一种自感应调光隧道照明系统及其调光控制方法

摘要

本发明公开了一种自感应调光隧道照明系统及其调光控制方法，其中，所述自感应调光隧道照明系统包括亮度检测模块、数据处理模块、调光模块和照明模块，亮度检测模块检测隧道若干位置处的亮度信息，数据处理模块根据所述亮度信息和预存的相对亮度列表输出调光控制信号至调光模块，调光模块根据调光控制信号输出功率控制信号至照明模块，照明模块根据功率控制信号控制隧道内若干位置处的光源输出功率，能综合检测到的隧道亮度信息以及预存的相对亮度表智能控制隧道内的光源输出功率，从而调整隧道内各位置的亮度，当用户驾驶车辆进出隧道及在其内部通行时，不论是白天艳阳高照还是夜晚宁静深沉，均可在隧道内提供明亮、清晰而且平稳的视觉照明效果。

说明书

技术领域

本发明涉及照明控制技术领域，特别涉及一种自感应调光隧道照明系统及其调光控制方法。

背景技术

现有公路隧道的人工照明，多以同一隧道内所有灯具均有相同输出功率的为主。这种传统方式的照明效果相当一般：白天的亮度不足几乎无一例外地已成为常态；晚上有些较为陈旧的隧道灯光会偏暗些，而更多新设计的隧道已经做到非常明亮，但与此同时常伴有一些刺眼和光比变化过于突然等的不足。

同时，也有见一些隧道内的人工照明在不改变光源功率的情况下，通过一定规律的调整灯具间距的变化，比如在出入隧道口的位置大幅度提高灯具的安装密度等方案，在白天行车时对人眼视觉的平稳过渡体验相比传统相等间距的设计具有一定的优化效果。但仍存在较大的可进一步改善的空间。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种自感应调光隧道照明系统及其调光控制方法，能综合检测到的隧道亮度信息以及预存的相对亮度表智能控制隧道内的光源输出功率，从而调整隧道内各个位置的亮度，当用户驾驶车辆进出公路隧道及在其内部通行时，不论是白天艳阳高照还是夜晚宁静深沉，均可在公路隧道内提供明亮、清晰而且平稳的视觉照明效果。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种自感应调光隧道照明系统，其包括：

亮度检测模块，用于检测隧道若干位置处的亮度信息；

数据处理模块，用于根据所述亮度信息和预存的相对亮度列表输出调光控制信号至调光模块；

调光模块，用于根据所述调光控制信号输出功率控制信号至照明模块；

照明模块，用于根据所述功率控制信号控制隧道内若干位置处的光源输出功率。

所述的自感应调光隧道照明系统中，所述亮度检测模块包括：

第一亮度检测单元，设置于隧道口、用于检测隧道出入口处的亮度信息；

第二亮度检测单元，设置于隧道内部、用于检测隧道内若干位置处的亮度信息。

所述的自感应调光隧道照明系统中，所述照明模块包括：

若干个光纤照明单元，用于将隧道外部的自然光引入至隧道内部；

若干个辅助光源照明单元，用于根据所述功率控制信号在隧道内若干位置处输出相应功率的补光光源。

所述的自感应调光隧道照明系统中，所述辅助光源照明单元包括LED光源和配光灯具，所述配光灯具用于调整LED光源的输出光斑。

所述的自感应调光隧道照明系统中，还包括修正模块，用于根据当前隧道的环境信息计算输出修正系数至数据处理模块。

所述的自感应调光隧道照明系统中，所述数据处理模块具体用于根据所述亮度信息、当前隧道的环境信息和预存的亮度列表输出调光控制信号至调光模块。

所述的自感应调光隧道照明系统中，所述环境信息包括隧道的位置信息、温度信息、湿度信息以及当前的时间信息。

一种如上所述自感应调光隧道照明系统的调光控制方法，其包括如下步骤：

A、由亮度检测模块检测隧道若干位置处的亮度信息；

B、由数据处理模块根据所述亮度信息和预存的相对亮度列表输出调光控制信号至调光模块；

C、由调光模块根据所述调光控制信号输出功率控制信号至照明模块；

D、由照明模块根据所述功率控制信号控制隧道内若干位置处的光源输出功率。

所述的调光控制方法中，所述步骤A具体包括：

由设置于隧道口的第一亮度检测单元检测隧道出入口处的亮度信息；

由设置于隧道内部的第二亮度检测单元检测隧道内若干位置处的亮度信息。

所述的调光控制方法中，所述步骤D包括步骤：

D1、由若干个光纤照明单元将隧道外部的自然光引入至隧道内部；

D2、由若干个辅助光源照明单元根据所述功率控制信号在隧道内若干位置处输出相应功率的补光光源。

相较于现有技术，本发明提供的自感应调光隧道照明系统及其调光控制方法中，所述自感应调光隧道照明系统包括亮度检测模块、数据处理模块、调光模块和照明模块，由亮度检测模块检测隧道若干位置处的亮度信息，由数据处理模块根据所述亮度信息和预存的相对亮度列表输出调光控制信号至调光模块，由调光模块根据所述调光控制信号输出功率控制信号至照明模块，由照明模块根据所述功率控制信号控制隧道内若干位置处的光源输出功率，能综合检测到的隧道亮度信息以及预存的相对亮度表智能控制隧道内的光源输出功率，从而调整隧道内各个位置的亮度，当用户驾驶车辆进出公路隧道及在其内部通行时，不论是白天艳阳高照还是夜晚宁静深沉，均可在公路隧道内提供明亮、清晰而且平稳的视觉照明效果。

附图说明

图1 为本发明提供的自感应调光隧道照明系统的结构框图。

图2 为本发明提供的自感应调光隧道照明系统的调光控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种自感应调光隧道照明系统及其调光控制方法，能综合检测到的隧道亮度信息以及预存的相对亮度表智能控制隧道内的光源输出功率，从而调整隧道内各个位置的亮度。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的自感应调光隧道照明系统包括亮度检测模块10、数据处理模块20、调光模块30和照明模块40，所述亮度检测模块10连接数据处理模块20，所述数据处理模块20还通过调光模块30连接所述照明模块40，其中，所述亮度检测模块10用于检测隧道若干位置处的亮度信息；所述数据处理模块20用于根据所述亮度信息和预存的相对亮度列表输出调光控制信号至调光模块30；所述调光模块30用于根据所述调光控制信号输出功率控制信号至照明模块40；所述照明模块40用于根据所述功率控制信号控制隧道内若干位置处的光源输出功率。

本发明通过检测隧道若干位置处的亮度信息，例如隧道出入口、以及隧道内部每隔固定距离处的亮度信息，将检测到的这些亮度信息综合反馈至数据处理模块20，由数据处理模块20综合分析所述亮度信息和预存的相对亮度列表后，输出调光控制信号至调光模块30，其中所述相对亮度列表为预先存储在数据处理模块20中的隧道内若干预设位置处的亮度与隧道口亮度的比值设定表，数据处理模块20根据亮度检测模块10当前的实际亮度测量数据和该相对亮度列表来实现智能化控制隧道内的光源亮度，调光模块30在接收到所述调光控制信号后输出相应的功率控制信号至照明模块40，照明模块40具体可通过调光接口引入该功率控制信号，从而根据所述功率控制信号控制隧道内若干位置处的光源输出功率，进而保证隧道内各个位置处的亮度满足预设的相对亮度列表中的亮度要求，使得用户在驾车经过隧道时能享受到明亮、清晰且平稳的视觉照明效果。

具体来说，本发明提供的自感应调光隧道照明系统中，所述照明模块40包括若干个光纤照明单元401和若干个辅助光源照明单元402，亮度检测模块10检测所有光纤照明单元401和辅助光源照明单元402的输出亮度，其中所述光纤照明单元401用于将隧道外部的自然光引入至隧道内部；所述辅助光源照明单元402用于根据所述功率控制信号在隧道内若干位置处输出相应功率的补光光源。即本发明中光源包括自然光源和人工光源两部分，自然光源由铺设在隧道上各个位置上的光纤照明单元401将隧道外部的太阳光引入至隧道内部，具体为通过引入足量的光导纤维到隧道内部，直接以自然光作为隧道内部照明的重要光源部分，在白天自然光源充足时将大幅度减小电能消耗；而人工光源部分则通过设置在隧道内部的若干个辅助光源照明单元402根据功率控制信号输出相应功率的补光光源，对自然光源进行补充，并且在自然光源不足时，例如夜晚或者极端天气时，辅助光源照明单元402则可作为主要光源，保证隧道照明系统的正常工作，使本发明不仅没有增加能耗，还最大程度实现了节能环保。

具体地，所述光纤照明单元401的铺设规律可在隧道口设置有最高的光纤出口密度，具体可根据光纤的内部传输及出口面积、光纤的传输衰减率、隧道外光纤入口的聚光光强倍数等确定最高的光纤出口密度，而向内延伸时则可逐渐平稳减少，在隧道中段，光纤密度可保持相对稳定且较低水平，使得用户在驾车进出隧道时，能从其他露天路段路面照度均匀过渡到隧道内部，不会出现突然的漆黑或者过亮刺眼的问题，交通安全性也同时得以提高。

进一步地，光纤的阳光入口，设计可选用优质耐候的透明导光材料做成小曲率圆锥体形状，以保有较大的入射受光面积。当然，还可采用比如菲涅耳透镜、额外的反射组等等可增加光线输入密度的各种方法。另外，光纤入口的受光面宜设计有一定的倾角，有如光伏阵列上的雨水冲刷自洁功能，尤其是在我国的一些南方地区效果相当显著。

优选地，所述辅助光源照明单元402包括LED光源4021和配光灯具4022，即采用LED光源4021作为本发明中的补光光源，目前大功率LED光源4021是市场技术的优选单元，能效比很高且寿命长，本发明通过调光模块30来实现对大功率LED光源4021输出功率的无极调整，市场技术已相当成熟，可集成在灯组内部或者通过调光接口引入控制信号，从而灵活控制LED光源4021的输出功率，而配光灯具4022则用于调整LED光源4021的输出光斑，将LED光源4021的输出经过优化设计的二次配光合理地调整光源的输出光斑，最大程度提高光源输出效率，同时还可兼具安装、固定、防护以及关键的散热等功能。

请继续参阅图1，本发明提供的自感应调光隧道照明系统中，所述亮度检测模块10包括第一亮度检测单元101和第二的亮度检测单元，所述第一亮度检测单元101和第二的亮度检测单元均连接数据处理模块20，其中， 所述第一亮度检测单元101设置于隧道口、用于检测隧道出入口处的亮度信息；所述第二亮度检测单元102设置于隧道内部、用于检测隧道内若干位置处的亮度信息。

具体实施时，所述第一亮度检测单元101可为设置在隧道口的传感器组，用于检测隧道输出口的路面亮度检测，所述第二亮度检测单元102可为设置在隧道内部的传感器阵列，用于检测隧道内路面亮度检测。其中隧道口路面亮度检测（传感器组），即第一亮度检测单元101只测量隧道口的路面亮度，作为基准用于与隧道内的所有关注点所测得的数据进行比对，而隧道内路面亮度检测（传感器阵列），即第二亮度检测单元102的输出数据实际上取决于光纤照明和大功率LED配光输出二者之和，由于需对隧道内足够多的测试点进行数据采集，因此需将足够数量的单个传感器编入阵列的形式，形成传感器阵列，方便用数学的方法处理，例如可列一个表格，将取样点通过等间距的X、Y坐标定位及编码后方便管理。而数据处理模块20主要是分析比对隧道内路面亮度传感器阵列、隧道口路面亮度传感器组二者的实测数据，以事先录入的隧道内每一个不同位置的相对亮度比例列表为基础，并可适当参照交通参与人群的适应性评价数据库进行微调，最终其输出信号通过调光模组控制大功率LED光源4021的输出功率，以实现最终的优化照明效果。

优选地，所述自感应调光隧道照明系统还包括修正模块50，所述修正模块50连接数据处理模块20，用于根据当前隧道的环境信息计算输出修正系数至数据处理模块20，相应地，所述数据处理模块20具体用于根据所述亮度信息、当前隧道的环境信息和预存的亮度列表输出调光控制信号至调光模块30。即输出处理模块不仅关注当前实测的亮度值以及预存的相对亮度列表，还综合分析当前隧道的环境信息，得出最优的调光控制信号输出至调光模块30，为驾驶者提供舒适及愉快的驾驶体验。具体所述环境信息包括隧道的位置信息、温度信息、湿度信息以及当前的时间等等信息。

例如，可将所述环境信息存储在一数据库中，且该数据库还包括隧道所在地区的交通参与人群的适应性评价数据，修正模块50通过调用数据库中的环境信息以及评价数据，可根据隧道所在地区由于南北差异、常年气温、相对湿度等因素，基于用户的舒适度习惯对于光源的某些可调整参数给出微调的正负修正系数，以进一步提升系统在人文关怀上的性能因子。

本发明还相应提供一种如上所述自感应调光隧道照明系统的调光控制方法，如图2所示，所述调光控制方法包括如下步骤：

S100、由亮度检测模块检测隧道若干位置处的亮度信息；

S200、由数据处理模块根据所述亮度信息和预存的相对亮度列表输出调光控制信号至调光模块；

S300、由调光模块根据所述调光控制信号输出功率控制信号至照明模块40；

S400、由照明模块根据所述功率控制信号控制隧道内若干位置处的光源输出功率。

其中所述步骤S100具体包括：由设置于隧道口的第一亮度检测单元检测隧道出入口处的亮度信息；由设置于隧道内部的第二亮度检测单元检测隧道内若干位置处的亮度信息。

所述步骤S400包括步骤：

S401、由若干个光纤照明单元将隧道外部的自然光引入至隧道内部；

S402、由若干个辅助光源照明单元根据所述功率控制信号在隧道内若干位置处输出相应功率的补光光源。

为更好地理解本发明提供的自感应调光隧道照明系统的工作原理，以下结合图1，举具体应用实施例对所述自感应调光隧道照明系统的工作过程进行详细介绍：

白天，若以内部2km长的隧道为例，隧道口与隧道长度正中间位置的光比建议选取2至3.8倍，可优选为2.5倍，预存的相对亮度表如下所示。

表12km长隧道晴朗阳光下的照明设计推荐值

如表1所示，为2km长隧道晴朗阳光下的照明设计推荐值。表中第一行的入口距离是指举例用选取的采样点到隧道口的距离，单位为km。如0.05是指离隧道入口0.05km即50m的位置，1km显然是指该隧道长度的正中间位置，而2km则表示隧道的出口。第二行的相对亮度是以隧道口路面亮度传感器组的实测输出为基准的100%，各采样点包括光纤照明和LED灯组输出总和与基准的隧道入口亮度的比值。如表1所示的例子中，中间1km处的相对亮度为40%，即隧道内外光比为1:2.5。

优选地，当光纤照明设计的工程实施效果良好时，图1中的大功率LED光源4021在白天的通常情况下将不再作为主要光源，而仅为均衡调节的补充作用，以及应对一些极端特殊天气的用途。显然，白天时照明光源所需耗用的电能将相当明显地大幅度减少。

另外，太阳在云层中穿插阳光受遮挡而变化不稳定时，由于传感器阵列检测的是光纤和LED输出的总亮度，预期一般情况下可自动调整为相当稳定的路面实际亮度。

对长度超过2km的隧道，可按表1所设定相对亮度的关系表在离隧道口1km设置为40%后，一直保持40%的相对亮度值不再变化；也允许在入口1km后的隧道中段做平稳适度相当缓慢的下降。尤其是对长度在8km以上的超长隧道中间段其亮度容许值可以适当放宽些。

表1中，仍以内部2km长的隧道为例。若过1km的中点位置后，隧道出口即2km的位置发现阳光与入口位置的实测值不同，显然，宜以出口位置的实测值作为出口段隧道相对亮度计算的基准100%值。即，表1中的相对亮度值设定保持不变，只是入口到隧道正中间与隧道正中间到出口路段的计算参考基准值不同。入口到隧道正中间这段采用隧道入口的亮度值作为基准值，而隧道正中间到隧道出口这段采用隧道出口的亮度值作为基准值，保证亮度调节的灵活性，当然这种比较特殊的情况对隧道长度较长时所遇到的概率会更大些，保证用户在通过长距离隧道时，能感受到最佳的亮度缓和以及过渡，提供了平稳、明亮的视觉照明效果。

优选地，系统还可设置一切换模块，若出现极端的特殊天气，虽然在白天，但实测的隧道口亮度已低于该道路国家标准的路灯地面亮度，系统将自动切换为夜晚模式，此时隧道内总体照明选取值参表2。

晚上，仍以内部2km长的隧道为例。隧道长度正中间位置与隧道口的光比建议选取1.5至2.5倍，优选可为1.8倍。

表22km长隧道夜晚时的照明设计推荐值

如表2所示，为2km长隧道夜晚时的照明设计推荐值。表中第一行的入口距离是指举例选取的采样点到隧道口的距离，单位为km。第二行的相对亮度是以隧道口路面亮度传感器组的实测输出为基准的100%，各采样点包括光纤照明和LED灯组输出总和与基准的隧道入口亮度的比值。

如表2所示的例子中，中间1km处的相对亮度为180%，即隧道正中间的内外光比为1.8:1。表中的1.95km也就是离出口还有0.05km，选取的相对亮度值为130%。

对于长度超过2km的隧道，建议在表2的基础上，在入口1km后的隧道中段一直保持该隧道1km点相对亮度180%的取值，不希望再做任何变化。当然基于节能的理由，也可对一些超长隧道的中间段将其相对亮度取值在隧道1km点的基础上适当平稳地下调一些，以节约能耗。

进一步地，夜晚时，高速公路上若没有路灯，隧道入口的亮度值将极低甚至无法测量。此时，可参考当前道路路灯地面亮度的国家标准，比如将表2 中0.2km的采样点调整为国家标准定义中的优选值，而隧道内其余点的相对亮度可依据表2的数据进行推算。

数据处理模块20基于上述的相对亮度列表，分析对比隧道内路面亮度传感器阵列、隧道口路面亮度传感器组二者的实测数据，并可适当参照环境信息和交通参与人群的适应性评价数据库进行微调，最终其输出信号通过调光模块30控制大功率LED光源4021的输出功率，以实现最终的优化照明效果，环境信息和人群的适应性评价数据库主要是增加了隧道所在地区由于南北差异、常年气温、相对湿度、人群主要的日常作息规律、对灯光色温不同地域的喜好习惯等因素。基于一定数量人群的舒适度评价对光源的功率、色温等参数给出微调的修正数据，以进一步提升系统在人文关怀上的性能因子。

如北方的冬天推荐可用2800K的色温，南方的夏天则可选4500K或6000K以上。同样是夜晚，但华灯初上时人的精神普遍是仍然非常兴奋，与宁静深夜人的精神需求显然是有所区别的。而这时候的亮度传感器基本上无法给出任何的差别，但本发明可以在算法上依据调查的数据给出基于全年时间点的修正系数。比如，在深夜相对亮度值可适度地整体平稳调小一些，可按不同时段不同取值等等。另外，关于色温的高阶算法，春夏秋冬可在一定范围内连续的对全年的每天做不同的精细自动调整。

更优地，在夜晚车流量较少时，可增加驾驶员自主提供的情感信息与照明效果之间的互动，如灯光可在一定程度上实现轻度的音乐节拍律动，在长隧道内灯光的追随车辆移动等的愉悦效果。甚至，在隧道内再增加互动的背景音乐与灯光的变化相呼应，也是一种合情合理的美好选择。而在白天则可在车流顺畅时增加轻度的欢快灯光悦动的节拍，而车流量大交通较为拥堵时则以灯光的轻微缓变乐感及平静心理的安慰暗示为首选主题。

进一步地，在夜晚若检测到隧道经过一定的时长如2分钟后，仍然没有车辆通行，可仅保留出入口两端各约150米的标准照明，但150m后隧道中间部分则将光源功率统一调小为相对亮度约5%的微亮状态。当检测到即将有车辆进入隧道时可迅速平稳地上调为表2中的设计值。对深夜车流极少的公路路段，这一改进在节能的同时还将会在一定程度上延长光源寿命。

综上所述，本发明提供的自感应调光隧道照明系统及其调光控制方法中，所述自感应调光隧道照明系统包括亮度检测模块、数据处理模块、调光模块和照明模块，由亮度检测模块检测隧道若干位置处的亮度信息，由数据处理模块根据所述亮度信息和预存的相对亮度列表输出调光控制信号至调光模块，由调光模块根据所述调光控制信号输出功率控制信号至照明模块，由照明模块根据所述功率控制信号控制隧道内若干位置处的光源输出功率，能综合检测到的隧道亮度信息以及预存的相对亮度表智能控制隧道内的光源输出功率，从而调整隧道内各个位置的亮度，当用户驾驶车辆进出公路隧道及在其内部通行时，不论是白天艳阳高照还是夜晚宁静深沉，均可在公路隧道内提供明亮、清晰而且平稳的视觉照明效果。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。