CN102339055B - 一种交通能源管理与控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交通能源管理与控制方法，采集设备将信号发送给集中控制器；集中控制器将上述信号转化成数字信号后，作为后馈信号进入中控室比较差值，根据差值校正预测模型的前馈信号。能源管理决策***依据上述计算结果作出决策，通过智能模糊控制***发出指令给集中控制器再依据协议信息执行指令控制对应的被控设备。交通能源管理与控制方法的***，所述***包括中控室，通讯设备，采集设备以及被控设备，所述***还包括集中控制器。本发明在运营管理中，结合气候条件、洞外亮度、隧道内的交通工况以及路段与隧道的交通流特征，通过科学地控制与管理，达到安全、环保与能耗最省的目的。

Description

一种交通能源管理与控制方法及***

技术领域

本发明涉及交通管理与控制技术领域，尤其涉及一种交通能源管理与控制方法及***。

背景技术

随着我国经济的快速发展，公路及公路隧道的建设项目与日俱增，截至2009年底，我国公路隧道已经增至394.20万米，其中特长隧道190处、82.11万米，长隧道905处、150.07万米。我国已成为世界上公路隧道最多、最复杂、发展最快的国家之一。隧道安全、管理以及能源等运营问题显得越来越突出，隧道的安全监视与费用控制管理成为公路隧道安全、节能正常运行的重要课题。从60年代开始，国外就相继开始研究先进的隧道控制***，欧洲、美国、日本等西方发达国家先后开发了相应的隧道控制***，但都局限于安全方面。目前，隧道机电***是隧道的主要耗能体，包括通风、照明、防灾、监控、供配电等。其中照明***耗能占隧道耗能的80％以上，做得好的隧道在设计时对照明光源的线路进行了分支设计，然后由时间控制器进行支路送电、断电控制，或者安装降压节电器进行控制。对于隧道的通风***基本不做节能控制，24小时开启风机运转。光源目前采用的主要还是高压钠灯或者金卤灯等气体放电灯，能耗较高。

目前，我国大多数隧道由于设施简陋，无信息采集与处理***，存在信息浪费、不能有效挖掘使用的问题，如在运营管理中，不能结合气候条件、洞外亮度、隧道内的交通工况以及路段与隧道的交通流特征，通过科学地控制与管理，达到安全、环保与能耗最省的目的。

例如：目前有关隧道照明的节能，主要是采用高功率因数的照明灯具(配高效电子镇流器)、隧道内两侧铺反射率高的装修材料、尽量缩短供电电缆长度以减少线路损耗、合理布置配电房的位置、集中调光控制、减少洞内亮度等方法。为了进一步节能，设计者还把隧道内的灯具分为全日灯、黄昏灯、白日灯和应急灯等几个回路进行人工或自动的控制。纵观现有的这些方法，虽然有一定的节能效果，但都没有形成一个***，没有通过信息***的综合处理，进行优化。在实际运行中存在着电能的浪费现象，以及营运过程中产生的与行车安全和隧道监控之间的矛盾等问题。

一、现有隧道照明控制模式设计，在实际运行中存在相当大的电能浪费

目前，隧道照明设计者依据规范通常把隧道分为入口段、过渡段、中间段和出口段等四个段来设计照明，其中过渡段有两个，分别设计在中间段前后。各段的长度和照度(lx)是从全年行车安全要求出发，对洞内最大照度的设计是以全年洞外最大亮度和最高行车时速来确定隧道内各段的灯具功率和灯具分布密度。能够实现照明自动控制的非常有限，通常因线路布线回路的限制，只能做到2、3级人工或自动控制，对于如天气、车速、车流量等参数只是在设计阶段给予以最大值考虑，最终各段照明的长度和照度也始终是处于最大值状态。对于天气、车速、车流量等时变参数无法从宏观上对整个隧道的照明进行自适应方式调制。因此，目前这种传统设计与使用的隧道照明***存在着大量电能浪费问题。

二、现有隧道照明控制营运中节能与安全的矛盾突出。

营运者为了节省电费，往往都不采用自动控制，因为现有的自动控制没有涉及天气和车流量等实时变化因素。实际上营运者采用手动控制方式工作，在规定的时间人工开关隧道灯，白天全开灯，晚上关掉所有的灯。部分营运者考虑白天电能浪费严重，有的只开全日灯。这种灯控方式表面上有一定的节能效果，但其实当洞外亮度小于1500cd/m2时，只要确保隧道内路面亮度总均匀度U0、亮度纵向均匀度U1以及各段亮度达到相应要求，符合行车视觉要求，取其照度最小值即可，并非一定要达到开全日灯时的亮度。其次，存在一个洞口亮度不够的安全隐患问题。由于一天中洞外亮度变化很大，按照司机行车从进入到离开隧道全过程的视觉适应要求，当洞外亮度较大时，入洞口亮度应和洞外亮度及洞内亮度有较好的交替，要考虑入口端洞口排出的大量废气可能降低亮度对比度和照明效果，所以期间要保持洞口足够的亮度，否则在车子进入洞口的瞬间，司机眼前感觉一片黑暗，产生“黑洞效应”，如果前方有障碍车或行驶较慢的车辆，可能诱发连环撞车事故。同样，当隧道出口洞外亮度很高时，隧道内离隧道出口一段距离的亮度不能过低，以防止大型车辆后紧跟有小车，小车难以被发现、视认的情况发生。因此，隧道内照明的节能不是简单地开关某些灯具，而是要求建立在行车安全基础上的最大节能。

三、有隧道照明控制营运中节能与隧道监控的矛盾。

隧道监控是隧道管理的重要组成部分，目前隧道照明与监控之间产生的矛盾主要在夜间。营运者为了省电，夜幕降临时关闭隧道内所有的灯，由于目前国内隧道普遍采用非红外线摄像头，隧道内部一片漆黑，使得无法发挥有效监控，夜间直接造成从摄像头到监视器之间大量设备电能的浪费。这种间断的监控也不符合重要隧道内所需的监控要求：夜间，在有人进入隧道或发生偷盗、破坏等现象，很难被及时发现；在车辆发生故障或发生交通事故时，不但监控不到，而且在处理时不能提供必要照明。在设计中应考虑在隧道发生紧急情况时，隧道内灯具能够根据需要自动控制照明亮度。比如隧道内发生火灾或拥挤堵塞时，为帮助隧道及时排除危险，***自动将全部灯点亮，***的手动控制应能够可以在多处实现，如监控中心，隧道管理房或隧道内的其他位置等。从安全、监控、节能及所能提供便利等方面综合考虑，夜间隧道内提供适当的照明是必要的。

因此，公路隧道节能问题，已成为低碳经济时代、新交通时代交通行业普关注的问题。而目前在较长、较复杂隧道的管理仅仅做到安全监控的要求，大部分隧道连安全监控要求也未达到，对于运营中的节能管理和优化基本无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交通能源管理与控制方法及***，可以实现公路隧道在安全运行的同时节能，并提高信息的利用率与智能化水平，提高隧道运输效率、降低运营成本。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种交通能源管理与控制方法，包括以下步骤：

S100.采集设备将信号发送给集中控制器；

S200.集中控制器将上述信号转化成数字信号后，作为后馈信号进入中控室；

S300.所述后馈信号与计算机中的预测模型得出的前馈信号进行模糊控制***的仿真，以预测在实际的交通状况下能否满足污染物浓度标准和实际照度要求，以使整个***的风机、照明在最节能、最经济的状况下运行，同时比较差值，根据差值校正预测模型的前馈信号；

S400.能源管理决策***依据上述计算结果作出决策，通过智能模糊控制***发出指令给集中控制器；

S500.各集中控制器收到上述指令后，依据协议信息执行指令控制对应的被控设备。

优选为，步骤S100中，所述集中控制器包括照明集中控制器，用于收集亮度信号，并执行模糊控制指令；通风集中控制器，用于收集洞内空气质量信号，并执行模糊控制指令；交通集中控制器，用于收集交通流信号，消防集中控制器，用于收集消防信号。

优选为，步骤S200中，所述信号为采集设备中探测单元采集光、污染物浓度、车速、车数量等物理量信号，并将信号进行数字化后发送到中控室的控制单元。

优选为，步骤S 300中，所述模型为交通流预测模型、空气动力学预测模型、污染物扩散模型、洞内亮度预测模型。

优选为，步骤S400中，所述中控室内设的能源管理决策模式是通过对隧道的交通特征、隧道环境、隧道运营管理以及隧道土建特征进行综合计算、模拟运行，并结合隧道运营管理专家和隧道实际运行数据、历史数据，以模糊控制理论、实时交通模糊***预测方法和神经网络算法得出控制信号。

优选为，步骤S500中，各集中控制器收到上述指令后，依据协议信息执行指令控制，驱动具备接受计算机程序控制的设备来执行通、断及节能管理运行的具体指令，实现对风机、灯具、消防设备、交通信息设备等的智能控制的智能控制。

优选为，当中控室与各集中控制器通讯断开时，集中控制器能够按照自身的控制信息继续驱动设备运行。

优选为，所述中控室内设的能源管理专家***能够根据隧道能源定额、隧道能源审计方法自动计算出隧道能耗信息，并能够输出或显示能耗报告和节能、碳排报告。

实现交通能源管理与控制方法的***，所述***包括中控室，通讯设备，采集设备以及被控设备，所述***还包括集中控制器，用于中控室与采集设备之间的信息交换；所述集中控制器包括照明集中控制器，用于收集亮度信号；通风集中控制器，用于收集洞内空气质量信号；交通集中控制器，用于收集交通流信号；消防集中控制器，用于收集消防信号，其中，采集设备将检测信号发送给集中控制器；集中控制器将检测信号转化成数字信号，再通过通讯设备发送给中控制，中控室中的能源管理决策***通过智能模糊***控制发出指令给集中控制器，集中控制器控制对应被控设备。

优选为，所述采集设备包括洞外亮度信号传感器，洞内分级照度传感器，车流量采集器，洞内空气质量采集器，视频信息采集器及消防信息采集器；所述洞外亮度信号传感器与洞内分级照度传感器分别安装在洞口与洞内，用于测量洞外亮度、洞内入口段、过渡段、出口段的亮度，并将该亮度信号送回照明集中控制器处理后发送到中控室；所述车流量采集器与洞内空气质量采集器的信号分别安装在洞口与洞内，收集车速、车流量、风速及洞内空气质量信号，并通过通风集中控制器处理后发送到中控室；所述视频信息采集器消防信息采集器安装在洞内收集图像、消防信号，通过交通信息集中控制器和消防集中控制器处理后发送到中控室。

所述被控设备包括照明节电器，LED灯，风机节电控制***，信号灯，交通信息显示器，消防水泵及消防风机；其中，照明集中控制器收集洞外亮度信号传感器和/或洞内分级照度传感器的信号，并控制照明节电器开断和/或LED灯调光；通风集中控制器收集车流量采集器和/或洞内空气质量采集器的信号，并控制风机节电控制***的通断和调速；交通集中控制器收集视频信息采集器的信号，并控制信号灯，交通信息显示器用于交通指示；消防集中控制器收集消防信息采集器的信号，并控制消防水泵和消防风机的起停。

本发明的有益效果：

1、在运营管理中，结合气候条件、洞外亮度、隧道内的交通工况以及路段与隧道的交通流特征，通过科学地控制与管理，达到安全、环保与能耗最省的目的；

2、以交通流信息、亮度信息、消防信息、隧道内环境信息的实时情况数据，自动控制交通信号灯、照明设备、通风设备、消防设备，并通过现代通讯手段，可以完全实现无人值守隧道，特别是偏远山区隧道；

3、通过亮度信息自动控制LED灯的调光，解决目前运营中产生的节能与照度需求的矛盾；

4、填补目前现有隧道监控***无专家能源管理和节能控制功能的空白；

5、隧道实现智能化管理，信息共享，并最大化的节省运行能耗，达到安全监视、控制、健康、节能、能源优化管理以及隧道群的远程运营管理

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明交通能源管理与控制***结构图；

图2为本发明***的照明、通风控制框图。

其中，1-中控室，2-***，3-照明集中控制器，4-通风集中控制器，5-交通集中控制器，6-消防集中控制器，7-洞外亮度信号传感器，8-洞内分级照度传感器，9-车流量采集器，10-洞内空气质量采集器，11-视频信息采集器，12-车速采集器，13-消防信息采集器，14-照明节电器，15-LED调光灯，16-风机节电控制***，17-信号灯，18-交通信息显示器，19-消防水泵，20-消防风机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，一种交通能源管理与控制***，包括中控室1、通讯设备(如***2等)、照明集中控制器3、通风集中控制器4、交通信息集中控制器5、消防集中控制器6、洞外亮度信号传感器7、洞内分级照度传感器8、车流量采集器9、洞内空气质量采集器10、视频信息采集器11、消防信息采集器13、照明节电器14、LED调光灯15、风机节电控制***16、信号灯17、交通信息显示18、消防水泵19、消防风机20。

其中，照明集中控制器3收集洞外亮度信号传感器7和/或洞内分级照度传感器8的亮度信号；通风集中控制器4收集车流量采集器9和/或洞内空气质量采集器10的洞内空气质量信号；交通集中控制器5收集视频信息采集器11的交通流信号；消防集中控制器13收集消防信息采集器13的消防信号。收集来的信号作为后馈信号进入中控室1计算机***与计算机中的交通流预测模型、空气动力学预测模型、污染物扩散模型、洞内亮度预测模型得出的前馈信号综合计算，并依据能源管理决策***和智能模糊***控制发出指令，各集中控制器依据协议信息执行指令控制照明节电器开断和/或LED灯2调光，控制风机节电控制***16的通断和调速，控制信号灯17，交通信息显示器18用于交通指示，控制消防水泵19和消防风机20的起停。智能模糊控制的关键在于模糊辨识器，模糊辨识器是在模糊逻辑***的基础上构造的，模糊辨识器能够利用隧道运营管理专家的非线性***语言描述信息。如图2所示，计算机的能源管理决策***会根据隧道能耗定额和能源审计方法自动绘出能耗曲线和各类能耗报告，以供更进一步的研究。

所述洞外亮度信号传感器与洞内分级照度传感器分别安装在洞口与洞内，用于测量洞外亮度、洞内入口段、过渡段、出口段的亮度，并将该亮度信号送回照明集中控制器处理后发送到中控室；所述车流量采集器与洞内空气质量采集器的信号分别安装在洞口与洞内，收集车速、车流量、风速及洞内空气质量信号，并通过通风集中控制器处理后发送到中控室；所述视频信息采集器消防信息采集器安装在洞内收集图像、消防信号，通过交通信息集中控制器和消防集中控制器处理后发送到中控室。

一种交通能源管理与控制方法，包括以下步骤：

S100.采集设备将信号发送给集中控制器；其中，所述集中控制器包括照明集中控制器，用于收集亮度信号；通风集中控制器，用于收集洞内空气质量信号；交通集中控制器，用于收集交通流信号，消防集中控制器，用于收集消防信号。所述信号为采集设备中探测单元采集光、污染物浓度、车速、车数量等物理量信号，并将信号进行数字化后发送到中控室的控制单元。

S200.集中控制器将上述信号转化成数字信号后，作为后馈信号进入中控室；所述信号为采集设备中探测单元接受的物理量信号，该信号进行数字化后发送到中控室的控制单元。

S300.所述后馈信号与计算机中的预测模型得出的前馈信号综合计算，所述模型为交通流预测模型、空气动力学预测模型、污染物扩散模型、洞内亮度预测模型。

本交通能源管理与控制方法，不仅包括通风子***，而且还包括交通子***、照明子***、视频监控信息等，这些子***和信息相辅相成，可以相互配合使用，通过混合控制法(该方法是将CO、烟雾浓度参数直接控制风机运行的方法与以隧道内的交通量、车平均速度、车辆构成等作为控制参数来计算隧道内的废气排放量，从而确定风机运行的间接控制法相结合。)将实测的环境指标与预期到的环境指标进行对比，建立交通量、车流速度、车辆类型与环境参数的经验数据库，通过不断的反馈优化，使实测的环境指标与预期达到的环境指标相近，从而提高控制精度。

S400.能源管理决策***依据上述计算结果作出决策，通过智能模糊控制发出指令给集中控制器；能源管理决策***依据上述计算结果作出决策，通过智能模糊控制***发出指令给集中控制器；

智能模糊控制的关键在于模糊辨识器，模糊辨识器是在模糊逻辑***的基础上构造的，模糊辨识器能够利用隧道运营管理专家的非线性***语言描述信息，从而使模糊辨识器在在线辨识过程中更快的收敛于真实***。以致在隧道的整个运营之中，能源管理决策***能够给集中控制器发出真实的指令。

所述中控室内设的能源管理决策模式是通过对隧道的交通特征、隧道环境、隧道运营管理以及隧道土建特征进行综合计算、模拟运行，并结合隧道运营管理专家和隧道实际运行数据、历史数据，以模糊控制理论、实时交通模糊***预测方法和神经网络算法得出控制信号。

S500.各集中控制器收到上述指令后，依据协议信息执行指令控制对应的被控设备。各集中控制器收到上述指令后，依据协议信息执行指令控制，驱动具备接受计算机程序控制的设备来执行通、断等具体指令，实现对风机、灯具和其它交通信息设备等智能控制。

其中，当中控室与各集中控制器通讯断开时，集中控制器能够按照自身储存的控制信息继续驱动设备运行。所述中控室内设的能源管理专家***能够根据隧道能源定额、隧道能源审计方法自动计算出隧道能耗信息，并能够输出或显示能耗报告和节能、碳排报告。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围的内。

Claims (6)

1.一种交通能源管理与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100.采集设备将信号发送给集中控制器;

S200.集中控制器将上述信号转化成数字信号后，作为后馈信号进入中控室；

S300.所述后馈信号与计算机中的预测模型得出的前馈信号进行模糊控制***的仿真，以预测在实际的交通状况下能否满足污染物浓度标准和实际照度要求，以使整个***的风机、照明在最节能、最经济的状况下运行，同时比较差值，根据差值校正预测模型的前馈信号；

S400.能源管理决策***依据上述计算结果作出决策，通过智能模糊控制***发出指令给集中控制器；

S500.各集中控制器收到上述指令后，依据协议信息执行指令控制对应的被控设备；

步骤S100中,所述集中控制器包括：照明集中控制器，用于收集亮度信号，并执行模糊控制指令；通风集中控制器，用于收集洞内空气质量信号，并执行模糊控制指令；交通集中控制器,用于收集交通流信号，消防集中控制器，用于收集消防信号；

步骤S200中,所述信号为采集设备中探测单元采集光、污染物浓度、车速、车数量的物理量信号，并将信号进行数字化后发送到中控室的控制单元；

步骤S300中,所述模型为交通流预测模型、空气动力学预测模型、污染物扩散模型、洞内亮度预测模型；

所述采集设备包括洞外亮度信号传感器，洞内分级照度传感器，车流量采集器，洞内空气质量采集器，视频信息采集器及消防信息采集器；所述洞外亮度信号传感器与洞内分级照度传感器分别安装在洞口与洞内，用于测量洞外亮度、洞内入口段、过渡段、出口段的亮度，并将该亮度信号送回照明集中控制器处理后发送到中控室；所述车流量采集器与洞内空气质量采集器的信号分别安装在洞口与洞内，收集车速、车流量、风速及洞内空气质量信号，并通过通风集中控制器处理后发送到中控室；所述视频信息采集器消防信息采集器安装在洞内收集图像、消防信号，通过交通信息集中控制器和消防集中控制器处理后发送到中控室。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S400中,所述中控室内设的能源管理决策***是通过对隧道的交通特征、隧道环境、隧道运营管理以及隧道土建特征进行综合计算、模拟运行，并结合隧道运营管理专家和隧道实际运行数据、历史数据，以模糊控制理论、实时交通模糊***预测方法和神经网络算法得出控制信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S500中,各集中控制器收到上述指令后，依据协议信息执行指令控制，驱动具备接受计算机程序控制的设备来执行通、断及节能管理运行的具体指令，实现对风机、灯具、消防设备、交通信息设备的智能控制。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当中控室与各集中控制器通讯断开时，集中控制器能够按照自身的控制信息继续驱动设备运行。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中控室内设的能源管理专家***能够根据隧道能源定额、隧道能源审计方法自动计算出隧道能耗信息，并能够输出或显示能耗报告和节能、碳排报告。

6.实现交通能源管理与控制方法的***，所述***包括中控室，通讯设备，采集设备以及被控设备，其特征在于：所述***还包括集中控制器，用于中控室与采集设备之间的信息交换;所述集中控制器包括照明集中控制器，用于收集亮度信号；通风集中控制器，用于收集洞内空气质量信号；交通集中控制器,用于收集交通流信号；消防集中控制器,用于收集消防信号，

其中，采集设备将检测信号发送给集中控制器；集中控制器将检测信号转化成数字信号，再通过通讯设备发送给中控制，中控室中的能源管理决策***通过智能模糊***控制发出指令给集中控制器，集中控制器控制对应被控设备；

所述采集设备包括洞外亮度信号传感器，洞内分级照度传感器，车流量采集器，洞内空气质量采集器，视频信息采集器及消防信息采集器；所述洞外亮度信号传感器与洞内分级照度传感器分别安装在洞口与洞内，用于测量洞外亮度、洞内入口段、过渡段、出口段的亮度，并将该亮度信号送回照明集中控制器处理后发送到中控室；所述车流量采集器与洞内空气质量采集器的信号分别安装在洞口与洞内，收集车速、车流量、风速及洞内空气质量信号，并通过通风集中控制器处理后发送到中控室；所述视频信息采集器消防信息采集器安装在洞内收集图像、消防信号，通过交通信息集中控制器和消防集中控制器处理后发送到中控室；

所述被控设备包括照明节电器，LED灯，风机节电控制***，信号灯，交通信息显示器，消防水泵及消防风机；

其中，照明集中控制器收集洞外亮度信号传感器和/或洞内分级照度传感器的信号，并控制照明节电器开断和/或LED灯调光；通风集中控制器收集车流量采集器和/或洞内空气质量采集器的信号，并控制风机节电控制***的通断和调速；交通集中控制器收集视频信息采集器的信号，并控制信号灯，交通信息显示器用于交通指示；消防集中控制器收集消防信息采集器的信号，并控制消防水泵和消防风机的起停。

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