高速公路隧道照明能耗监测及节能算法研究

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随着我国高速公路隧道数量与里程的不断增多,高速公路隧道照明面临着严峻的能源消耗问题,如何保证在符合隧道行车安全标准的前提下,实现隧道的节能降耗是目前隧道照明领域研究的重点。然而,当前高速公路隧道缺乏有效的能耗监测技术,隧道照明亮度大多采用传统的分级照明设计。因此如何在隧道内进行照明的能耗监测,保障隧道的按需照明,实现隧道智能化的亮度计算对于隧道运营管理有着重大意义。针对上述问题,以隧道照明为研究对象,以隧道照明的能耗监测与节能降耗为研究目标开展了以下内容的研究:(1)基于隧道照明设计细则,对隧道照明需求及设计方案作了详细的研究。从隧道的定义与分类出发,分析了隧道照明的特点;其次剖析了隧道照明段的需求,包括隧道照明段的设计要求与控制要求,隧道照明光源的选择以及灯具的选型与布置;分析了隧道分段长度与亮度设计方案。(2)设计了隧道信息采集系统,开发了隧道能耗监测软件平台。基于微波车检器、多功能电表、能耗监测柜等设备设计与搭建了交通信息与能耗信息采集系统,实现对隧道基础数据的采集。为了完善隧道能耗监测保障体系,从能耗监测软件的需求分析与功能定位出发,基于B/S架构模式与MVC框架开发了隧道能耗监测软件平台,实现了隧道能耗远程的监测、对比、统计及报表展示功能。(3)基于LSTM神经网络,提出了以交通流量、车速与洞外亮度的时间序列为输入矩阵的高速公路隧道照明节能算法。针对实际隧道不能按需调光的问题,对隧道入口段折减系数与中间段亮度进行了拟合;针对隧道照明计算模型计算复杂与没有时间参数计算的问题,提出基于LSTM的隧道照明节能算法,该模型通过输入交通流量、车速与洞外亮度的时间序列矩阵,实现隧道入口段亮度与中间段亮度的模型训练;针对LSTM中目标函数的优化问题,采用三种梯度下降方法对模型进行优化,结果表明Adam优化算法效果最好。(4)基于DIALux照明设计软件开发了隧道照明仿真环境,利用现场实验进行了隧道照明节能算法的有效性验证,并依据仿真与实验结果进行了节能分析。基于金鼎湖2#隧道的真实环境建立了隧道3D模型,并对灯具进行了安装定位,实现了晴天、阴天天气情况下的隧道照明节能算法的仿真验证,利用仿真与实验对比分析了隧道照明节能算法应用前后的路面亮度及路面亮度总均匀度结果,最后对隧道照明节能算法进行了节能评价,结果表明,与传统照明设计相比,隧道照明节能算法在晴天天气下可以节能23.61%,在阴天天气下可以节能31.40%。
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