高速公路中的隧道在節(jié)約人們出行時(shí)間的同時(shí)也增加了駕駛的危險(xiǎn)性,當(dāng)隧道內(nèi)的照明不充分時(shí),由于隧道內(nèi)外的高亮度差容易引發(fā)“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”,使駕駛員無(wú)法判斷前方路況從而造成事故。因此,大部分的隧道無(wú)論是否有車通過(guò),都采取長(zhǎng)時(shí)間高亮度的照明策略,而這造成了巨大的電能損耗,大大增加了隧道的運(yùn)營(yíng)成本。為實(shí)現(xiàn)在保障駕駛員安全的前提下最大限度的節(jié)能,本文設(shè)計(jì)了一種基于模糊PID（比例-積分-微分）算法的隧道照明控制系統(tǒng)。首先,通過(guò)對(duì)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》進(jìn)行研究,將隧道照明分為多個(gè)照明段,依據(jù)細(xì)則中提供的數(shù)據(jù),計(jì)算得出不同照明段的安全亮度與隧道外實(shí)時(shí)亮度之間的關(guān)系式。其次,對(duì)隧道照明控制系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì),其中硬件部分基于STM32芯片和RS485總線設(shè)計(jì)了光環(huán)境檢測(cè)設(shè)備、調(diào)光驅(qū)動(dòng)器以及八回路開(kāi)關(guān),軟件部分則基于.NET框架和SQLite等數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)了以“車進(jìn)燈亮,車走燈滅”為調(diào)光策略的隧道亮度控制軟件和監(jiān)控軟件。然后,研究了模糊PID控制算法,并將其與亮度控制相結(jié)合,確立了隧道照明模型下的模糊PID控制器的模糊子集和隸屬函數(shù),并制定了合適的模糊控制規(guī)則。最后,本系統(tǒng)在搭建好實(shí)驗(yàn)環(huán)境后進(jìn)行了... 

【文章來(lái)源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

隧道空間區(qū)段劃分

懊?暗-亮”的交替變化[30]。當(dāng)駕駛員靠近隧道入口時(shí)，由于隧道外部的高亮度，駕駛員看隧道入口就像一個(gè)“黑洞”，無(wú)法看清楚隧道洞口的情況；當(dāng)駕駛員駛出隧道時(shí)，由于亮度變化比較大，駕駛員看到的出口會(huì)是一個(gè)刺眼的“白洞”，從而降低司機(jī)出洞口時(shí)的視覺(jué)舒適，無(wú)法判斷前方路況。在行車過(guò)程中“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”是非常危險(xiǎn)的，賴金星等人依據(jù)《公路隧道照明細(xì)則》將隧道分為了多個(gè)不同的區(qū)段，并對(duì)不同區(qū)段的的交通事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析[31]，其中隧道空間區(qū)段劃分如圖2.1所示，不同區(qū)段發(fā)生交通事故的比例如圖2.2所示。圖2.1隧道空間區(qū)段劃分圖2.2隧道不同區(qū)段事故分布由圖2.2可知，隧道入口和出口處的事故率為58%，是隧道各個(gè)區(qū)間中發(fā)生事故的概率最大的，造成該現(xiàn)象的原因有很多，這與隧道的環(huán)境特點(diǎn)有關(guān)。如雨雪天氣，隧道洞口處會(huì)結(jié)冰，路面的摩擦系數(shù)降低，而這突然的變化，會(huì)使駕駛員反應(yīng)不及時(shí)，從而使車輛失去控制，而隧道的“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”也會(huì)使得駕駛員的可視距離降低和反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，從而增加事故的發(fā)生率。由于隧道特殊的照明環(huán)境，保證隧道入口處和出口處的照明亮度水平，能有效的保障駕駛員在出入隧道時(shí)的安全，但同時(shí)隧道照明成本也是設(shè)計(jì)照明控制系統(tǒng)中需要著重考慮的問(wèn)題。2.2人眼動(dòng)態(tài)視覺(jué)特性駕駛員在通過(guò)隧道時(shí)人眼的視覺(jué)變化狀態(tài)對(duì)隧道內(nèi)照明環(huán)境的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。利用駕駛模擬器或在真實(shí)隧道交通環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，能夠了解人眼在隧道內(nèi)光環(huán)境變化的情況下視覺(jué)和注意力的變化情況，以便能設(shè)計(jì)出更安全的駕駛照明系統(tǒng)。駕駛員的眼動(dòng)特性非常復(fù)雜，研究時(shí)通常使用瞳孔大孝注視持續(xù)時(shí)間和注視次數(shù)來(lái)分21%58%21%隧道不同區(qū)段事故分布區(qū)段1區(qū)段2區(qū)段3

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文9圖2.3四點(diǎn)法求平均亮度式中，L4為測(cè)量區(qū)域四個(gè)角落的亮度值（cd/m2），L2為除去四個(gè)角落的后四條邊上的測(cè)點(diǎn)亮度（cd/m2），L為測(cè)量區(qū)域內(nèi)部的測(cè)點(diǎn)亮度（cd/m2），M為縱向劃分的網(wǎng)格數(shù)，N為橫向劃分的網(wǎng)格數(shù)。(2)中心布點(diǎn)法如圖2.4所示，將測(cè)量區(qū)域劃分為多個(gè)網(wǎng)格后，再將每個(gè)測(cè)量區(qū)域中心的亮度之和求平均值，可以求得測(cè)量區(qū)域的平均亮度，計(jì)算公式如式（2.2）所示：iavLLMN=∑(2.2)式中，Li為第i個(gè)測(cè)量區(qū)域中心亮度值（cd/m2）。圖2.4中心布點(diǎn)法求平均亮度2.3.2路面亮度均勻度U0和路面中線亮度均勻度U1在隧道內(nèi)部，當(dāng)燈具的分布間距過(guò)大或布局不合理時(shí)，容易造成隧道內(nèi)部的亮度分布不均勻的現(xiàn)象，在駕駛過(guò)程中出現(xiàn)明暗交替的現(xiàn)象，這種“斑馬效應(yīng)”會(huì)使得駕駛員不適并產(chǎn)生視覺(jué)疲勞[36]。在《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》中使用路面亮度總均勻度U0和路面中線亮度縱向均勻度U1來(lái)評(píng)價(jià)隧道內(nèi)的照明是否均勻。路面總體均勻度U0的計(jì)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）。路面中線亮度縱向均勻度用于描述車道中心線上的亮度是否分布均勻，其計(jì)算公式如式（2.4）所示：

【參考文獻(xiàn)】：
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