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公路隧道照明系统节能技术研究

作　者: 王志伟
导　师: 杨超；范士娟
学　校: 华东交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 隧道照明节能技术照明光源布灯方式逆光照明智能控制
分类号: U453.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在经济和社会不断发展的今天,隧道给公路交通带来了极大的便利,为了提供一个良好的视觉环境以确保驾驶员的行车安全,隧道照明设施起着至关重要的作用。由于汽车驾驶员在进、出隧道时存在的视觉适应问题,保障白天和夜间行驶车辆能够以设计的行车速度安全地接近、穿过隧道,是隧道照明设计时必须考虑的问题。隧道照明是隧道内能耗最高的用电设施,在确保行车安全的前提下,对隧道照明系统进行优化设计,最大程度的降低隧道照明的能耗,节约运营成本,具有重要的现实意义。针对现有隧道照明存在能耗过大的问题,本文从光源特性、布灯方式、配光形式和控制方案四方面对公路隧道照明系统节能技术进行了研究。通过对比各照明光源的性能,分析了各光源应用于隧道照明的适用性;利用DIAlux软件对HPS和LED光源进行了仿真实验,结果证明LED具有更高的光效,在节能方面优势明显且显色性也要好于HPS;将最新的中间视觉理论应用于隧道照明,在提高了路面照明质量的同时,还可以实现一定程度的节能。研究了对称布置、交错布置和中央布置三种布灯方式的布灯效率,结果显示中央布置的效率最高,交错布置要好于对称布置,在适当的隧道内采用中央布灯方式可以提高光效,节约光源消耗的功率;建立了单灯布置及上述三种布灯方式的数学建模,并对其进行了优化设计。采用照明设计软件DIAlux对横向对称照明、纵向对称照明和逆光照明三种配光形式的照明系统进行了仿真研究,结果表明逆光照明系统适合于入口段照明,同时可以提高隧道内的光照效率,节约能耗;研究还发现纵向对称照明相比于其他两种配光形式具有更好的路面均匀度,可以实现灯具在中间段大间距布置,减少灯具的使用数量;对影响逆光照明的因素进行了研究。提出了两种隧道照明控制方案,即“基于模糊理论的隧道照明控制方案”和“基于无级调光的隧道照明控制方案”,并对两种控制方案进行了设计;建立了相应的控制模型,设计了程序控制流程,最后通过模拟隧道内外环境状况,对上述两种控制方案与四级控制之间的照明效果进行了比较,结果表明无级调光控制方案的节能效果最好,模糊调光控制方案要好于四级调光控制方案。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景  10-11
  1.2 课题的研究意义  11-12
  1.3 国内外的研究概况  12-14
    1.3.1 国外研究概况  12-13
    1.3.2 国内研究概况  13-14
  1.4 隧道照明发展趋势  14-15
  1.5 课题主要研究内容  15-17
第二章公路隧道照明研究基础  17-32
  2.1 隧道照明视觉特点  17
  2.2 隧道照明相关概念  17-21
    2.2.1 光的度量方法  17-19
    2.2.2 人眼视觉特性  19-21
  2.3 隧道照明质量评价  21-25
    2.3.1 路面平均亮度  21-22
    2.3.2 路面亮度均匀度  22-23
    2.3.3 隧道内眩光限制  23-24
    2.3.4 道路照明诱导性  24-25
  2.4 隧道照明设计参数  25-26
    2.4.1 隧道洞外亮度  25-26
    2.4.2 路面反射系数  26
    2.4.3 隧道内交通流  26
  2.5 隧道照明规范设计  26-31
    2.5.1 隧道白天照明  27-30
    2.5.2 隧道夜间照明  30-31
    2.5.3 隧道应急照明  31
  2.6 本章小结  31-32
第三章隧道照明光源节能研究  32-43
  3.1 隧道照明光源特性  32-33
  3.2 隧道照明灯具要求  33-34
  3.3 照明仿真设计软件  34-35
  3.4 照明光源仿真实验  35-38
    3.4.1 仿真实验条件  35
    3.4.2 仿真实验方法  35-36
    3.4.3 仿真实验结果  36-38
    3.4.4 实验结果分析  38
  3.5 中间视觉理论应用  38-42
    3.5.1 中间视觉理论  38-39
    3.5.2 仿真实验研究  39-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章隧道照明布灯节能研究  43-54
  4.1 隧道照明布灯方案  43-44
  4.2 隧道布灯光照效率  44-47
  4.3 照明布灯方案优化  47-53
    4.3.1 单灯优化问题  48-49
    4.3.2 中央布灯优化  49-50
    4.3.3 对称布灯优化  50-52
    4.3.4 交错布灯优化  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章隧道照明配光节能研究  54-60
  5.1 隧道照明配光形式  54-55
  5.2 配光仿真实验研究  55-57
  5.3 逆光照明影响因素  57-59
    5.3.1 灯具安装倾角  57
    5.3.2 墙面反射系数  57-58
    5.3.3 灯具安装高度  58-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章隧道照明控制节能研究  60-74
  6.1 模糊理论控制方案  60-67
    6.1.1 模糊控制理论  60-61
    6.1.2 DALI总线系统  61-62
    6.1.3 DALI系统结构  62-63
    6.1.4 模糊控制模型  63-67
  6.2 无级调光控制方案  67-72
    6.2.1 照明控制策略  68-71
    6.2.2 程序控制流程  71-72
  6.3 节能效果仿真分析  72-73
  6.4 本章小结  73-74
第七章总结及展望  74-76
  7.1 主要工作回顾  74-75
  7.2 今后工作展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
附录A 在读期间发表的学术论文  81

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