基于LED光源的高速公路隧道照明节能技术研究

【摘要】： 高速公路隧道运营是保障高速公路行车安全的重要举措。隧道内的照明费用在隧道运营中占很大比例。随着高速公路隧道数量的快速增加,照明费用已经成为运营单位的巨大负担。目前隧道内采用的照明光源、照明控制方式已不能适应节能降耗的需要。通过对基于LED的高速公路隧道照明节能技术的研究,不仅可以为驾驶员提供更为舒适、安全的驾驶环境,而且对降低运营成本,减少能耗具有重要意义。 根据高速公路隧道照明的视觉特点,首先对影响隧道照明质量的主要因素进行分析,并针对隧道照明的现状,从照明光源选取、优化隧道照明设计、照明控制方式等方面进行了节能方法的探讨。然后根据研究提出了选用LED光源、改进隧道各区段照明设计,采用自动实时控制方式等节能降耗的策略。主要包括以下:改进了数码相机法以准确测量照明设计参数L20(S);利用回归模型建立了交通量、车速、能见度相互间的关系以准确测定照明亮度;设计了基于LED的隧道照明自动实时控制系统。控制系统的设计包含:构建针对中间段照明的基于神经网络的模糊控制模型;基于PWM的LED无级调光模式;基于光纤以太网、RS485总线与DALI协议的LED照明控制网络;硬件电路设计,包含具有LED显示和键盘接口的DALI本地控制器、MCU控制的LED镇流器、AC/DC转换器等电路模块;照明控制软件设计。从而使控制系统可依据环境亮度、车流量、车速等外界环境因素实现隧道照明的无级调光。 以渝合高速公路上某隧道为实例,对采用LED灯具的隧道照明系统从全寿命周期成本上经行了节能效益的评估,同时也对LED自动实时控制系统的节能效益进行了评估。评估表明基于LED的隧道照明不仅能获得可观的经济效益,也有很好的环保效益,验证了节能的实用性和必要性,为高速公路隧道照明节能提供了有效探索。 【关键词】：高速公路隧道 LED 照明节能 DALI 无级调光 自动实时控制
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U453.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 论文的研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-14
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.2.3 发展趋势14
• 1.3 研究目的及主要研究内容14-16
• 1.3.1 研究目的14
• 1.3.2 主要研究内容14-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 高速公路隧道照明节能方法17-31
• 2.1 高速公路隧道照明的目的性和必要性17-18
• 2.2 高速公路隧道照明区段划分18-20
• 2.3 高速公路隧道照明节能方法20-22
• 2.3.1 选择高效低能耗的照明光源20
• 2.3.2 优化照明设计并准确测量L_(20)(S)20-21
• 2.3.3 照明控制智能化21
• 2.3.4 合理的灯具布设与照明配光21-22
• 2.3.5 其它22
• 2.4 适用于高速公路隧道照明的LED 光源22-30
• 2.4.1 隧道照明对光源的要求22
• 2.4.2 高速公路隧道中的照明光源22-24
• 2.4.3 LED 的发光原理24-28
• 2.4.4 LED 的选择与优势28-29
• 2.4.5 LED 灯在隧道的应用须知29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 适合高速公路隧道照明节能的 LED 功率的研究31-61
• 3.1 接近段亮度测定31-45
• 3.1.1 查表法31-33
• 3.1.2 亮度计算法（环境简图法）33-36
• 3.1.3 黑度法36-37
• 3.1.4 数码相机法37
• 3.1.5 数码相机法的改进研究37-45
• 3.2 入口段 LED 亮度测定45-50
• 3.2.1 SRN 主观评价方法45-46
• 3.2.2 察觉对比度法46-47
• 3.2.3 k 值法47-48
• 3.2.4 交通量、车速对入口段照明的影响48-50
• 3.2.5 规范对入口段照明的影响50
• 3.3 过渡段 LED 亮度测定50-52
• 3.4 中间段 LED 亮度测定52-60
• 3.4.1 车速、能见度、交通量对中间段照明的影响52-56
• 3.4.2 中间视觉对中间段照明的影响56-58
• 3.4.3 司辰视觉与照明节能58-60
• 3.5 出口段 LED 亮度测定60
• 3.6 本章小结60-61
• 第四章 适合高速公路隧道照明节能的 LED 控制的研究61-97
• 4.1 高速公路隧道照明的控制要求61
• 4.2 高速公路隧道照明的控制方式61-64
• 4.2.1 手动控制62
• 4.2.2 时序控制62-63
• 4.2.3 自动实时控制63-64
• 4.3 适用于高速公路隧道 LED 照明的自动实时控制模型64
• 4.4 LED 照明控制策略判定64-73
• 4.4.1 模糊控制65-66
• 4.4.2 神经网络66-67
• 4.4.3 基于神经网络的模糊控制模型67-68
• 4.4.4 控制模型应用68-73
• 4.5 LED 无级调光控制模式73-75
• 4.5.1 LED 调光控制模式73
• 4.5.2 LED 无级调光模式73-74
• 4.5.3 PWM 设计74-75
• 4.6 照明控制网络的构建75-77
• 4.6.1 光纤以太网75-76
• 4.6.2 RS485 总线设计76
• 4.6.3 DALI 控制协议76-77
• 4.7 照明控制系统设计77-92
• 4.7.1 总体设计77-80
• 4.7.2 本地DALI 控制器设计80-90
• 4.7.3 可调光LED 镇流器设计90-92
• 4.8 照明控制软件设计92-96
• 4.9 本章小结96-97
• 第五章 高速公路隧道 LED 照明节能效益评估97-103
• 5.1 渝合高速某隧道当前情况介绍97-98
• 5.2 使用LED 进行照明估计节约的能耗98-102
• 5.2.1 优化照明参数并使用 LED 灯具的节能效益98-101
• 5.2.2 增加LED 隧道照明自动实时控制系统的节能效益101-102
• 5.3 本章小结102-103
• 第六章 结论与展望103-105
• 6.1 结论103-104
• 6.2 创新点104
• 6.3 进一步工作的方向104-105
• 致谢105-106
• 参考文献106-108
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果108

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