[发明专利]一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型及方法

权利要求书

1.一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型，其特征在于，该优化模型以灯具的功率、安装高度、纵向安装间距为优化参数，以公路隧道路面照度、亮度、照度均匀度、频闪满足交通安全的要求为约束条件，以隧道中间段照明总功耗最小为目标。

2.根据权利要求1所述的一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型，其特征在于，各灯具的型号和配光数据表均相同。

3.如权利要求1所述的一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型，其特征在于，各灯具的功率、发光效率、灯具利用系数和灯具养护系数均相同。

4.如权利要求1所述的一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型，其特征在于，各灯具的安装高度、纵向安装间距均相同。

5.如权利要求1所述的一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型，其特征在于，各灯具的短轴配光剖面设为C0/180配光剖面。

6.如权利要求1所述的一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型，其特征在于，各灯具安装时，C0/180配光剖面与隧道纵向垂直。

7.如权利要求1所述的一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型，其特征在于，根据各灯具与路面计算点的位置关系，确定各灯具到路面计算点的光线与相应灯具光轴线间的夹角以及该光线所在配光剖面与相应灯具C0/180配光剖面之间的夹角。

8.如权利要求1所述的一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型，其特征在于，根据各灯具到路面计算点的光线与相应灯具光轴线间的夹角以及该光线所在配光剖面与C0/180配光剖面之间的夹角，确定各灯具在相应光线方向处的实际发光强度。

9.一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化方法，其特征在于，按下列步骤进行：

S1、确定计算区域、计算用的灯具数量和坐标系

以相邻的2盏灯具之间的路面区域为计算区域，该区域内的点为计算点，同时考虑计算区域外侧相邻的2盏灯具对计算区域内计算点照度的影响，共有4盏灯具对计算点的照度产生影响；以隧道纵向为X轴、隧道横向为Y轴、高度方向为Z轴，以计算区域的中心点为原点，建立三维直角坐标系；

S2、依据灯具配光数据，确定偏离灯具光轴线γ角处的实际光强I_c(γ，θ)的计算式

其中，γ为灯具光线与灯具光轴线的夹角；θ为灯具光线所在配光剖面与C0/180配光剖面的夹角；I_c(γ，θ)为灯具光源处的发光强度；I₁₀₀₀(γ，θ)为灯具配光数据表中与γ角和θ角对应的光强值；η₀为灯具光输出率；η为灯具利用系数；M为灯具养护系数；p为灯具功率；q为灯具的发光效率；

S3、基于灯具配光数据，确定每盏灯具在隧道路面计算点b(x,y)处产生的水平照度E_bi

(1)确定每盏灯具照射到隧道路面计算点b(x,y)处的光线与灯具光轴线的夹角

1

其中，(x,y)为b点坐标；γ_i(i＝1,2,3,4)为第i个灯具照到b点的光线与该灯具光轴线的夹角；h为灯具光源中心至路面的垂直距离；s为灯具纵向间距；

(2)确定每盏灯具照射到隧道路面计算点b(x,y)处的光线所在配光剖面与C0/180配光剖面的夹角

其中，θ_i(i＝1,2,3,4)为第i个灯具照到b点的光线所在配光剖面与该灯具C0/180配光剖面的夹角；

(3)确定每盏灯具在隧道路面计算点b(x,y)处产生的水平照度

其中，I_c(γ_i，θ_i)(i＝1,2,3,4)为第i个灯具在b点光线方向的实际发光强度；

S4、确定基于灯具配光数据的公路隧道路面任一计算点的总水平照度

计算区域内任一计算点b(x,y)处的总水平照度是计算区域周边共4盏灯具在该计算点处产生的水平照度之和，即：

S5、建立公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型

min P＝n·p＝Lp/s

2

E_min＝min{E_i,j},i＝1,2,...,N₁,j＝1,2,...,N₂

E_cmin＝min{E_i,j},i＝1,2,...,N₁,j＝N₂/2

E_cmax＝max{E_i,j},i＝1,2,...,N₁,j＝N₂/2

其中，H_min为灯具安装高度最小值；H_max为灯具安装高度最大值；n为灯具总数量；P为n盏灯具的总功率；L为隧道中间段长度；E₀为满足交通要求的中间段最小照度值；E_min为路面最小照度值；E_cmin为隧道路面中线上的最小照度；E_cmax为隧道路面中线上的最大照度；E_av为隧道路面平均照度；N₁为计算区域纵向等分的节点数；N₂为计算区域横向等分的节点数；U₀为路面亮度总均匀度；U₁为路面中线亮度纵向均匀度；α₁、α₂分别为灯具纵向(±X方向)的发光角度；β₁、β₂分别为灯具横向(±Y方向)的发光角度；d为整个隧道路面的宽度；

S6、对所得布灯参数优化值进行仿真验证

根据优化模型求得的布灯参数优化值进行布灯，建立隧道中间段照明仿真模型并进行计算，算出隧道路面的最小照度、平均照度、亮度总均匀度、中线亮度纵向均匀度，并与标准要求值比较；与常规布灯方案比较，计算节电率。