王海英， 毛明磊，*， 何 佳

(1. 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院， 陜西 西安 710064； 2. 陜西交通控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054)

0 引言

隧道是公路網(wǎng)絡(luò)中重要的組成部分，截至2020年末，我國(guó)公路總長(zhǎng)達(dá)519.81萬km，其中隧道總長(zhǎng)達(dá)2 199.93萬延米[1-2]。隧道照明系統(tǒng)是隧道系統(tǒng)中必不可少的一部分，在隧道運(yùn)營(yíng)電費(fèi)中，有80%的費(fèi)用用于支付隧道中的照明用電[3]。目前，隧道照明控制大多按照《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[4]采用分段固定照明亮度值的方法對(duì)燈具進(jìn)行調(diào)光控制，因此，對(duì)隧道內(nèi)部照明系統(tǒng)進(jìn)行綠色節(jié)能控制，解決照明系統(tǒng)能耗高的問題，減少隧道日常運(yùn)營(yíng)開支是實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)隧道照明節(jié)能控制的研究主要集中在降低照明亮度需求和根據(jù)隧道內(nèi)部車流量變化建立照明調(diào)光控制策略2個(gè)方面，旨在實(shí)現(xiàn)按需照明，避免無車或者車流量較小情況下的電能浪費(fèi)。在降低照明亮度需求方面，Pea-Garcia等[5]和陸遠(yuǎn)迅等[6]分別采用在隧道入口周圍種植常青藤或在隧道入口及出口處加裝遮光棚，并在遮光棚內(nèi)布置基本照明設(shè)施的方法，降低隧道出入口處環(huán)境亮度值以降低隧道內(nèi)部照明亮度需求。張德錢等[7]利用Matlab對(duì)隧道內(nèi)部各段照明亮度折減系數(shù)進(jìn)行擬合以降低照明亮度需求。Yang Chao等[8]及秦慧芳等[9]建立了以隧道外部亮度、車流量及車速為輸入，以隧道各段照明強(qiáng)度需求值為輸出的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對(duì)照明亮度需求進(jìn)行優(yōu)化。在考慮車流量變化建立照明調(diào)光控制策略方面，Qin Li等[10]及何威等[11]提出了“車進(jìn)燈亮，車走燈滅”的控制策略，能在車流量較小時(shí)實(shí)現(xiàn)無車關(guān)燈，節(jié)省能源。秦莉等[12]及杜冠峰等[13]分別提出了以隧道內(nèi)感知的車輛和亮度信息為輸入，以隧道內(nèi)部控制亮度為輸出的PID調(diào)光控制系統(tǒng)和模糊PID調(diào)光控制系統(tǒng)，用于提高隧道燈具的調(diào)光速率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

上述研究中，照明需求亮度的取值遵照《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[4]的規(guī)定。根據(jù)規(guī)定，各個(gè)照明段的隧道照明亮度折減系數(shù)K按照固定區(qū)間對(duì)照取值設(shè)定，沒有考慮與隧道內(nèi)部車流量、車速之間的實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系。此外，在燈具調(diào)光控制方面，不管是模糊控制還是PID控制，均采用車流量、實(shí)際亮度等環(huán)境指標(biāo)作為輸入量對(duì)燈具進(jìn)行調(diào)光控制，僅考慮了控制目標(biāo)的響應(yīng)速度，而忽略了控制目標(biāo)本身隨著車速及車流量的實(shí)時(shí)變化特性。

本文針對(duì)隧道內(nèi)部照明亮度需求值精細(xì)化控制問題，優(yōu)化基于隧道內(nèi)部車流量與車速的照明亮度折減系數(shù)K計(jì)算方法，得到按需照明亮度計(jì)算公式及控制目標(biāo)值，并設(shè)計(jì)以控制目標(biāo)差值與差值變化率為輸入的模糊PID調(diào)光控制模型，精確控制隧道照明，同時(shí)在實(shí)際隧道中進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證和行車安全驗(yàn)證,以期為更高效地實(shí)現(xiàn)隧道照明綠色節(jié)能控制提供一定的技術(shù)支撐。

1 綠色隧道照明控制系統(tǒng)

本文提出的綠色隧道照明控制系統(tǒng)原理如圖1所示。照明控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與燈具控制3個(gè)模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊通過現(xiàn)場(chǎng)安裝的隧道內(nèi)外部亮度檢測(cè)器、隧道車流量與車速傳感器獲取隧道內(nèi)外部實(shí)時(shí)亮度值、進(jìn)入隧道的車輛數(shù)量以及車速。各傳感器通過RS 485總線與數(shù)據(jù)采集器相連接，并將所采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊的核心為現(xiàn)場(chǎng)安裝的工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)測(cè)得的實(shí)時(shí)車流量、車速與隧道外部環(huán)境亮度值，并結(jié)合亮度折減系數(shù)K的優(yōu)化取值方法來計(jì)算出隧道內(nèi)部各段按需照明強(qiáng)度值，最后利用自適應(yīng)模糊PID控制方法得到燈具的調(diào)光控制參數(shù)，對(duì)燈具進(jìn)行調(diào)光控制。模糊控制器的輸入為隧道內(nèi)部各段實(shí)時(shí)亮度值與按需照明控制亮度值的偏差值與其偏差值變化率，輸出PID控制參數(shù)Kp、Ki與Kd的變化量至PID控制模塊，輸出燈具的PWM脈沖信號(hào)至燈具控制模塊的調(diào)光控制器。燈具控制模塊由燈具調(diào)光控制器和隧道內(nèi)部各段燈具組成，調(diào)光控制器根據(jù)接收的控制信號(hào)來對(duì)燈具進(jìn)行調(diào)光，對(duì)隧道內(nèi)部各段燈具進(jìn)行綠色按需照明控制。

圖1 綠色隧道照明控制原理

2 基于亮度折減系數(shù)K的按需照明亮度優(yōu)化

《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[4]中對(duì)于隧道內(nèi)部各段照明亮度的設(shè)計(jì)分段如圖2所示。細(xì)則中將隧道照明劃分為入口段照明(TH1、TH2)、過渡段照明(TR1、TR2和TR3)、中間段照明(TN)以及出口段照明(EX1與EX2)4部分，其照明亮度要求分別為L(zhǎng)th、Ltr、Lin、Lex。

圖2 隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)分段

2.1 入口段照明亮度優(yōu)化

根據(jù)《公路隧道照明細(xì)則》[4]，入口段亮度為入口段亮度折減系數(shù)K與洞外亮度的乘積。亮度折減系數(shù)K的取值如表1所示。

Lth1=K×L20(S) ；

(1)

Lth2= 0.5×K×L20(S)。

(2)

式(1)—(2)中：L20(S)為洞外亮度；Lth1為入口段TH1的亮度，cd/m2；Lth2為入口段TH2的亮度，cd/m2。

表1 不同車流量及速度下亮度折減系數(shù)K的取值

由表1可知，K按照設(shè)計(jì)交通流量和設(shè)計(jì)車速分段取值，并沒有考慮實(shí)時(shí)車流量以及車速情況下K值的變化。因此，本文提出亮度折減系數(shù)K的線性擬合與線性內(nèi)插取值相結(jié)合的優(yōu)化方法，分別對(duì)實(shí)時(shí)車速及實(shí)時(shí)車流量下的K值進(jìn)行優(yōu)化，得到按需照明亮度控制指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能。

首先，根據(jù)表1中的已知數(shù)據(jù)，使用Matlab軟件對(duì)大車流量和小車流量2種情況下不同實(shí)時(shí)車速的入口段亮度折減系數(shù)K進(jìn)行線性擬合，得到2種車流量對(duì)應(yīng)的入口段亮度折減系數(shù)KH和KL的擬合曲線方程，如式(3)和式(4)所示。不同交通流量下優(yōu)化后的入口段亮度折減系數(shù)K與設(shè)計(jì)值對(duì)比見圖3。由圖3可知，擬合后的亮度折減系數(shù)值小于細(xì)則中的規(guī)定值。

KH=6.25×10-9v4-1.875×10-6v3+2.037×

10-4v2-8.875×10-3v+ 0.145。

(3)

KL=2.604×10-9v4-8.333×10-7v3+9.896×

10-5v2-4.667×10-3v+ 0.085。

(4)

式(3)—(4)中v為車輛速度，km/h。

式(3)和式(4)僅考慮了大車流量和小車流量2種情況下亮度折減系數(shù)與車速之間的關(guān)系，但對(duì)于中間車流量的不同未做區(qū)別。因此，進(jìn)一步根據(jù)照明設(shè)計(jì)細(xì)則中車流量的設(shè)計(jì)取值，采用線性內(nèi)插擬合法對(duì)處于中間的實(shí)時(shí)車流量所對(duì)應(yīng)的亮度折減系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如式(5)所示。

(5)

式中：N為實(shí)際車流量，veh/h;NL為實(shí)際車流量所屬區(qū)段的小車流量，veh/h;NH為實(shí)際車流量所屬區(qū)段的大車流量，veh/h。

將K代入式(1)和式(2)可以得到入口TH1、TH2段的照明亮度：

(6)

(7)

圖3 不同車速與車流量下入口段亮度折減系數(shù)K的擬合曲線

2.2 過渡段照明亮度優(yōu)化

《公路隧道照明細(xì)則》[4]規(guī)定，隧道過渡段照明亮度與入口TH1段照明亮度成比例關(guān)系，TR1段比例因子為0.15，TR2段為0.05，TR3段為0.02。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先進(jìn)行入口段亮度折減系數(shù)K的優(yōu)化，然后通過比例因子計(jì)算隧道過渡段照明亮度。

2.3 中間段照明亮度優(yōu)化

《公路隧道照明細(xì)則》[4]規(guī)定，中間段的照明亮度根據(jù)車速和車流量進(jìn)行固定取值。與入口段類似，細(xì)則規(guī)定了不同設(shè)計(jì)車流量與車輛速度下的燈具照明亮度值，因此采用和入口段相同的擬合方法對(duì)中間段照明亮度進(jìn)行優(yōu)化。首先，利用曲線擬合方法，根據(jù)車速確定照明亮度；然后，利用線性內(nèi)插取值法，根據(jù)實(shí)時(shí)車流量計(jì)算中間段按需照明亮度。中間段照明亮度優(yōu)化擬合曲線如圖4所示。

圖4 不同車速與車流量下中間段的亮度值擬合曲線

不同車流量及車速的中間段照明亮度計(jì)算公式為

(8)

式中：LinH為中間段大車流量對(duì)應(yīng)的照明亮度，cd/m2；LinL為中間段小車流量對(duì)應(yīng)的照明亮度，cd/m2。

2.4 出口段照明亮度優(yōu)化

《公路隧道照明細(xì)則》[4]規(guī)定，隧道出口段照明亮度與中間段照明亮度成比例關(guān)系，出口段1的比例因子為3，出口段2為5。設(shè)計(jì)時(shí)，首先進(jìn)行中間段照明亮度優(yōu)化后，再進(jìn)行出口段按需照明亮度計(jì)算。

3 綠色隧道照明模糊PID控制算法及仿真

綠色隧道照明模糊PID控制器原理如圖5所示?？刂破鞯妮斎肓繛楦鶕?jù)實(shí)時(shí)車流量、車速以及洞外環(huán)境亮度值計(jì)算出的按需照明亮度值，輸出及反饋輸入量為隧道內(nèi)部安裝的亮度傳感器所采集到的隧道內(nèi)部實(shí)際照明亮度值。計(jì)算輸入量和反饋輸入量的偏差值u(t)以及偏差值的變化率Du/Dt，將二者作為模糊控制器的輸入量。PID控制器的3個(gè)參數(shù)為Kp、Ki、Kd,Kp為比例因子，影響控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度的快慢；Ki為積分算子，目的是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差；Kd為微分算子，反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，可以產(chǎn)生超前的控制作用。根據(jù)PID控制的3個(gè)參數(shù)Kp、Ki、Kd與偏差值u(t)以及偏差值的變化率Du/Dt之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行時(shí)不斷檢測(cè)u(t)和Du/Dt，利用模糊推理的方法，在線輸出Kp、Ki、Kd參數(shù)對(duì)應(yīng)的變化量ΔKp、ΔKi、ΔKd，對(duì)PID控制器的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行自整定，然后利用模糊整定后的參數(shù)對(duì)進(jìn)行隧道內(nèi)部各段燈具進(jìn)行PID控制調(diào)光。

圖5 綠色隧道照明模糊PID控制器原理

3.1 模糊PID控制算法

模糊控制器用于對(duì)PID控制器的控制參數(shù)Kp、Ki、Kd進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整整定。進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先對(duì)模糊控制器的輸入進(jìn)行模糊化，建立隸屬度函數(shù)，確定各個(gè)模糊量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；其次，進(jìn)行模糊推理規(guī)則設(shè)定;最后,進(jìn)行模糊仿真，輸出模糊整定后的ΔKp、ΔKi、ΔKd參數(shù)。

3.1.1 模糊化

模糊化是指經(jīng)過對(duì)專家知識(shí)的利用，控制系統(tǒng)的被控量將輸入的清晰量進(jìn)行尺度變換，使其能夠與各自的論域范圍相匹配，從而實(shí)現(xiàn)模糊控制的一種控制方法[14]。

對(duì)輸入變量的模糊化，首先需要確定偏差值u(t)與偏差值變化率Du/Dt的模糊論域。本文依托工程的隧道入口處的L20(S)值在白天時(shí)約為3 500 cd/m2，單向交通流情況下，根據(jù)式(5)可以計(jì)算出當(dāng)車速為80 km/h時(shí)入口段的亮度折減系數(shù)K約為0.034 7，由式(6)計(jì)算出隧道入口段照明亮度Lth1為121.45 cd/m2。故設(shè)定偏差值u(t)的論域?yàn)閇-120,120]，在模糊控制中將其離散化為[-120, -80, -40 , 0, 40, 80, 120]。設(shè)定偏差值變化率Du/Dt的論域?yàn)閇-60 , 60]，PID控制器的參數(shù)修正量ΔKp、ΔKi、ΔKd的論域?yàn)閇-3, 3]、[-3, 3]、[-0.3, 0.3]。

(9)

本文將模糊控制器Xfuzzy輸入和輸出劃分為7個(gè)模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}(即{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正大，正中，正小})。通過計(jì)算可以將實(shí)際的輸入量與輸出量轉(zhuǎn)換為模糊輸入或輸出的模糊變量。

3.1.2 隸屬度函數(shù)的建立

符合工程實(shí)際的隸屬度函數(shù)可以充分發(fā)揮模糊控制方法的優(yōu)勢(shì)，通常采用專家經(jīng)驗(yàn)法來構(gòu)造隸屬度函數(shù)[15]。本文根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造出隸屬度函數(shù)，模糊輸入偏差值u(t)以及Du/Dt的隸屬度函數(shù)如圖6所示。

(a) u(t)隸屬度函數(shù)(b) Du/Dt隸屬度函數(shù)

3.1.3 設(shè)定模糊推理算法

在完成隸屬度函數(shù)的設(shè)定后，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定模糊規(guī)則。模糊控制器的輸出為ΔKp、ΔKi、ΔKd，即PID控制的3個(gè)參數(shù)變化值。當(dāng)u(t)較大時(shí)，為使系統(tǒng)具有良好的跟蹤性能，在模糊控制中可以先增加Kp用于增大系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度，減小Kd避免系統(tǒng)震蕩，同時(shí)為避免系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)量，對(duì)積分算子Ki進(jìn)行限制；當(dāng)u(t)處于中等大小時(shí)，為使系統(tǒng)響應(yīng)具有較小的超調(diào)，可以先減小Kp用于減小系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度，Kd的取值影響較大，應(yīng)減少增量避免系統(tǒng)震蕩，同時(shí)積分算子Ki取值要適當(dāng)；當(dāng)u(t)較小時(shí)，為使系統(tǒng)響應(yīng)具有較好的穩(wěn)定性能，Kp、Ki取值均應(yīng)增加，同時(shí)為避免系統(tǒng)震蕩，Kd取值要適當(dāng)，當(dāng)Du/Dt比較大時(shí)，Kd減小。根據(jù)上述3個(gè)參數(shù)的特性及經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定模糊控制規(guī)則如表2所示。

表2 模糊控制規(guī)則

3.2 模糊仿真

利用Matlab軟件對(duì)表2的模糊控制規(guī)則進(jìn)行編程，計(jì)算得到ΔKp、ΔKi、ΔKd的模糊推理量；然后，采用重心法解可以模糊得到三者的精確量并用于PID控制。ΔKp、ΔKi、ΔKd的仿真輸出結(jié)果，如圖7所示。

(a) ΔKp的仿真輸出

4 照明控制節(jié)能效果分析

4.1 節(jié)能效果分析

本文提出的基于亮度折減系數(shù)K優(yōu)化的自適應(yīng)模糊PID控制設(shè)計(jì)方法已于2020年1月在某高速公路隧道實(shí)施應(yīng)用。該隧道全長(zhǎng)2 205 m，雙向6車道，設(shè)計(jì)速度120 km/h，2洞燈具采用對(duì)稱布置，隧道內(nèi)部的加強(qiáng)照明、基本照明和應(yīng)急照明均采用LED燈具。隧道各段長(zhǎng)度劃分如表3所示。

表3 隧道內(nèi)部各段長(zhǎng)度

4.1.1 照明亮度值分析

首先，對(duì)入口段Lth1的照明亮度值進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步根據(jù)照明亮度值進(jìn)行節(jié)能效果分析。由于雙向通行的隧道左、右洞照明存在著時(shí)間與方向上的不同，即同一隧道的左、右洞在相同時(shí)間存在著光照角度、車流量與車速之間的差異，因此，本文通過對(duì)比隧道單側(cè)洞按照《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》和本文提出的基于亮度折減系數(shù)K優(yōu)化方法計(jì)算的入口段Lth1照明亮度值的差值來分析節(jié)能效果。收集2020年1月10日—14日5 d的隧道洞外亮度L20(S)、通過隧道車輛車速以及車流量3個(gè)數(shù)據(jù)。5 d內(nèi)隧道外部亮度的24 h檢測(cè)平均值和隧道各時(shí)間段的平均車流量及平均車速如圖8和圖9所示。通過采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)分別按《公路隧道照明細(xì)則》和基于亮度折減系數(shù)K優(yōu)化后的方法計(jì)算入口段Lth1的照明亮度值，2種控制方法的照明強(qiáng)度對(duì)比如圖10所示。

圖8 隧道外部亮度均值曲線(2020年1月10日—14日)

圖9 隧道平均車流量與平均車速曲線(2020年1月10日—14日)

圖10 2種控制方法的照明強(qiáng)度對(duì)比

由圖10可知，本文提出的基于亮度折減系數(shù)K優(yōu)化方法可以使隧道入口段Lth1的照明強(qiáng)度降低約26.7%，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。

4.1.2 照明系統(tǒng)耗電量分析

隧道內(nèi)部各段燈具布置數(shù)量及燈具相應(yīng)功耗如表4所示。為評(píng)價(jià)照明節(jié)能效果，本文對(duì)采用基于亮度折減系數(shù)優(yōu)化K的自適應(yīng)模糊PID控制前、后的照明系統(tǒng)耗電量進(jìn)行對(duì)比分析。2020年1月10日—14日，隧道內(nèi)采用本文提出的優(yōu)化控制方法進(jìn)行燈具照明控制，并統(tǒng)計(jì)每日照明系統(tǒng)的耗電量?；诩?xì)則的隧道內(nèi)部燈具照明強(qiáng)度需求值如圖10所示，對(duì)應(yīng)表4中的燈具類型及能耗，計(jì)算出在按細(xì)則規(guī)定下的隧道照明系統(tǒng)日耗電量。將計(jì)算出的日耗電量與隧道內(nèi)部實(shí)際日耗電量進(jìn)行對(duì)比，分析照明系統(tǒng)的節(jié)能效果。

表4 隧道內(nèi)部燈具功率及其數(shù)量

2020年1月10日—14日，隧道單側(cè)洞的日耗電量對(duì)比情況如圖11所示。可以看出，在舍棄原有的根據(jù)細(xì)則規(guī)定的控制方法轉(zhuǎn)而采用按需調(diào)光的模糊PID控制方法后，5 d平均耗電量節(jié)約了約21.2%，可以有效降低隧道照明系統(tǒng)的耗電量，節(jié)能效果明顯。以上表明，本文提出的基于亮度優(yōu)化的綠色隧道照明模糊PID算法效果良好。

圖11 隧道照明系統(tǒng)耗電量對(duì)比

4.2 照明系統(tǒng)安全性驗(yàn)證

由于本系統(tǒng)對(duì)隧道內(nèi)部照明進(jìn)行適配性修改后，隧道內(nèi)部照明亮度相應(yīng)地有所降低，因此對(duì)隧道系統(tǒng)駕駛安全性進(jìn)行驗(yàn)證，以驗(yàn)證本照明系統(tǒng)的照明亮度是否達(dá)到安全行車要求。

由文獻(xiàn)[16]可知，駕駛員瞳孔面積變化率U的取值標(biāo)準(zhǔn)為： 1)舒適時(shí)U≤20%； 2)較為緊張時(shí)20%40%。U值過大時(shí)駕駛?cè)水a(chǎn)生明顯的“黑洞效應(yīng)”問題。因此，為保證隧道內(nèi)部行車安全，在進(jìn)行行車安全性驗(yàn)證時(shí)取瞳孔面積變化率U的安全閾值為20%。

根據(jù)文獻(xiàn)[17]可知，U、K、v3者的關(guān)系為

U=-2.86+0.051 06v+276.8K-0.000 209 6v2-4.673vK-

1 783K2+0.020 1v2K+13.73vK2+4 121K3。

(11)

式中v取車輛在隧道入口段速度的平均值。

由式(11)可以計(jì)算出在不同設(shè)計(jì)車速下，U的安全閾值為20%時(shí)的亮度折減系數(shù)K的取值下限，如表5所示。

將表5與圖3中數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖12所示。可以發(fā)現(xiàn)亮度折減系數(shù)K優(yōu)化取值后仍然滿足安全閾值U取為20%的閾值下限，因此可以認(rèn)為亮度折減系數(shù)K優(yōu)化取值后，仍可以滿足隧道內(nèi)部安全行車的前提。

圖12 U取20%時(shí)亮度折減系數(shù)K

5 結(jié)論與建議

本文提出了一種基于亮度優(yōu)化的綠色隧道照明模糊PID控制算法以實(shí)現(xiàn)隧道照明節(jié)能控制，并進(jìn)行了照明控制節(jié)能效果驗(yàn)證分析，得到以下結(jié)論：

1)利用曲線擬合法和內(nèi)插法，提出一種根據(jù)實(shí)時(shí)車流量和車速優(yōu)化隧道照明亮度折減系數(shù)K的計(jì)算方法，得到隧道內(nèi)部各照明段亮度折減系數(shù)K的擬合曲線和計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)了隧道按需照明亮度值的精細(xì)化設(shè)定。該優(yōu)化計(jì)算的照明亮度需求值小于細(xì)則規(guī)定的照明亮度，隧道入口段Lth1的照明強(qiáng)度需求降低約26.7%。

2)設(shè)計(jì)以優(yōu)化后的照明亮度需求為控制目標(biāo)，以照明需求設(shè)定值與實(shí)際亮度差值u(t)與亮度差值變化率Du/Dt為輸入的模糊PID控制器，實(shí)現(xiàn)照明精準(zhǔn)控制?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證表明，5 d平均耗電量節(jié)約21.2%，且可以保證安全行車。

本文的研究成果主要在高速公路隧道進(jìn)行了驗(yàn)證應(yīng)用，后續(xù)可在照明亮度優(yōu)化基礎(chǔ)上進(jìn)行不同照明控制算法方面的研究，以期獲得更好的照明節(jié)能控制效果。同時(shí),可以進(jìn)一步在不同長(zhǎng)度、不同斷面寬度的隧道實(shí)踐中對(duì)本文方法進(jìn)行驗(yàn)證，以得到更全面、客觀的照明節(jié)能數(shù)據(jù)，進(jìn)一步推動(dòng)隧道綠色照明的設(shè)計(jì)。