基于多傳感信息融合的隧道智能照明控制系統(tǒng)

岳秀坤

(山西欣奧特自動(dòng)化工程有限公司,山西 太原 030012)

1 研究背景

近年來(lái),隨著我國(guó)的綜合實(shí)力和國(guó)民收入水平不斷地提高,經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展,人們生活水平不斷提高,機(jī)動(dòng)車輛的迅速增加帶來(lái)了諸多交通問(wèn)題,如何使車輛安全、高效、可靠地通行成為目前亟待解決的問(wèn)題。隧道照明與一般道路照明要求不同,隧道白天也需要照明,而且問(wèn)題比夜間更加復(fù)雜。照明系統(tǒng)是隧道機(jī)電工程中最重要的設(shè)施之一,也是車輛在隧道內(nèi)安全通行的基本保證,而合理的照明控制策略以及照明調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是保證照明系統(tǒng)安全可靠、高效節(jié)能的重要因素。

本文提出的基于多傳感信息融合的隧道智能照明控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、平臺(tái)控制模塊等一體化集成設(shè)計(jì),利用多種傳感檢測(cè)信號(hào)(光照強(qiáng)度、車流量、事件檢測(cè)、火災(zāi)報(bào)警等信號(hào)),采用信息融合技術(shù)和AI深度學(xué)習(xí)智能算法技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷、處理與分析生成控制方案,輸出相應(yīng)的控制信號(hào),從而精確地控制隧道照明燈具亮度,保證隧道內(nèi)行車安全[1]。

2 系統(tǒng)組成及方案設(shè)計(jì)

基于多傳感信息融合的隧道智能照明控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱本系統(tǒng))主要由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、系統(tǒng)平臺(tái)軟件、系統(tǒng)終端設(shè)備等組成[2]。

本系統(tǒng)硬件架構(gòu)采用基于“高性能硬件結(jié)構(gòu)+AI深度學(xué)習(xí)算法”的架構(gòu),提高整體硬件性能與調(diào)光策略算法的速度。前端設(shè)備采集到的信息通過(guò)深度學(xué)習(xí)的智能算法處理,替換掉原模式識(shí)別算法,利用計(jì)算機(jī)精細(xì)化的運(yùn)算,通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)案例的自主學(xué)習(xí)來(lái)提高不同場(chǎng)景、不同時(shí)間段亮度的精細(xì)化控制,從而提高了系統(tǒng)魯棒性、環(huán)境適應(yīng)性。本系統(tǒng)創(chuàng)新地將信息融合理論應(yīng)用于隧道照明控制系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)外多種類型參數(shù)的動(dòng)態(tài)采集,包含光照強(qiáng)度、車流量、事件檢測(cè)、火災(zāi)報(bào)警等信號(hào),避免了傳統(tǒng)采集系統(tǒng)的單一性,從而實(shí)現(xiàn)24 h全天候精準(zhǔn)的隧道照明控制。

信息融合技術(shù)利用多個(gè)傳感器所獲取的關(guān)于對(duì)象和環(huán)境全面、完整信息,主要體現(xiàn)在融合算法上[3]。因此,多傳感器系統(tǒng)的核心問(wèn)題是選擇合適的融合算法。對(duì)于多傳感器系統(tǒng)來(lái)說(shuō),信息具有多樣性和復(fù)雜性,因此,對(duì)信息融合方法的基本要求是具有魯棒性和并行處理能力。此外,還有方法的運(yùn)算速度和精度;與前續(xù)預(yù)處理系統(tǒng)和后續(xù)信息識(shí)別系統(tǒng)的接口性能;與不同技術(shù)和方法的協(xié)調(diào)能力;對(duì)信息樣本的要求等。一般情況下,基于非線性的數(shù)學(xué)方法,如果它具有容錯(cuò)性、自適應(yīng)性、聯(lián)想記憶和并行處理能力,則都可以用來(lái)作為融合方法[3]。多傳感器數(shù)據(jù)融合雖然未形成完整的理論體系和有效的融合算法,但在不少應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)各自的具體應(yīng)用背景,已經(jīng)提出了許多成熟并且有效的融合方法。

圖1 系統(tǒng)示意圖

目前主流的隧道照明控制系統(tǒng)都是通過(guò)控制照明回路(加強(qiáng)照明、基本照明、應(yīng)急照明)的方式達(dá)到控制照明燈具的目的。本系統(tǒng)不僅在控制照明回路的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,系統(tǒng)在調(diào)節(jié)隧道亮度時(shí),采用亮度漸變控制方式,分步逐級(jí)達(dá)到目標(biāo)亮度,以避免因亮度突然變化而產(chǎn)生不安全因素;系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)精確單點(diǎn)控制照明燈具,通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)車輛的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位,從而在車輛行進(jìn)方向前100 m(可預(yù)設(shè)調(diào)整)照明燈具亮度根據(jù)相應(yīng)配光策略亮度調(diào)高,保證隧道內(nèi)車輛行駛安全,車輛后方的照明燈具亮度恢復(fù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)亮度,從而為隧道車輛行使提供安全照明保障。

3 傳輸模式多樣化

本系統(tǒng)單點(diǎn)控制器支持多種傳輸模式,一種是基于NB-IoT技術(shù)的無(wú)線通訊方式,采用ANSI 136.4標(biāo)準(zhǔn)安裝接口,能夠通過(guò)PWM和0-10 V輸出對(duì)照明用電節(jié)能策略按需進(jìn)行調(diào)光和開(kāi)關(guān),支持每路各8組以上預(yù)置開(kāi)關(guān)和各8組調(diào)光策略;另外一種是傳統(tǒng)的光纖傳輸模式,這種模式的特點(diǎn)是可以很好地避免環(huán)境等信號(hào)干擾,缺點(diǎn)是維護(hù)難度大,造價(jià)高。

4 配光多樣化

本系統(tǒng)針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)所,開(kāi)發(fā)出不同的配光策略,主要有大面積場(chǎng)所、交匯區(qū)域、快速路、主干道、街巷等,針對(duì)高速公路隧道場(chǎng)景,本系統(tǒng)采用交匯區(qū)域配光策略,不同的配光策略如圖2。

圖2 配光策略

5 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)隧道照明控制系統(tǒng),控制方式單一,人為因素大,故障率高,安全狀況較差,而且浪費(fèi)大量的電能,有悖于國(guó)家節(jié)能環(huán)保的措施。本研究開(kāi)發(fā)的基于多傳感信息融合的隧道智能照明控制系統(tǒng),恰恰克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn),本系統(tǒng)控制方式多樣化,避免了人為因素干擾,故障率低,安全狀況較好,節(jié)約電能,未來(lái)的市場(chǎng)需求較大。