[發(fā)明專利]一種考慮側(cè)壁漫反射的公路隧道照明布燈參數(shù)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110941700.0
• 申請(qǐng)日: 2021-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN113806911B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈奕;朱合華;閆治國(guó);周龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/13;G06N3/006;G06F111/04
• 代理公司: 上海德昭知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發(fā)明提供一種考慮側(cè)壁漫反射的公路隧道照明布燈參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1，確定路面計(jì)算區(qū)域、側(cè)壁計(jì)算區(qū)域和燈具選取數(shù)目，將的路面計(jì)算區(qū)域和側(cè)壁計(jì)算區(qū)域按網(wǎng)格形式進(jìn)行劃分；步驟S2，建立空間計(jì)算坐標(biāo)系，引進(jìn)布燈參數(shù)；步驟S3，根據(jù)燈具配光數(shù)據(jù)，計(jì)算燈具直射光對(duì)路面計(jì)算區(qū)域的計(jì)算點(diǎn)的路面水平照度；步驟S4，根據(jù)燈具配光數(shù)據(jù)，計(jì)算燈具直射光對(duì)側(cè)壁計(jì)算區(qū)域的離散單元的側(cè)壁水平照度；步驟S5，基于漫反射假定，計(jì)算出離散單元的反射光在計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的側(cè)壁反射水平照度；步驟S6，計(jì)算得到路面總照度；步驟S7，建立兩側(cè)對(duì)稱布燈參數(shù)數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，利用粒子群優(yōu)化方法求解并輸出最優(yōu)的布燈參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種考慮側(cè)壁漫反射的公路隧道照明布燈參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)公路隧道的迅猛發(fā)展，隧道照明系統(tǒng)的重要性日益凸顯，隧道照明布燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響隧道駕駛安全與隧道運(yùn)營(yíng)能耗。然而規(guī)范中雖然規(guī)定了兩側(cè)對(duì)稱、兩側(cè)交錯(cuò)、中線布燈等布燈方式，但并未對(duì)布燈方式對(duì)應(yīng)的布燈參數(shù)選取進(jìn)行有效指導(dǎo)，實(shí)際工程中工程師大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)假設(shè)來(lái)進(jìn)行布燈設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致隧道工程容易出現(xiàn)過(guò)度照明、照明不足等問題，隨著計(jì)算理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的提升，建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型對(duì)隧道布燈參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化求解逐漸成為可能。布燈參數(shù)數(shù)學(xué)模型優(yōu)化的思路在于基于合理的空間照度計(jì)算方法建立布燈參數(shù)數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，采用優(yōu)化算法求解器對(duì)模型進(jìn)行求解來(lái)對(duì)布燈參數(shù)或照明燈具進(jìn)行優(yōu)化，從而在光環(huán)境合規(guī)的前提下盡可能降低總照明能耗。

李棟林提出了一種基于蟻群算法原理的隧道布燈參數(shù)優(yōu)化方法，優(yōu)化參數(shù)為燈具間距、橫向角度、縱向角度、燈具布設(shè)高度，優(yōu)化目標(biāo)為路面亮度達(dá)到規(guī)范值。流程初步實(shí)現(xiàn)了布燈參數(shù)的求解，然而主要存在以下問題：(1)優(yōu)化參數(shù)未包含燈具功率，從而無(wú)法對(duì)燈具的功率選型、調(diào)光設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)；(2)優(yōu)化目標(biāo)僅為路面亮度，沒有對(duì)路面均勻度類指標(biāo)、側(cè)壁光環(huán)境指標(biāo)、閃爍頻率等指標(biāo)進(jìn)行約束，所給出的優(yōu)化方案缺乏應(yīng)用價(jià)值；(3)在隧道空間照度計(jì)算中，缺乏對(duì)隧道幾何結(jié)構(gòu)的考慮，沒有考慮側(cè)壁光反射對(duì)路面照度的增量影響。

黃傳茂，楊超建立了兩側(cè)交錯(cuò)、兩側(cè)對(duì)稱、中線布燈等布燈方式對(duì)應(yīng)的隧道中間段布燈參數(shù)優(yōu)化模型，該類模型以中間段照明總功率為優(yōu)化目標(biāo)。雖然建立了安全限值與節(jié)能優(yōu)化之間的關(guān)系，然而該模型對(duì)光環(huán)境指標(biāo)的限值僅考慮了路面，未考慮我國(guó)隧道照明規(guī)范對(duì)側(cè)壁光環(huán)境的約束；其次，在對(duì)路面照度的計(jì)算中仍未考慮側(cè)壁反射的影響；最后，考慮的燈具數(shù)較少，不適用與連續(xù)布燈的工況。

肖宇將上述優(yōu)化模型的應(yīng)用場(chǎng)景推廣至過(guò)渡段和入口段，并采用遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解，但仍未考慮隧道布燈參數(shù)數(shù)學(xué)優(yōu)化問題中對(duì)光環(huán)境指標(biāo)限制。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種考慮側(cè)壁漫反射的公路隧道照明布燈參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1，確定路面計(jì)算區(qū)域、側(cè)壁計(jì)算區(qū)域和燈具選取數(shù)目，將的路面計(jì)算區(qū)域和側(cè)壁計(jì)算區(qū)域按網(wǎng)格形式進(jìn)行劃分，得到路面計(jì)算區(qū)域內(nèi)的n₀個(gè)計(jì)算點(diǎn)和側(cè)壁計(jì)算區(qū)域內(nèi)的m₀個(gè)離散單元；步驟S2，建立空間計(jì)算坐標(biāo)系，引進(jìn)布燈參數(shù)；步驟S3，根據(jù)燈具配光數(shù)據(jù)，計(jì)算燈具直射光對(duì)計(jì)算點(diǎn)的路面水平照度E_{s_r}；步驟S4，根據(jù)燈具配光數(shù)據(jù)，計(jì)算燈具直射光對(duì)離散單元的側(cè)壁水平照度E_{w_k}；步驟S5，基于漫反射假定，根據(jù)水平照度E_{w_k}，計(jì)算出離散單元的反射光在計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的側(cè)壁反射水平照度E_{f_r}；步驟S6，通過(guò)路面水平照度E_{s_r}和側(cè)壁反射水平照度E_{f_r}，計(jì)算得到路面總照度E_r；步驟S7，建立兩側(cè)對(duì)稱布燈參數(shù)數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，通過(guò)路面總照度E_r利用粒子群優(yōu)化方法求解并輸出最優(yōu)的布燈參數(shù)。

本發(fā)明提供的一種考慮側(cè)壁漫反射的公路隧道照明布燈參數(shù)優(yōu)化方法，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，路面水平照度E_{s_r}的具體表達(dá)式為：