[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型及方法，属于公路隧道照明节能技术研究领域。

背景技术

隧道照明是高速公路隧道内必须安装的设备系统，是高速公路隧道营运安全的基本保障，同时隧道照明系统又是高速公路隧道内的高能耗系统，照明能耗成本在高速公路隧道运营成本中占有很大比重。根据《公路隧道照明设计细则》，长度大于100m的隧道均应设置照明。有关公路隧道用电量统计表明，隧道每公里年电费为40余万元；随着我国高速公路建设步伐的加快，高速公路隧道里程还将不断增加，巨大的照明能耗和费用既给隧道运营单位造成巨大负担，也不符合国家倡导的“节能减排”要求。因此，对隧道照明节能进行技术研究非常具有非常重要现实意义。

我国的《公路隧道照明设计细则》只规定了隧道照明灯具的布置形式，但没有给出灯具安装参数的优化方法，国际照明委员会标准也存在同样的问题。在实际隧道照明设计中，通常是凭借经验进行灯具的安装，由于灯具安装参数不合理导致照明光线不足(欠照明)或浪费(过照明)的现象较为普遍，对照明灯具的安装参数进行优化可以避免或减少这种现象。但大部分国内外专家和学者对隧道照明的节能技术研究，主要集中在照明控制方面，而在布灯参数优化方面的研究相对较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型及方法，可以实现隧道照明灯具在工作寿命内，充分发挥其照明能力，减少或避免隧道路面“过照明”、和“欠照明”现象，在满足交通安全要求的前提下，实现隧道照明系统的节能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一方面公开了一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化模型，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。

进一步地，各灯具的型号和配光数据表均相同。

进一步地，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。

进一步地，各灯具的安装高度、纵向安装间距均相同。

进一步地，各灯具的短轴配光剖面设为C0/180配光剖面。

进一步地，各灯具安装时，C0/180配光剖面与隧道纵向垂直。

进一步地，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。

进一步地，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。

本发明的另一个方面公开了一种公路隧道中间段照明中央布灯参数优化方法，其按下列步骤进行：

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

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