[發明專利]高速公路長隧道出口段夜間照明優化方法

無效

• 申請號: 201310279540.3
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103383746A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 趙煒華;劉浩學;林淼;謝陳江;席海華
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷

1.一種高速公路長隧道出口段夜間照明優化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一，采集駕駛人瞳孔面積、隧道環境照度、駕駛人視覺適應時間數據；

步驟二，根據步驟一采集的駕駛人瞳孔面積、環境照度和駕駛人視覺適應時間數據分別建立駕駛人瞳孔面積與照度模型，照度與距隧道出口距離關系模型和駕駛人視覺適應模型；

其中駕駛人瞳孔面積與照度模型為：

取駕駛人瞳孔面積為Q、隧道環境照度為l，對夜間高速公路隧道出口段數據樣本建立ln(Q×l)與ln(l)的關系圖并進行回歸分析，駕駛人瞳孔面積與環境照度存在如式(1)的關系：

ln(Q×l)＝0.568ln(l)+9.252?????(1)

將式(1)寫成形式，整理得到駕駛人瞳孔面積Q與隧道環境照度l的關系函數，如式(2)所示：

Q=e^9.252×l^-0.432?????(2)

照度與距隧道出口距離關系模型：

隧道環境照度l與距出口的距離d是乘冪關系，擬合的關系式為：

l＝0.824d^0.972?????(3)

駕駛人視覺適應模型：

構建駕駛人瞳孔面積Q駕駛人在隧道中視覺適應時間t和相應隧道環境照度l的二元四次函數：

Q＝x₀+x₁t⁴+x₂t³+x₃t²+x₄t+x₅l⁴+x₆l³+x₇l²+x₈l+x₉tl³+x₁₀tl²+x₁₁tl+x₁₂t²l²+?????(4)

x₁₃t²l+x₁₄t³l+ε

式中：ε～N(0，σ²),表示隨機誤差的變量；

通過對駕駛人瞳孔面積Q與駕駛人在隧道中視覺適應時間t和相應隧道環境照度l多次測量統計，取得i組數值：

(t_i⁴,t_i³,t_i²,t_i¹,l_i⁴,l_i³,l_i²,l_i¹,t_il_i³,t_il_i²,t_il_i,t_i²l_i²,t_i²l_i,t_i³l_i,y_i),i＝1,2,…,n.?????(5)構成方程組如下：

y1=x0+x1t14+···+x14t13l1+ϵ1y2=x0+x1t24+···+x14t23l2+ϵ2...yn=x0+x1tn4+···+x14tn3ln+ϵn---(6)]]>

其中：ε₁,ε₂,…,ε_n相互獨立，

將方程組轉化成矩陣形式如式(7)：

Y＝λX+ε?????????????????????????????(7)

其中：Y=y1y2...yn,]]>λ=1t14t13···t13l11t24t23···t23l2...............1tn4tn3···tn3ln,]]>X=x0x1...x14]]>

向量Y，λ都是已知的，利用最小二乘法，計算出向量X的估計值，過程如下：

根據最小二乘法定義可以得到式(8)：

F(x0,x1,···,x14)=Σi=1n(y1-x0-x1ti4-···-x14ti3li)2---(8)]]>

向量X的最小二乘估計值，應滿足F取最小值時的解，對Q求偏導數，可以得到正規方程組如式(9)：

nx0+x1Σti4+···+x14Σti3li=Σyix0Σti4+x1Σti4ti4+···+x14Σti4ti3li=Σti4yi...x0Σti3li+x1Σti3liti4+···+x14Σti3liti3li=Σti3liyi---(9)]]>

相應的矩陣形式為λ^TY＝λ^TλX，λ^Tλ列滿秩，故向量X有唯一解，將其代入駕駛人瞳孔面積Q與駕駛人在隧道中視覺適應時間t和相應隧道環境照度l的二元四次函數式(4)中，即獲得駕駛人視覺適應函數模型，如式(10)所示：

Q(t,l)＝2007.246+0.046t⁴+0.539tl+0.002t²l²-0.031t³l-0.0000004744l⁴?(10)

步驟三：夜間長隧道出口段照明優化

利用matlab軟件做出駕駛人瞳孔面積Q、視覺適應時間t、相應環境照度l之間的三維曲面，駕駛人視覺適應函數模型中，瞳孔面積作因變量，分別對駕駛人在隧道中視覺適應時間t和相應隧道環境照度l求偏導數，建立式（11）方程組：

∂Q∂t=0∂Q∂l=0---(11)]]>

得到一系列數據組(t,l)，即為駕駛人適應隧道環境照度變化視覺要求的控制參數；選取數據組定為視覺適應時間t_n對應的照度值l_n；

將駕駛人適應隧道環境照度變化視覺要求的照明控制參數，按照駕駛人視覺適應時間進行相應的回歸擬合，其關系式為：

l＝-39.849ln(t)+119.209?????(12)

依據式(12)建立函數模型求解駕駛人不同視覺適應時間下所需要的環境照度值，直至隧道出口；然后再根據

d=250-∫0tvtdt=250-12vt2---(13)]]>

式中，d為距隧道出口的距離，t為視覺適應時間，v為車輛運行速度，確定距隧道出口距離d與駕駛人視覺適應時間t之間的關系；

將式(12)代入式(13)得到公式(14)，即可得到距隧道出口距離d、車速v與隧道優化照度l之間的關系：

l=-39.849×ln(2(250-d)/v+119.209---(14)]]>