的第i段所占标准小客车高峰小时交通量，AI为隧道中车型相对于标准小客车的折算系数；步骤S20‑3，根据隧道类型与方向分布系数计算单向混合车型高峰小时交通量：N＝TA.F上式中，N为隧道单向混合车型高峰小时交通量，F为隧道的方向分布系数，取值为0.55；步骤S21，隧道中各段需求亮度计算步骤S21‑1，根据《公路隧道通风照明设计规范》和隧道的设计速度要求，选取设计所需的洞外亮度；步骤S21‑2，根据隧道设计小时交通量和设计速度选取隧道入口段亮度折减系数，计算隧道的两个入口段TH1、TH2的需求亮度：Lth1＝k×L20(S)Lth2＝0.5×k×L20(S)在上面两个式子中，Lth1为TH1段的需求亮度，Lth2为TH2段的需求亮度，k为入口段亮度折减系数，取值为0.01～0.07；L20(S)为洞外亮度；步骤S21‑3，根据步骤S21‑2计算出的入口段需求亮度，计算隧道的三个过渡段TR1、TR2、TR3的需求亮度：Ltr1＝0.15×Lth1Ltr2＝0.05×Lth1Ltr3＝0.02×Lth1上面三个式中，Ltr1为TR1的亮度，Ltr2为TR2的亮度，Ltr3为TR3的亮度；步骤S21‑4，根据步骤S20‑3中计算得到的交通量N和步骤S21‑1中的设计速度要求，在《公路隧道通风照明设计规范》中选取对应的隧道中间段需求亮度；步骤S21‑5，根据步骤S1‑4选取的隧道中间段需求亮度，计算隧道出口段EX1、EX2的需求亮度：Lex1＝3×LinLex2＝5×Lin在上式中，Lex1、Lex2分别为出口段EX1、EX2的需求亮度，Lin为隧道中间段需求亮度；步骤S22，隧道各需求段长度计算步骤S22‑1，计算隧道入口段TH1、TH2的需求长度：Dth1=Dth2=0.5×(1.154Ds-h-1.5tan10)]]>上式中，Dth1为入口段TH1的需求长度，Dth2为入口段TH2的需求长度，Ds为照明停车视距，h为隧道中净空高度；步骤S22‑2，计算过渡段的需求长度，公式如下：Dtr1=Dth1+Dth23+vt1.8]]>Dtr2=2vt1.8]]>Dtr2=3vt1.8]]>上式中，Dtr1、Dtr2、Dtr3分别为过渡段TR1、TR2、TR3的需求长度，vt为隧道的设计速度；步骤S22‑3，隧道出口段的总需求长度设置为60m，隧道中间段的需求长度为隧道总长度与入口段、过渡段、出口段长度之差；步骤三，隧道照明灯具的布设方案步骤S30，在隧道各需求段中进行灯具的布设，灯具的布设间隔为：当隧道的设计速度不超过80km/h时，灯具布设间隔为9～14m；当隧道的设计速度为80～100km/h时，灯具的布设间隔为11.5m～14m；灯具的布设方式为：在隧道顶部沿中线布设、在隧道顶部两侧对称布设、隧道顶部两侧交错布设；步骤S31，计算隧道各需求段布设灯具后的实际设计亮度，若隧道中各需求段的设计亮度均大于各段的需求亮度，则执行步骤四；若隧道中某需求段的设计亮度小于其需求亮度，则在该需求段已经布设灯具的基础上增加新的灯具，增加灯具后再计算设计亮度，直至设计亮度大于需求亮度；步骤四，目标函数的优化在步骤三中选择不同规格的灯具、布设方式，给出多套隧道照明灯具的布设方案，然后计算每套布设方案的目标函数值，取目标函数值最小的设计方案为最终方案。...

【技术特征摘要】
1.一种隧道照明灯具布设优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立隧道照明灯具优化设计的目标函数隧道照明灯具优化设计的目标函数为：PT＝PJ+PG+PP+PN+PF；上式中，PJ为灯具的建安费用，PG为供电电缆费用，PP为配电电缆的费用，PN为能源消耗费用，PF为其他附属费用，其他附属费用包括灯具的养护费用、灯具的更换费用；步骤二，隧道照明灯具布设的需求亮度和长度计算在本方案中，隧道沿行车方向划分为两个入口段、三个过渡段、一个中间段、两个出口段；步骤S20，交通量计算步骤S20-1，将隧道设计年份平均日交通量换算成标准小客车高峰小时交通量，公式为：AAHT＝AADT*D；上式中，AAHT表示标准小客车高峰小时交通量，AADT表示平均日交通量，D表示日高峰小时系数，取值为0.1；步骤S20-2，根据各种车型与标准小客车的换算系数和车辆统计时各种车辆所占比例，将各车型的标准小客车高峰小时交通量换算成混合车型高峰小时交通量，公式为：上式中，TA为混合车型高峰小时交通量，i为隧道段数，Pi为隧道的第i段所占标准小客车高峰小时交通量，AI为隧道中车型相对于标准小客车的折算系数；步骤S20-3，根据隧道类型与方向分布系数计算单向混合车型高峰小时交通量：N＝TA.F；上式中，N为隧道单向混合车型高峰小时交通量，F为隧道的方向分布系数，取值为0.55；步骤S21，隧道中各段需求亮度计算步骤S21-1，根据《公路隧道通风照明设计规范》和隧道的设计速度要求，选取设计所需的洞外亮度；步骤S21-2，根据隧道设计小时交通量和设计速度选取隧道入口段亮度折减系数，计算隧道的两个入口段TH1、TH2的需求亮度：Lth1＝k×L20(S)；Lth2＝0.5×k×L20(S)；在上面两个式子中，Lth1为TH1段的需求亮度，Lth2为TH2段的需求亮度，k为入口段亮度折减系数，取值为0.01～0.07；L20(S)为洞外亮度；步骤S21-3，根据步骤S21-2计算出的入口段需求亮度，计算隧道的三个过渡段TR1、TR2、TR3的需求亮度：Ltr1＝0.15×Lth1；Ltr2＝0.05×Lth1；Ltr3＝0.02×Lth1；上面三个式中，Ltr1为TR1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曙光，凃岗，折胜军，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61