基于模糊PID的隧道照明控制系统设计
发布时间：2022-01-19 20:41
高速公路中的隧道在节约人们出行时间的同时也增加了驾驶的危险性,当隧道内的照明不充分时,由于隧道内外的高亮度差容易引发“黑洞效应”和“白洞效应”,使驾驶员无法判断前方路况从而造成事故。因此,大部分的隧道无论是否有车通过,都采取长时间高亮度的照明策略,而这造成了巨大的电能损耗,大大增加了隧道的运营成本。为实现在保障驾驶员安全的前提下最大限度的节能,本文设计了一种基于模糊PID（比例-积分-微分）算法的隧道照明控制系统。首先,通过对《公路隧道照明设计细则》进行研究,将隧道照明分为多个照明段,依据细则中提供的数据,计算得出不同照明段的安全亮度与隧道外实时亮度之间的关系式。其次,对隧道照明控制系统进行整体设计,其中硬件部分基于STM32芯片和RS485总线设计了光环境检测设备、调光驱动器以及八回路开关,软件部分则基于.NET框架和SQLite等数据库设计了以“车进灯亮,车走灯灭”为调光策略的隧道亮度控制软件和监控软件。然后,研究了模糊PID控制算法,并将其与亮度控制相结合,确立了隧道照明模型下的模糊PID控制器的模糊子集和隶属函数,并制定了合适的模糊控制规则。最后,本系统在搭建好实验环境后进行了...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
隧道空间区段划分
懊?暗-亮”的交替变化[30]。当驾驶员靠近隧道入口时，由于隧道外部的高亮度，驾驶员看隧道入口就像一个“黑洞”，无法看清楚隧道洞口的情况；当驾驶员驶出隧道时，由于亮度变化比较大，驾驶员看到的出口会是一个刺眼的“白洞”，从而降低司机出洞口时的视觉舒适，无法判断前方路况。在行车过程中“黑洞效应”和“白洞效应”是非常危险的，赖金星等人依据《公路隧道照明细则》将隧道分为了多个不同的区段，并对不同区段的的交通事故进行了统计和分析[31]，其中隧道空间区段划分如图2.1所示，不同区段发生交通事故的比例如图2.2所示。图2.1隧道空间区段划分图2.2隧道不同区段事故分布由图2.2可知，隧道入口和出口处的事故率为58%，是隧道各个区间中发生事故的概率最大的，造成该现象的原因有很多，这与隧道的环境特点有关。如雨雪天气，隧道洞口处会结冰，路面的摩擦系数降低，而这突然的变化，会使驾驶员反应不及时，从而使车辆失去控制，而隧道的“黑洞效应”和“白洞效应”也会使得驾驶员的可视距离降低和反应时间延长，从而增加事故的发生率。由于隧道特殊的照明环境，保证隧道入口处和出口处的照明亮度水平，能有效的保障驾驶员在出入隧道时的安全，但同时隧道照明成本也是设计照明控制系统中需要着重考虑的问题。2.2人眼动态视觉特性驾驶员在通过隧道时人眼的视觉变化状态对隧道内照明环境的设计具有很强的指导意义。利用驾驶模拟器或在真实隧道交通环境中进行测试，能够了解人眼在隧道内光环境变化的情况下视觉和注意力的变化情况，以便能设计出更安全的驾驶照明系统。驾驶员的眼动特性非常复杂，研究时通常使用瞳孔大孝注视持续时间和注视次数来分21%58%21%隧道不同区段事故分布区段1区段2区段3
杭州电子科技大学硕士学位论文9图2.3四点法求平均亮度式中，L4为测量区域四个角落的亮度值（cd/m2），L2为除去四个角落的后四条边上的测点亮度（cd/m2），L为测量区域内部的测点亮度（cd/m2），M为纵向划分的网格数，N为横向划分的网格数。(2)中心布点法如图2.4所示，将测量区域划分为多个网格后，再将每个测量区域中心的亮度之和求平均值，可以求得测量区域的平均亮度，计算公式如式（2.2）所示：iavLLMN=∑(2.2)式中，Li为第i个测量区域中心亮度值（cd/m2）。图2.4中心布点法求平均亮度2.3.2路面亮度均匀度U0和路面中线亮度均匀度U1在隧道内部，当灯具的分布间距过大或布局不合理时，容易造成隧道内部的亮度分布不均匀的现象，在驾驶过程中出现明暗交替的现象，这种“斑马效应”会使得驾驶员不适并产生视觉疲劳[36]。在《公路隧道照明设计细则》中使用路面亮度总均匀度U0和路面中线亮度纵向均匀度U1来评价隧道内的照明是否均匀。路面总体均匀度U0的计算公式如式（2.3）所示：min0avLUL=(2.3)式中，Lmin是指路面的最低亮度值（cd/m2）。路面中线亮度纵向均匀度用于描述车道中心线上的亮度是否分布均匀，其计算公式如式（2.4）所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]道路交通车辆检测技术及发展综述[J]. 蔡桂玲. 科学技术创新. 2019(20)
[2]近2年我国隧道及地下工程发展与思考（2017—2018年）[J]. 洪开荣. 隧道建设(中英文). 2019(05)
[3]基于Modbus总线的一主多从数据采集系统的设计[J]. 扈书亮,韩淼. 工业控制计算机. 2018(11)
[4]隧道闭环反馈智慧照明系统的设计[J]. 胡叶舟,秦会斌. 智能物联技术. 2018(02)
[5]高速公路隧道照明系统节能技术的发展[J]. 杨超,李敏,杨晓霞,李灵飞. 华东交通大学学报. 2018(02)
[6]模糊PID控制在智能路灯控制系统的应用研究[J]. 曲宇宁,常青,葛宇,乔正,于江利. 电源技术. 2018(03)
[7]基于模糊神经网络的公路隧道照明控制系统研究[J]. 秦慧芳,郭佑民,罗荣辉. 隧道建设(中英文). 2017(S2)
[8]港珠澳大桥沉管隧道最终接头吊装解析[J]. 刘凌锋,林巍,尹朝晖,邵新慧,李毅. 中国港湾建设. 2018(02)
[9]基于参数自整定模糊PID的SCR烟气脱硝控制[J]. 严新宇,潘维加. 测控技术. 2018(02)
[10]高速公路隧道照明节能模糊控制系统[J]. 张伟刚,瞿少成,秦天柱,黄芝龙,刘高. 电子测量与仪器学报. 2017(12)
博士论文
[1]公路隧道照明系统智能控制的关键技术研究[D]. 秦莉.大连海事大学 2019
[2]特长隧道内非充分照明环境对驾驶员的生理影响研究[D]. 杨锋.内蒙古农业大学 2014
硕士论文
[1]高速公路隧道照明能耗监测及节能算法研究[D]. 杨才.北京交通大学 2019
[2]隧道闭环反馈照明系统的设计与实现[D]. 胡叶舟.杭州电子科技大学 2019
[3]基于CAN总线的隧道照明节能控制技术研究[D]. 李敏.华东交通大学 2018
[4]高速公路隧道照明节能试验研究[D]. 徐一航.华东交通大学 2018
[5]基于光生物效应与小目标视觉感知的隧道照明研究[D]. 徐昕.浙江大学 2017
[6]基于PLC的智能家居监控系统研究[D]. 林晶.吉林建筑大学 2016
本文编号：3597527
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
隧道空间区段划分
懊?暗-亮”的交替变化[30]。当驾驶员靠近隧道入口时，由于隧道外部的高亮度，驾驶员看隧道入口就像一个“黑洞”，无法看清楚隧道洞口的情况；当驾驶员驶出隧道时，由于亮度变化比较大，驾驶员看到的出口会是一个刺眼的“白洞”，从而降低司机出洞口时的视觉舒适，无法判断前方路况。在行车过程中“黑洞效应”和“白洞效应”是非常危险的，赖金星等人依据《公路隧道照明细则》将隧道分为了多个不同的区段，并对不同区段的的交通事故进行了统计和分析[31]，其中隧道空间区段划分如图2.1所示，不同区段发生交通事故的比例如图2.2所示。图2.1隧道空间区段划分图2.2隧道不同区段事故分布由图2.2可知，隧道入口和出口处的事故率为58%，是隧道各个区间中发生事故的概率最大的，造成该现象的原因有很多，这与隧道的环境特点有关。如雨雪天气，隧道洞口处会结冰，路面的摩擦系数降低，而这突然的变化，会使驾驶员反应不及时，从而使车辆失去控制，而隧道的“黑洞效应”和“白洞效应”也会使得驾驶员的可视距离降低和反应时间延长，从而增加事故的发生率。由于隧道特殊的照明环境，保证隧道入口处和出口处的照明亮度水平，能有效的保障驾驶员在出入隧道时的安全，但同时隧道照明成本也是设计照明控制系统中需要着重考虑的问题。2.2人眼动态视觉特性驾驶员在通过隧道时人眼的视觉变化状态对隧道内照明环境的设计具有很强的指导意义。利用驾驶模拟器或在真实隧道交通环境中进行测试，能够了解人眼在隧道内光环境变化的情况下视觉和注意力的变化情况，以便能设计出更安全的驾驶照明系统。驾驶员的眼动特性非常复杂，研究时通常使用瞳孔大孝注视持续时间和注视次数来分21%58%21%隧道不同区段事故分布区段1区段2区段3
杭州电子科技大学硕士学位论文9图2.3四点法求平均亮度式中，L4为测量区域四个角落的亮度值（cd/m2），L2为除去四个角落的后四条边上的测点亮度（cd/m2），L为测量区域内部的测点亮度（cd/m2），M为纵向划分的网格数，N为横向划分的网格数。(2)中心布点法如图2.4所示，将测量区域划分为多个网格后，再将每个测量区域中心的亮度之和求平均值，可以求得测量区域的平均亮度，计算公式如式（2.2）所示：iavLLMN=∑(2.2)式中，Li为第i个测量区域中心亮度值（cd/m2）。图2.4中心布点法求平均亮度2.3.2路面亮度均匀度U0和路面中线亮度均匀度U1在隧道内部，当灯具的分布间距过大或布局不合理时，容易造成隧道内部的亮度分布不均匀的现象，在驾驶过程中出现明暗交替的现象，这种“斑马效应”会使得驾驶员不适并产生视觉疲劳[36]。在《公路隧道照明设计细则》中使用路面亮度总均匀度U0和路面中线亮度纵向均匀度U1来评价隧道内的照明是否均匀。路面总体均匀度U0的计算公式如式（2.3）所示：min0avLUL=(2.3)式中，Lmin是指路面的最低亮度值（cd/m2）。路面中线亮度纵向均匀度用于描述车道中心线上的亮度是否分布均匀，其计算公式如式（2.4）所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]道路交通车辆检测技术及发展综述[J]. 蔡桂玲. 科学技术创新. 2019(20)
[2]近2年我国隧道及地下工程发展与思考（2017—2018年）[J]. 洪开荣. 隧道建设(中英文). 2019(05)
[3]基于Modbus总线的一主多从数据采集系统的设计[J]. 扈书亮,韩淼. 工业控制计算机. 2018(11)
[4]隧道闭环反馈智慧照明系统的设计[J]. 胡叶舟,秦会斌. 智能物联技术. 2018(02)
[5]高速公路隧道照明系统节能技术的发展[J]. 杨超,李敏,杨晓霞,李灵飞. 华东交通大学学报. 2018(02)
[6]模糊PID控制在智能路灯控制系统的应用研究[J]. 曲宇宁,常青,葛宇,乔正,于江利. 电源技术. 2018(03)
[7]基于模糊神经网络的公路隧道照明控制系统研究[J]. 秦慧芳,郭佑民,罗荣辉. 隧道建设(中英文). 2017(S2)
[8]港珠澳大桥沉管隧道最终接头吊装解析[J]. 刘凌锋,林巍,尹朝晖,邵新慧,李毅. 中国港湾建设. 2018(02)
[9]基于参数自整定模糊PID的SCR烟气脱硝控制[J]. 严新宇,潘维加. 测控技术. 2018(02)
[10]高速公路隧道照明节能模糊控制系统[J]. 张伟刚,瞿少成,秦天柱,黄芝龙,刘高. 电子测量与仪器学报. 2017(12)
博士论文
[1]公路隧道照明系统智能控制的关键技术研究[D]. 秦莉.大连海事大学 2019
[2]特长隧道内非充分照明环境对驾驶员的生理影响研究[D]. 杨锋.内蒙古农业大学 2014
硕士论文
[1]高速公路隧道照明能耗监测及节能算法研究[D]. 杨才.北京交通大学 2019
[2]隧道闭环反馈照明系统的设计与实现[D]. 胡叶舟.杭州电子科技大学 2019
[3]基于CAN总线的隧道照明节能控制技术研究[D]. 李敏.华东交通大学 2018
[4]高速公路隧道照明节能试验研究[D]. 徐一航.华东交通大学 2018
[5]基于光生物效应与小目标视觉感知的隧道照明研究[D]. 徐昕.浙江大学 2017
[6]基于PLC的智能家居监控系统研究[D]. 林晶.吉林建筑大学 2016
本文编号：3597527
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