一种公路隧道口外延伸段的调光系统及方法与流程

本发明属于隧道照明技术领域，涉及一种公路隧道口外延伸段的调光系统及方法。

背景技术：

中国已成为世界上公路隧道数量最多、里程最长、发展速度最快的国家，公路隧道为人们出行提供快捷、便利的同时，其照明尤其是出入口的照明对行车安全的影响越来越成为人们关注的焦点。由于公路隧道是一个半封闭空间，其照明与一般的道路照明存在很大的区别，驾驶员行车出入隧道时会受到隧道内外光照亮度的巨大反差而产生视觉上的“白洞效应”或“黑洞效应”，这种因“白洞、黑洞效应”所引起的视觉不舒适性给行车安全带来影响，严重时会引发交通事故，造成生命和财产损失。

为了使驾驶员在出入隧道的行车过程中有良好的视觉过渡，在隧道交通的照明设计中，设计人员会在隧道口与普通道路之间增设一定长度的延伸段，并在该延伸段设置相应的减光装置以改善隧道外延伸段光照强度的强烈反差。目前，针对延伸段光照环境的控制方法主要有：(1)减光法，如专利号zl200710055263.2公开了一种设置在公路隧道口处的减光棚，其方法是在公路隧道口设置横跨公路两侧的减光棚，减光棚由透明棚板组成并在棚板内侧或外侧贴设减光膜，减光膜从棚的进口端到出口端由完全透明逐渐连续变化到弱透明。该方法解决了隧道延伸段光照强度的强弱过渡，但其缺陷是延伸段的光照强弱过渡不能随日照变化而自适应调整，缺乏调光的灵活性；(2)光照控制法，如专利号zl201310125219.x公开了一种公路隧道照明系统及照明方法，其采用的方法是在隧道两端口部位设置照明灯和遮光棚，并在遮光棚内侧布置大量的液晶光阀板，通过控制照明灯和液晶光阀板实现遮光棚外端至隧道端口段的照度过渡，该方法能够根据自然光的强度自适应调整延伸段的光照环境，但其不足是大量布设液晶光阀板提高了建设和维护成本，也增加了施工和维护的难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种公路隧道口外延伸段的调光系统及方法，该系统及方法能够自适应的实现隧道延伸段内光照强度强弱的过渡，调光的灵活性较高，并且建设及维护成本低，施工难度低。

为达到上述目的，本发明所述的公路隧道口外延伸段的调光系统包括总控制器、设置于隧道口外的遮光棚，其中，所述遮光棚沿道路方向分布；

所述遮光棚包括支撑架及固定于支撑架上的外罩板，其中，遮光棚沿道路方向依次分为若干区段，各区段内均设有遮光片支架，遮光片支架固定于外罩板的内侧面上，遮光片支架内沿道路方向依次活动连接有若干遮光片，遮光片支架上固定有用于带动各遮光片转动的驱动装置，外罩板的外壁上设置有用于检测外罩板外光照强度的第一光照传感器，隧道口内设置有用于检测隧道口处光照强度的第二光照传感器，区段内均设置有用于检测区段内光照强度的第三光照传感器，其中，第一光照传感器的输出端、第二光照传感器的输出端及第三光照传感器的输出端均与总控制器的输入端相连接，总控制器的输出端与各驱动装置的控制端相连接。

遮光片支架通过螺栓或粘合剂固定于外罩板的内侧面上。

驱动装置包括第一滑轮组、第二滑轮组、步进电机、减速器、牵引线及区段控制器，其中，第一滑轮组及第二滑轮组分别固定于遮光片支架的两端，且各遮光片位于第一滑轮组及第二滑轮组之间，牵引线的一端缠绕于第一滑轮组上，牵引线的另一端依次穿过各遮光片下部的侧面，再绕过第一滑轮组，然后再穿过并固定于各遮光片上部的侧面，最后绕过第二滑轮组后与减速器的输出轴相连接，步进电机的控制端与区段控制器的输出端相连接，步进电机的输出轴与减速器的输入轴相连接，区段控制器与总控制器相连接。

所述支撑架为拱形框架结构，支撑架由若干沿道路方向依次分布的钢筋砼拱梁组成，其中，相邻两个钢筋砼拱梁之间通过跨接拱梁相连接。

各遮光片的两端均通过活动轴活动连接于遮光片支架的内侧面上。

所述外罩板由若干透光板及非透光板拼接而成，其中，非透明板位于透明板的两侧，且其中，si为第i区段上方透光板的面积，ai为第i区段上方非透光板的面积，α∈[0.5，0.7]，n为区段的数目，t为车辆按设计速度穿过遮光棚的时间。

遮光棚的总长度为l＝v·t，其中，v为隧道所在道路的设计时速，t为车辆按设计速度穿过遮光棚的时间，各区段的长度相同。

本发明所述的公路隧道口外延伸段的调光方法包括以下步骤：

1)第一光照传感器实时检测外罩板外的光照强度信息，并将外罩板外的光照强度信息发送至总控制器中，第二光照传感器实时检测隧道口处的光照强度信息，并将隧道口处的光照强度信息发送至总控制器中，总控制器根据隧道口处的光照强度信息与外罩板外的光照强度信息之间的差值确定各区段内光照强度的设定值；

2)各第三光照传感器实时采集各区段内光照强度的实测值，然后将各区段内光照强度的实测值发送至总控制器中，总控制器计算各区段内光照强度的实测值与与其对应的设定值之间的差值，当各区段内光照强度的实测值与与其对应的设定值之间的差值大于等于预设阈值时，则产生控制信号，并将所述控制信号发送至对应区段控制器中，区段控制器根据所述控制信号控制步进电机工作，步进电机通过减速器拉动牵引线，并通过牵引线带动对应遮光片支架内的各遮光片转动，从而使各区段内光照强度的实测值与与其对应的设定值之间的差值小于等于预设阈值，完成公路隧道口外延伸段的调光。

还包括：当区段控制器完成对步进电机的控制后，则产生反馈信息，并将所述反馈信息发送至总控制器中。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的公路隧道口外延伸段的调光系统及方法在具体操作时，总控制器通过第一光照传感器、第二光照传感器及第三光照传感器分别检测外罩板外的光照强度信息、隧道口的光照强度信息及各区段内的光照强度信息，再根据外罩板外的光照强度信息与隧道口的光照强度信息之间的差值设定各区段内光照强度的设定值，然后根据各区段内光照强度的设定值及各区段内光照强度的实测值通过区段控制器控制步进电机工作，从而通过步进电机带动遮光片转动，通过调节遮光片水平方向的面积，实现隧道延伸段内光照强度强弱的过渡，结构简单，操作方便，能够根据日照变化自适应的调整遮光片的转动角度，调光灵活性较高，并且结构简单，建造成本及维护成本低，施工难度小。

进一步，外罩板通过透光板及非透光板构成，可以实现遮光棚内光照强度的初步调整，并减少遮光片的数量，降低建造成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明中遮光棚1的截面图；

图4为本发明中驱动装置13的结构示意图；

图5为本发明的控制原理图。

其中，1为遮光棚、2为道路、3为支撑架、4为外罩板、5为透光板5、6为非透光板、7为隧道口、8为遮光棚基础、9为通风孔、10为第三光照传感器、11为第一光照传感器、12为第二光照传感器、13为驱动装置、14为遮光片支架、15为遮光片、16为第一滑轮组、17为牵引线、18为活动轴、19为区段控制器、20为总控制器、21为减速器、22为步进电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1、图2、图3、图4及图5，本发明所述的公路隧道口外延伸段的调光系统包括总控制器20、设置于隧道口7外的遮光棚1，其中，所述遮光棚1沿道路2方向分布；所述遮光棚1包括支撑架3及固定于支撑架3上的外罩板4，其中，遮光棚1沿道路2方向依次分为若干区段，各区段内均设有遮光片支架14，遮光片支架14固定于外罩板4的内侧面上，遮光片支架14内沿道路2方向依次活动连接有若干遮光片15，遮光片支架14上固定有用于带动各遮光片15转动的驱动装置13，外罩板4的外壁上设置有用于检测外罩板4外光照强度的第一光照传感器11，隧道口7内设置有用于检测隧道口7处光照强度的第二光照传感器12，区段内均设置有用于检测区段内光照强度的第三光照传感器10，其中，第一光照传感器11的输出端、第二光照传感器12的输出端及第三光照传感器10的输出端均与总控制器20的输入端相连接，总控制器20的输出端与各驱动装置13的控制端相连接；遮光片支架14通过螺栓或粘合剂固定于外罩板4的内侧面上。

驱动装置13包括第一滑轮组16、第二滑轮组、步进电机22、减速器21、牵引线17及区段控制器19，其中，第一滑轮组16及第二滑轮组分别固定于遮光片支架14的两端，且各遮光片15位于第一滑轮组16及第二滑轮组之间，牵引线17的一端缠绕于第一滑轮组16上，牵引线17的另一端依次穿过各遮光片15下部的侧面，再绕过第一滑轮组16，然后再穿过并固定于各遮光片15上部的侧面，最后绕过第二滑轮组后与减速器21的输出轴相连接，步进电机22的控制端与区段控制器19的输出端相连接，步进电机22的输出轴与减速器21的输入轴相连接，区段控制器19与总控制器20相连接。

所述支撑架3为拱形框架结构，支撑架3由若干沿道路2方向依次分布的钢筋砼拱梁组成，其中，相邻两个钢筋砼拱梁之间通过跨接拱梁相连接；各遮光片15的两端均通过活动轴18活动连接于遮光片支架14的内侧面上。另外需要说明的是，支撑架3固定于遮光棚基础8上。

本发明所述的公路隧道口外延伸段的调光方法包括以下步骤：

1)第一光照传感器11实时检测外罩板4外的光照强度信息，并将外罩板4外的光照强度信息发送至总控制器中，第二光照传感器12实时检测隧道口7处的光照强度信息，并将隧道口7处的光照强度信息发送至总控制器中，总控制器根据隧道口7处的光照强度信息与外罩板4外的光照强度信息之间的差值确定各区段内光照强度的设定值；

2)各第三光照传感器10实时采集各区段内光照强度的实测值，然后将各区段内光照强度的实测值发送至总控制器20中，总控制器20计算各区段内光照强度的实测值与与其对应的设定值之间的差值，当各区段内光照强度的实测值与与其对应的设定值之间的差值大于等于预设阈值时，则产生控制信号，并将所述控制信号发送至对应区段控制器19中，区段控制器19根据所述控制信号控制步进电机22工作，步进电机22通过减速器21拉动牵引线17，并通过牵引线17带动对应遮光片支架14内的各遮光片15转动，从而使各区段内光照强度的实测值与与其对应的设定值之间的差值小于等于预设阈值，完成公路隧道口7外延伸段的调光。

还包括：当区段控制器19完成对步进电机22的控制后，则产生反馈信息，并将所述反馈信息发送至总控制器20中。

所述外罩板4由若干透光板5及非透光板6拼接而成，其中，非透明板位于透明板的两侧，且其中，si为第i区段上方透光板5的面积，ai为第i区段上方非透光板6的面积，α∈[0.5，0.7]，n为区段的数目，t为车辆按设计速度穿过遮光棚1的时间。

遮光棚1的总长度为l＝v·t，其中，v为隧道所在道路2的设计时速，t为车辆按设计速度穿过遮光棚1的时间，各区段的长度相同。

总控制器20通过can总线与各区段控制器19相连接，总控制器20与隧道内照明系统的控制器相连接，以实现隧道延伸段的调光与隧道口7及隧道内照明的联动控制，从而保证在隧道行车安全和照明均匀过渡的前提下，实现照明的节能。

上述实施例为本发明的较优选实施例，凡本技术领域技术人员依本发明的构思在现有技术基础上通过简单部件替换得到的技术方案，均应属于本发明的保护范围。