[发明专利]一种公路隧道中间段照明对称布灯参数优化方法

权利要求书

1.一种公路隧道中间段照明对称布灯参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立坐标系：以隧道纵向为X轴、隧道横向为Y轴、高度方向为Z轴，建立三维直角坐标系；

对于待优化的隧道中间段，设其长度为L；

设在隧道中间段左右两侧对称布置两排灯具，分别为左排灯具和右排灯具；其中，左排灯具和右排灯具的横向间距为d₁，每排灯具的纵向间距相同，为S；假设隧道中间段共布置灯具数量为n个，因此，左排灯具按顺序依次记为：Z₁、Z₂…Z_n/2，各灯具在路面的投影点依次记为O₁、O₂…O_n/2；右排灯具按顺序依次记为：Y₁、Y₂…Y_n/2，各灯具在路面的投影点依次记为O₁’、O₂’…O_n/2’；

以相邻的4盏灯具在路面的投影点所围成的区域沿Y轴的外延有效隧道路面区域称为计算区域，因此，隧道中间段被划分为L/S个计算区域，分别为计算区域J₁、计算区域J₂…计算区域J_L/S；即：计算区域J₁为投影点O₁、投影点O₂、投影点O₂’和投影点O₁’围成的区域沿Y轴的外延有效隧道路面区域；计算区域J₂为投影点O₃、投影点O₄、投影点O₄’和投影点O₃’围成的区域沿Y轴的外延有效隧道路面区域；依此类推，计算区域J_L/S为投影点O_L/S、投影点O_L/S+1、投影点O_L/S+1’和投影点O_L/S’围成的区域沿Y轴的外延有效隧道路面区域；

步骤二：对于位于两端的计算区域J₁和计算区域J_L/S，作以下处理：

对于计算区域J₁，在投影点O₁左侧的属于过渡区域的相邻灯具记为Z₀，其在路面的投影点记为O₀；在投影点O₁’左侧的属于过渡区域的相邻灯具记为Y₀，其在路面的投影点记为O₀’；

对于计算区域J_L/S，在投影点O_L/S+1右侧的属于过渡区域的相邻灯具记为Z₀₀，其在路面的投影点记为O₀₀；在投影点O_L/S+1’右侧的属于过渡区域的相邻灯具记为Y₀₀，其在路面的投影点记为O₀₀’；

因此，对于计算区域J₁，对应的8个最相邻灯具依次为Z₀ Y₀ Z₁ Y₁ Z₂ Y₂ Z₃ Y₃，依次记为计算区域J₁第1灯具、计算区域J₁第2灯具…计算区域J₁第8灯具；

对于计算区域J₂，对应的8个最相邻灯具依次为Z₁ Y₁ Z₂ Y₂ Z₃ Y₃ Z₄ Y₄，依次记为计算区域J₂第1灯具、计算区域J₂第2灯具…计算区域J₂第8灯具；

对于计算区域J₃，对应的8个最相邻灯具依次为Z₂ Y₂ Z₃ Y₃ Z₄ Y₄ Z₅ Y₅，依次记为计算区域J₃第1灯具、计算区域J₃第2灯具…计算区域J₃第8灯具；

依此类推，直到计算区域J_L/S-1，对应的8个最相邻灯具依次为Z_L/S-2 Y_L/S-2 Z_L/S-1Y_L/S-1Z_L/S Y_L/S Z_L/S+1 Y_L/S+1；依次记为计算区域J_L/S-1第1灯具、计算区域J_L/S-1第2灯具…计算区域J_L/S-1第8灯具；

对于计算区域J_L/S，对应的8个最相邻灯具依次为Z_L/S-1 Y_L/S-1 Z_L/S Y_L/S Z_L/S+1 Y_L/S+1 Z₀₀Y₀₀；依次记为计算区域J_L/S第1灯具、计算区域J_L/S第2灯具…计算区域J_L/S第8灯具；

步骤三：依据灯具配光数据，确定偏离灯具光轴线γ角处的实际发光光强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为单个灯具功率；q为灯具的发光效率；

步骤四：对于每个计算区域内任意的隧道路面计算点b(x,y)，采用以下方法确定与该计算区域对应的最相邻的8个灯具在隧道路面计算点b(x,y)处产生的水平照度E_bi：

(1)确定各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：

(2)确定各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：

(3)确定各盏灯具在隧道路面计算点b(x,y)处产生的水平照度：

其中：(x,y)为b点坐标；γ_i为计算区域第i灯具照到b点的光线与该灯具光轴线的夹角；θ_i为计算区域第i灯具照到b点的光线所在配光剖面与该灯具C0/180配光剖面的夹角；I_c(γ_i θ_i)为第i灯具在b点光线方向的实际发光强度；H为灯具光源中心至路面的垂直距离；S为灯具纵向间距；d₁为灯具横向间距；ξ为灯具光轴线在C0/180配光剖面内的仰角；

步骤五：确定基于灯具配光数据的公路隧道路面任一计算点的总水平照度：

计算区域内任一计算点b(x,y)处的总水平照度E_b是计算区域周边共8盏灯具在该计算点处产生的水平照度之和，即：

步骤六：建立公路隧道中间段照明对称布灯参数优化模型：

min P＝n·p＝[(2L/S)+2]·p

E_min＝min{E_i,j},i＝1,2,...,N₁,j＝1,2,...,N₂

E_cmin＝min{E_i,j},i＝1,2,...,N₁,j＝N₂/2

E_cmax＝max{E_i,j},i＝1,2,...,N₁,j＝N₂/2

其中，H_min为灯具安装高度最小值；H_max为灯具安装高度最大值；n为隧道中间段安装的灯具总数量；P为n盏灯具的总功率；L为隧道中间段长度；E₀为满足交通要求的中间段最小照度值；E_min为路面最小照度值；E_cmin为隧道路面中线上的最小照度；E_cmax为隧道路面中线上的最大照度；E_av为隧道路面平均照度；N₁为计算区域纵向等分的节点数；N₂为计算区域横向等分的节点数；U₀为路面亮度总均匀度；U₁为路面中线亮度纵向均匀度；α₁、α₂分别为灯具纵向沿X方向和-X方向的发光角度；β₁、β₂分别为灯具横向沿Y方向和-Y方向的发光角度；R为隧道洞身截面拱弧半径，单位为米；d为整个隧道路面的宽度；v为行车速度；H₀为隧道净高；对于E_i,j中的i代表纵向等分节点编号；j代表横向等分节点编号；E_i,j代表第j行第i列节点的照度；

步骤七：通过步骤一-步骤六，得到以下优化的布灯参数：灯具的功率、安装高度、纵向安装间距、横向安装间距和安装仰角。