高速公路隧道LED照明智能控制与节能优化研究
本文关键词: 高速公路 隧道照明 LED 智能控制 调光 节能 出处:《北京交通大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:摘要:随着高速公路隧道里程的延伸与隧道交通量的增加,由照明条件导致的隧道交通事故逐渐增多,良好的隧道安全照明已成为反映高速公路隧道安全运营的重要指标。如何确定满足交通安全需求的隧道照明亮度;如何实现隧道照明的智能控制;以及如何减少隧道照明的电能消耗,已成为交通行业亟待解决的关键问题。本文基于隧道交通安全照明,围绕隧道LED (Light Emitting Diode)照明智能控制与节能开展研究。具体工作如下: (1)基于《公路隧道通风照明设计规范》,提出了出口过渡段设计概念,并搭建了隧道实验环境模型。通过研究《公路隧道设计规范》,确定了隧道模型的具体尺寸;改进了隧道照明段组成,利用出口过渡段概念,修正了出口段的亮度;设计了改进后隧道各照明段的亮度与灯具布置间距等照明参数。 (2)提出了基于车速与车流量的隧道LED照明智能调光优化补偿算法,确定了隧道LED照明智能控制策略。研究并建立了占空比与亮度的关系;研究了车速与车流量变化引起的隧道照明亮度变化关系,并对隧道照明亮度进行了补偿;推导了隧道白日与夜间的LED调光算法,确定了隧道LED照明的智能控制策略。 (3)基于Zigbee无线通信技术研发了隧道LED照明智能控制系统。根据控制系统功能需求,确定了隧道LED照明智能控制系统结构;基于Zigbee无线通信研发了车载照度采集装置、调光控制系统;基于C#.NET研发了隧道LED照明管理系统;根据数据通信的需求与特点确定了Zigbee无线通信协议。 (4)分析了隧道外亮度(L20(S))变化,隧道内车速(V)与车流量(N)不变;L20(S)与N变化,V不变;L20(S)与V变化,N不变;以及L20(S)、V与N均变化四种情况使用算法优化前后隧道的亮度与电能消耗,验证了调光算法的有效性。分析了车载照度采集装置与隧道模型设计亮度的误差。通过对四种情况下使用算法优化前后的亮度与电能消耗进行实验,结果表明:同时考虑隧道外亮度、隧道内车速与车流量变化的影响时,LED调光算法不仅能满足隧道安全照明需求,且能有效的节约节能,节能百分比达28.07%。
[Abstract]:Absrtact: with the extension of highway tunnel mileage and the increase of tunnel traffic volume, tunnel traffic accidents caused by lighting conditions are increasing gradually. Good tunnel safety lighting has become an important index to reflect the safe operation of highway tunnel. How to determine the luminance of tunnel lighting to meet the traffic safety requirements; How to realize the intelligent control of tunnel lighting; And how to reduce the power consumption of tunnel lighting has become a key problem to be solved in traffic industry. This paper is based on tunnel traffic safety lighting. Research on the intelligent control and energy saving of tunnel LED light Emitting Diode. the specific work is as follows: 1) based on the Design Code for ventilation and Lighting of Highway Tunnel, the design concept of exit transition section is put forward, and the tunnel experimental environment model is built. The specific dimensions of the tunnel model are determined. The composition of the tunnel lighting section is improved and the brightness of the exit section is modified by using the concept of the exit transition section. The illumination parameters such as luminance and luminaire arrangement are designed. (2) the intelligent dimming and compensation algorithm of tunnel LED lighting based on speed and vehicle flow is proposed, the intelligent control strategy of tunnel LED lighting is determined, and the relationship between duty cycle and brightness is studied and established. The relationship between the change of tunnel lighting brightness caused by the change of speed and vehicle flow is studied, and the luminance of tunnel lighting is compensated. The LED dimming algorithm of tunnel day and night is deduced, and the intelligent control strategy of tunnel LED lighting is determined. (3) based on Zigbee wireless communication technology, the tunnel LED lighting intelligent control system is developed. According to the functional requirements of the control system, the tunnel LED lighting intelligent control system structure is determined. Based on Zigbee wireless communication, a vehicle illumination acquisition device and dimming control system are developed. Based on C#.NET, the tunnel LED lighting management system is developed. According to the requirements and characteristics of data communication, the Zigbee wireless communication protocol is determined. (4) the variation of luminance L20 (S) outside the tunnel is analyzed, and the velocity of vehicle (V) and the flow rate (N) in the tunnel are not changed. L20 S) and N changed without change of V; L20 S) and V change N do not change; As well as the L20 Schion V and N changes, the algorithm is used to optimize the brightness and power consumption of the tunnel before and after. The validity of the dimming algorithm is verified. The luminance error between the vehicle illumination acquisition device and the tunnel model is analyzed. The luminance and power consumption before and after optimized by the algorithm are tested in four cases. The results show that the LED dimming algorithm can not only meet the demand of tunnel safety lighting, but also save energy effectively. The percentage of energy saving is 28.07%.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U453.7
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,本文编号:1459397
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