CN109587901B - 照明之智慧调控***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明的智慧调控***与方法。该***包括能见度标识物及其取相装置和下列子***：能见度检测、照度检测、调控、通讯模块、信息发布及照明控制驱动器、及选择性的车流量人流量检测；事先在标准能见度条件下对标识物取相、取得一系列标准图像并据以建立能见度图像算法；***运行时对标识物实时取像进行该算法取得能见度数值，定时向调控子***发出信息I；照度传感器子***实时收集照度信息并根据路况预设照度阈值，定时向调控子***发出信息II；选择性地使用车流量人流量传感子***，发出信息III；调控子***以预设判定模式根据信息I～III调控照明功率；当判断为有雾状况，启动路侧警示电子屏显示速限或禁行。

Description

照明之智慧调控***与方法

技术领域

本发明属于智慧市政领域，涉及智慧照明照度控制***。

背景技术

本发明背景基于以下三点：

1.照明用电占人类用电中一个相当大的比率，仅次于工业用电；

2.光照及照明照度高的环境不见得能见度一定大；

3.目前照明控制的智慧化仍在起步，有很大改善空间。

照明用电占人类用电中一个相当大的比率，即使逐渐全面改用省能的LED照明，但随着人们的经济活动增加，对照明用电的需求比率仍然居高不下，有必要进一步调整照明策略，减少能耗。

光照及照明照度高的环境，不见得能见度一定大，这中间牵涉到雾、霾以及水气等环境因素，使得人们经常碰见周遭够亮却视野茫茫，这在傍晚、清晨以及夜间更容易遇见。

目前照明控制的智慧化仍在起步，所提出的智慧照明控制大致可有：经纬度设置(亦即日出日落时间)、天光照度设定、依据车流人流设定等等；但其中未能解决能见度问题，可见照明的智慧化仍有很大改善空间。

几十年来对于照明的控制最常见者不外乎照度控制与时间控制两类。前者最早系以光电半导体制作的传感器于低光照、光电流低于一个阀值时启动电源开关，在上世纪80年代开始就已经大量出现在庭园灯的开关上。后者依照日落时间开启关、日出时间开关电源，相当简单；过去以人工方式设定开关时间，现在改以经纬度位置确认日出日落的季节性变化。

目前，在露天公共道路照明领域，针对灯的开关控制方式简单容易，通常为在固定时间点开灯或关灯，但是由于天气的不规律变化，这种灯的传统模式控制方式不能满足实际需求。例如某日阴天，天黑较早，但是照明装置仍然固定在较晚时间点开启，因此不能满足实际情况的照明需求，对灯光照度的智慧控制，就体现在类似情境；包括根据实时天气状况、自然环境照度、车流量、人流量等因素进行匹配控制。

进一步分析，关于此类照明的智慧控制方案部分已经以文献、专利等方式发表，经查阅总结后发现，主要集中在以下两方面：

(1)根据自然光照强度，对照明装置的光通量进行控制。侧重点在于对光通量的定量检测，是基于布设的光照强度传感器和检测到的反馈数据。并且在现有技术中，并没有检索到同时使用光照强度传感器和能见度传感器的***；若仅基于光照强度进行调控，对于情境的判断并不是非常准确，而对于机动车驾驶与行人，能见度才是直接的判断因素，如大雾天气光照强度较好，能见度实际很差。

(2)根据实时车流量，对公路照明装置的光通量进行控制。侧重点在于利用电磁信号侦测或取相装置图像采集方式，对电磁信号和图像进行分析判断，从而控制公路照明装置的照度。

目前，急需一种同时应用能见度信息、照度信息、车流量监控信息的照明智慧控制方案来弥补现有技术的漏洞。

利用能见度调控在能见度的侦测上会遇到一个成本上的困难。最佳系使用光学能见度仪侦测，但此类精密的红外线光学检测仪器，一般装设在气象台，无法广泛装设在各种照明地点。因此，急需一种低成本、可普遍装设的***技术与方法，以利普及应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种照明的智慧调控***与方法，采用一种简化、低成本、适用性强的能见度检测子***，结合照度子***和车流量人流量传感器，分别取得信好，制定控制策略以对照明灯具的光流量，亦即路面光照强度进行实时调控。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案与方法，其中的智慧调控***系包含以下几个子***：(1)能见度检测子***，(2)照度检测子***，(3)调控子***，(4)照明控制驱动子***，(5)通讯模块和信息发布子***，及(6)选择性装设的流量对象监控子***；

(1)能见度检测子***

能见度检测子***包括：倾斜装设在照明灯具下方光锥的能见度标识物，及装设在其对面0.5米至50米距离内的取相装置、嵌入式图像分析软件和存储装置；

所述取相装置包括摄像头、照相机；

所述嵌入式图像分析软件系本***预先在特定能见度与照度条件下，以特定取像条件对能见度标识物取像，建立一系列标准图像，从中建立能见度图像分析模式以及适用于现场能见度照相算法的嵌入式软件；在实际应用场景中对标识物实时取相后，通过该嵌入式软件分析计算得到能见度值，此为信息I。

上述所谓预先在特定能见度条件下对标识物取像，建立一系列标准图像，系在照度可调整的商用烟雾室内，分别调整照度与能见度。其中，照度以照度传感器确认，能见度以光学能见度仪确认。依照前述的取像装置与能见度标识物分别装在烟雾室两端，在各种场景下取像，得到一系列标准图像；在从中建立能见度图像分析模型、算法以及嵌入式计算软件，供现场对能见度标识物取像后的计算分析得到能见度值；所建立图像分析模型与图形比对算法须经城市道路于有雾状况而其能见度经光学能见度仪确认的环境下，对标识物取像分析并回馈修正模型与算法作为校准的标准流程。

所述图像分析模型系纳入各拍摄参数可归一、经修正改进的下述方法，包括但不限于：统计图像模型法、马尔科夫随机场模型、域隐马尔可夫模型。

上述所谓的拍摄条件系指：所用镜头分辨率、焦距、光圈、相机CMOS像素、镜头物距等，实时取像的条件可由计算软件归一化为可以对照的状态。

(2)照度检测子***

所述照度检测子***包括照度仪和照度阈值器；其中，照度仪用于测量照明装置周遭光照强度，其与根据路况设定照度阈值进行数据对比，得到照度阈值差，此为信息II。

(3)流量对象监控子***

流量对象监控子***包括车流量传感器和人流量传感器；车流量传感器装设于重要公路路段，人流量传感器装设于重要人行道，其取得信息综合成为信息III；

所述车流量传感器包括但不限于以下之一：磁性传感器、红外线传感器、雷达仪、激光雷达仪、摄像分析装置；

所树人流量传感器包括但不限于以下之一：超声波传感器、摄像分析、红外线传感器；

此所谓选择性非为技术性考量而是基于设置成本的原因，只装设在重要路段以节省成本。

(4)调控子***

调控子***是一个闭环的逻辑分析选择器，其根据信息I、信息II和信息III，设定调控模式与阀值，使***管理者可依实际需要，自行选择模式及阀值，对照明装置的照明控制驱动子***发送照明功率调控指令，功率调控指令进行调光；调光后又将新的信息I、信息II和信息III作为输入进行逻辑分析，判断调光后的能见度情况，若能见度提高，则继续发送照明功率调控指令按此调控方向和一定步长进行调光；反之则按相反的方向和步骤进行调控，这是一个不断迭代的闭环调控，最终调控到能见度标准设定值而保持平衡，一旦失去平衡就会产生调控试图恢复到标准值的平衡点；惟调控高限受到该灯具电源最高输出功率的限制。

(5)照明控制驱动子***

系依照调控子***的指令调整照明功率用的控制器，其至少包含MCU主控单元、通信模块、PWM输出模块、LED驱动电源等；通信模块接收调光指令，经过MCU主控单元解析处理，然后控制PWM输出模块输出调制信号到LED驱动电源，调节LED驱动电源输出电流，最终达到调节LED照明设备的光通量目的。

(6)通讯模块和信息发布子***

所述通讯模块和信息发布子***系当判断为有雾状况，且当能见度低到行车限速或禁行的阀值时，启动路侧电子警示广告牌，显示速限或禁行信号；由于电子警示广告牌常位于照明***前方远处，需要以通讯模块下达指令启动。所述通讯模块可选自，但不限于以下方式之一：电力线载波通信(PLC)、电子控制器用的有线通信如RS485、窄带通信的Zigbee,Lora,NB-IoT、无线通信的GPRS、3G、4G、5G等。

本发明的重要创新之一是能见度标识物，其系包括但不限于以下方式之一组：(1)灰度分层渐变的图形，(2)尺寸不同灰度相同的条状图形排列，(3)具有开口的符号图形；说明如下：

1)所谓灰度分层渐变的图形系指印刷在适当基板上，4～10个灰度分层渐变的几何图形；特定灰度的宽度为选自10～64mm之间的一个值，长度相同系选自100～500mm之间的一个值，相邻两个灰度图形之间无间隙或间距1mm～20mm间；

2)所谓尺寸不同、灰度相同的条状图形排列系4～10条印刷在适当基板上，尺寸有序渐变；宽度在10～64mm之间变化，长度相同系选自100～500mm之间的一个值，相邻两个灰度图形之间无间隙或间距1mm～20mm间；

3)所谓具有开口的符号，包括但不限于“E”、“H”、“F”、“C”、“山”和“川”中的一个，其系印刷在适当基板上由大而小排列，符号大小在100～500mm之间，符号组成线条粗细在4～64mm之间，相邻两个符号标识物的距离在50～500mm之间。

所述适当基板为金属基板或透明基板，包括但不限于：不锈钢、铜合金、铝合金、玻璃、压克力、聚碳酸脂和聚乙烯。

进一步，利用能见度检测子***取得信号I为副控信号，照度检测子***取得信号II为主控信号，流量对象监控子***取得信号III为辅助信号；将信号I～信号III输入调控子***，由***管理者选择模式对照明装置的照明控制驱动子***进行功率调控，以最节约能源方式依据信号I～信号III作融合决策方式调整，达到照明光通量与能见度的最适化。

进一步，设照度阀值A_i、能见度阀值阀值B_i、正整数序号i是***设定的参考值，由***管理人依需要选择适当阀值进行调控：

当周遭照度大于A₁ Lux、能见度大于B₁ km，则调控子***关闭照明装置照明；

当周遭照度降低至A₂ Lux、能见度降低至B₂ km，则调控子***启动照明开关，并依***操作者设定的照度需求调节电子电路功率以调整照明灯具的光通量；

能见度降低至B₃ km，即为雾天情况，通讯模块向信息发布子***发出指令，启动警示信息，凭借发布平台进行危险提示，以及根据能见度所作限速或停驶提示。

进一步，所述信号III为辅助信号，控制方式为：

对于装设车流量传感器的场景，在检测到自然光照强度及能见度不足时，对于无车流量情况，调控子***按***操作者设定，维持最低照度值的一个分率；测得来车时，提前将来车前方大于50m处的照度逐渐提高到标准驾驶照明强度；车驶过后，设定逐渐恢复到最低照度的一个分率；所谓最低照度的一个分率指100％～0％之间，可由***操作者自定。

对于装设人流量传感器的场景，在检测到自然光照强度以及能见度不足时，无人流量情况，调控子***按***操作者设定，维持最低照度值的一个分率；来人时提前将来人前方大于20m处的照度逐渐提高到标准行人场景照明强度；行人过后，设定逐渐恢复最低照度的一个分率；所谓最低照度的一个分率指100％～0％之间，可由***操作者自定。

对于车流量和人流量侦测的综合场景，将车流量和人流量信息作为一个综合信息对照度进行调节；调控子***设定有由***操作者选择的按照车流量数值、人流量数值而提高照明照度达到道路照明标准的最低值以上，100％～120％之間，一个特定比率值。

再进一步，所述调控子***根据信息I和信息II对照明装置的照明进行调控的第二阶段具体为：

(1)通过对标准图像和实时图像的像素色彩数进行相同空点位点的方差处理，即对应相同位点做差值，求取整个图像的所有像素的差值的均方值，称该方法为独立样本像素方差法；该值作为评判两张图像差异性的依据也是调节的依据；该方法设置的标准图像为一个或多个；

(2)通过图像中单一像素位点减去其周围的像素位点平均值，然后取整个图片像素色彩数的均方值，称其为邻近像素方差值方法；该方法能够分析出整张图片的清晰度，以判断环境能见度状态，参考标准状态作为调控依据；

(3)通过图像变换算法，如傅里叶变换、尔什-阿达玛变换、离散卡夫纳－勒维变换、余弦变换、正弦变换、哈尔变换和斜变换，获得标准图像与实时图像的频谱，并计算两者的方差以定量表征两者的差异，作为调节的依据。

根据上述方法，根据子***的输入信息进行分析，计算出控制策略，驱动控制子***调整照明功率；

进一步，所述取相装置在各种能见度环境下，对标识物成像，形成像素阵列；同时采用能见度分析仪在同位置同时间检测能见度值，将方差结果和能见度值进行逐一对应储存，校核方差与能见度之间的对应关系；

所述调控子***包括灯光照度调节器和存储器；当信息I和信息II到达调控子***时，调控子***根据获得的信息进行分析，决定是否对光照进行调节，并存储调节的信息在存储器中；

所述照度阀值A_i、能见度阀值阀值B_i，i为正整数序号，是***设定的一系列参考值，由***管理人依需要选择适当的阀值调控方式：

当周遭照度大于A₁ Lux、能见度大于B₁ km，则调控子***关闭照明装置照明，在夜间则可维持在最低照度的一个分率，例如80％～20％，由***操作者自定；其中，A₁可以是40,50,60,等一系列可设定的值；B₁可以是0.5，1.0，1.5,等一系列可以设定的值；

当周遭照度降低至A₂ Lux、能见度降低至B₂ km，则调控子***启动照明开关，在夜间则可维持在最低照度的一个分率，例如80％～20％，由***操作者自定；其中，A₂可以是60,50,40,等一系列可设定的值；B₂可以是0.5,0.4,0.3,等一系列可以设定的值；

***操作者设定的照度需求调节电子电路功率以调整照明灯具的光通量；其中，A₁可以是40,50,60,等一系列可设定的值；B₁可以是0.5，1.0，1.5,等一系列可以设定的值；

能见度降低至B₃ km，即为雾天情况，例如0.1km～0.05km间的一个值，依照当地道路法规设定，通讯模块向信息发布子***发出指令，启动警示信息，其包括发布平台危险提示以及根据能见度所作限速或停驶等。所述调控子***启动调节的依据为：综合照度信息与能见度信息进行判断：

对于不同的道路状态以及照明装置装设状态，***对于以上临界值的设定能调整；

对于应用于行人的照明装置照明场景包括公园和私人园区，调节子***的启动调节依据按照实际应用场景进行设定。

进一步，若所述取相装置获取的照片视野较宽，则仅截取图片中标识物所在区域的图像，进行图像分析；所述能见度检测子***和照度检测子***装配在照明装置柱状承载体的回路控制箱内；所述柱状承载体与回路控制箱连接的方式为环跨紧固。

本发明的有益效果在于：

1.本发明克服单纯只采用照度调控，或采用照度与天候条件(日出、日落)调控的***，其对于情境判断不准确的缺陷，引入能见度为重要的判断依据之一，为机动车驾驶员和行人提供可靠照明度。

2.本发明揭露一种低成本的能见度判断***，其以能见度标识物加上取像、图形分析为基础，可以广泛装设于各类照明装置上，其所做的照明智慧调控成本效益高。

3.以实时车流量和人流量为辅助监测手段，对照明装置照度进行调节。

4.本发明还具有在团雾好发地区，例如某些山区，广泛装设，不一定只做照明的智慧调控，而作为团雾侦测、警告发布的低成本装置，经济实用，社会价值高。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明***结构图；

图2为基于信息I～III进行***的第一阶段调控原理图；

图3为基于能见度进行***的第二阶段调控原理图；

图4为标识物装设于承载体上的示意图；

图5为标识物与取相装置安装在相同柱状承载体情境示意图；

图6为标识物与取相装置安装在不同柱状承载体上，且柱状承载体在马路同侧的情境示意图；

图7为在适当基板上印刷灰度渐变标识物示意图；

图8为在适当基板上印刷结合灰度渐变标识物与尺寸差异标识物示意图；

图9为图像处理方法之一，独立样本像素方差法的原理图；

图10为图像处理方法之一，邻近像素方差法的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，智慧照明照度控制***，该***包括能见度检测子***、照度检测子***、调控子***、标识物和通讯模块、流量传感子***、信息发布子***、照明控制驱动子***。

所述能见度检测子***包括存储装置和分析装置；将图像分析信息转化为调控能见度的依据信息，能见度检测子***按照一定频率向调控子***发出信息I；

所述照度检测子***包括照度仪和照度阈值器；其中，所述照度仪用于测量自然光照强度，照度阈值器用于收集照度信息和设定照度阈值，进行数据对比，照度阈值器按照一定频率向调控子***发出信息II；

所述流量传感子***通过传感装置获取车流量/人流量数据，按照一定频率向调控子***发出信息III。

调控子***根据内置算法，对信息I、信息II与可选择性信息III进行综合分析，决定是否启动调控，以及怎样调控，将调控指令反馈至照明装置控制驱动器，以及必要时通过通讯模块向信息发布子***发布响应的警示信息。

在不同能见度环境下，采用能见度分析仪在同位置同时间检测能见度值，将结果值和能见度检测子***信息I逐一对应储存，校核信息I与能见度之间的定量对应关系；

所述调控子***判断是否启动调节的依据，见图2，举例如表1所示，其中仅选择信息I与信息II作为输入参数的简单情境，仅供示例。

表1灯光调节条件示例

检测照度	能见度	天气状况	响应结果
				100Lux	大于10km	自然照明良好	关闭照明装置
0～100Lux	1～10km	自然照明较差	开启照明装置
				30～50Lux	0～0.5km	雾天	发布警示信息

对于不同的道路状态以及照明装置装设状态，***对以上的临界值设置有一定差异。如单向1车道、双向2车道单侧布置、双向4车道双侧布置、双向6车道双侧布置、双向8车道双侧布置、双向2车道横向悬索布置、双向4车道横向悬索布置以及人行道路布置等。

对于应用于行人的照明装置照明场景如公园、私人园区等，调节子***的启动调节参数依据按照实际应用场景进行设定。

如图3所示，为基于能见度的***调控原理示意图。取相装置在最低标准能见度条件下进行标识物取相，得到标准图像；后续在应用实际场景中对相同标识物在相同拍照设置下实时取相，通过图像方差分析算法，分析装置将实时取得图像与标准图像进行定量化对比，当满足调控结束条件即达到阈值或已经到达调控极限，则停止调控；否则进行循环调控。

所述能见度检测子***和照度检测子***装配在照明装置柱状承载体的回路控制箱内；所述柱状承载体与回路控制箱连接的方式为环跨紧固；

若获取的照片视野较宽，则仅截取图片中标识物所在区域的图像，进行图像分析；截取方法包括人工介入标记和采用图像中元素自动标记；图像分析仅采用标识物对象的成像区域，而排出其它背景成像，因为背景成像如植物、建筑物、行车等容易变动，在图像方差处理中会导致很大的方差。对于棒状标识物，标识物间距间的背景也需要剔除，此种情况下采用图片中分离式截图，仅截出各个棒的图片区域。

所述能见度标识物系以支架悬臂装设在照明灯具下方2米～4米处的光锥内，其表面与灯具成30～60°倾斜以受光及反光，以利夜间取像；取像装置装设在能见度标识物对面，且镜头对正能见度标识物如图4；两者安装方式采取以下之一：

(1)能见度标识物与取像装置两者同时安装在相同的灯具承载体上、两者相距0.5～2米，如图5；对于安装在相同柱状承载体上的情况，由于拍照装置和标识物间距较近，因此标识物应等比例缩小，缩小范围20％-60％。

(2)能见度标识物与取像装置分别安装在相隔5～50米的相邻不同灯具承载体上，此不同灯具承载体可选择在道路同侧或异侧，依地形、植物遮挡状况而定，如图6。

标识物距离地面≥2m；标识物与取相装置保持间距为0.5m～50m；

所述标识物为若干直径从小到大依次平行排列的棒状标识物，棒的中心线方向垂直于柱状承载体，并与柱状承载体连接；

所述标识物为在适当基板(如薄金属板或透明基板)上印刷的标识物；

所述标识物为灰度相同的长方形标识物，数量为4～10个，L_i统一长度为100～500mm，独自宽度W_i分部范围为4～64mm，相邻两个长方形标识物的距离G_i为50～500mm，长方形中线与柱状承载体轴线平行。标识物印刷于柔性金属板上，金属板紧箍于柱状承载体柱体表面。各长方形标识物宽度不同，沿着高度的方向宽度渐变。

所述标识物为在延伸方向呈现灰度的渐变趋势、各自分离的长方形块状，其尺寸上一致，但，灰度沿着高度增加方向变大或减小，此图中以变大作为示意。在不同程度的能见度下进行拍照，所获得的标识物图片在显示结果上会有明显不同，在图片的像素方差处理中可以获得更显著的方差值。此灰度渐变的方案所涵盖的标识物范围不限于此处举例的长方形块状。延伸的示例如灰度在延伸方向渐变的同心对称几何图形，如图7。

如图8所示，形成基于灰度差异化与形貌尺寸差异化的结合，强化不同能见度下的标识物像素方差识别特征的丰富度。

所述标识物能够替换为其他辨识物，包括但不限于“C”型、“E”型、“F”型和“H”型”辨识物；

(1)当所述标识物与取相装置分别安装在不同柱状承载体上时，所述不同柱状承载体设于道路同侧或不同侧，具体视装设现场两柱状承载体间是否有障碍物，如绿化植栽遮蔽等；

(2)当所述标识物与取相装置安装在同一柱状承载体上时，通过支架悬臂，使得标识物与取相装置在水平方向上间隔一定距离，同时，标识物和取相装置的间距缩短，标识物的尺寸相比不同柱状承载体的布置等比例缩小20％～60％。

所述能见度标识物具有夜间增亮能力与自洁功能；夜间增亮能力的方式系在表面涂覆包括但不限于(1)萤光材料；(2)磷光材料；自洁功能系在其最外层涂刷纳米自洁涂料。

今以特定参数在现场对能见度标示物取像，说明图像分析法，比对标准是由图形模式算法经取像参数归一后，产生的最大相似图形，现场取像的分析算法系可以是，但不限于以下三类：

(1)方法1：二维阵列的像素可采用不同比特每像素的彩色数来定量表达单一像素状态，通过对标准图像和实时图像的二维像素进行相同空点位点的方差处理，即对应相同位点做差值，求取整个图像的所有像素的差值的均方值，称该方法为独立样本像素方差法，如图9所示；虚线网格代表标识物图片区域；每一个方格代表像素；代码表示的定量数据代表的色彩；T₀代表标准标识物图片；T₁代表实时拍摄标识物图片；像素方差计算公式为：

均方值作为评判两张图像差异性的依据，输出信息I；

***根据信息I和信息II融合后调节照明的方法具体又分为两种方法：

(a)使用一个标准图像，设定像素方差阈值，当两个图像的独立样本像素方差小于一定值时，代表两个图像近似一致；通过对比实时的独立样本像素方差值与方差阈值来作为能见度调控依据；通过步进式阶梯调控照明装置的光通量，每一步进将拍照取相标识物，对比标准图，分析图像方差值，判断调整方向是否正确即方差是否趋于减小，判断调整后状态的方差值是否在阈值范围内，若不在方差阈值范围则进入下一个循环步进，继续调整；若方差在阈值范围内则结束该阶段的调控，认为调整到目标状态；若调整方向正确，方差逐渐趋于减小，已经调整到照明装置可允许照度调整极限，但方差仍然没有在方差阈值范围内，此种情况下也结束调整；若多个循环步进调控，获得的方差值变化程度小，且经过了最小方差点，但该最小方差任然大于阈值，***将采用最小方差的状态，同时通过最小方差和标准方差的距离程度来定量判断雾、沙尘天气的程度，极端的情况为调整过程中方差值根本不发生改变，代表雾、雾霾、沙尘天气极端严重，通过通讯模块向信息发布子***发布不同程度的雾、雾霾或沙尘的警示信息；

(b)使用在不同能见度下拍摄的多个标准图像，使用能见度仪器在同拍摄时间与同拍摄空间测量数据，对各个图像进行校核，形成一一对应；实施过程中，对标识物实时取相，通过将实时图像与多个标准图像分别求取独立样本像素方差，其中最小值方差值对应最为相似，同时也间接获得实时图片的能见度参数，可依照***设定，定量进行调控，以及调控后的再一次检验是否达到标准。

(2)方法2：通过图像中单一像素位点减去其周围的像素位点平均值，然后取整个图片的像素色彩数均方值，称其为邻近像素方差值方法，如图10所示；该方法能够分析出整张图片的清晰度，以判断环境能见度状态；该均方值越大，能见度越高；该均方值越小能见度越低；操作过程中，首先通过试验获取在市政相关应用场景中最低照明需求下，取相标准标识物，获得其邻近像素方差值，规定为标准阈值；虚线网格代表标识物图片区域；每一个方格代表像素；代码表示的定量数据代表的色彩；T₁代表实时拍摄标识物图片，其中对于A_i-1或B_j-1,若i或j等于1，则涉及该字符项为零，因为并不存在A₀或B₀的像素点位置，x为邻近像素位点的有效个数，为2～4。例如边角像素点为2个，边线像素点为3个，中间像素点为4。

像素方差计算公式为：

当实时拍摄标识物，计算其邻近像素方差值，将其与标准阈值对比作为调节的依据，输出信息I；

根据信息I与信息II融合后的照明调节方法具体为：当实时邻近像素方差值小于阈值，步进阶梯式增大光通量，没一步进将取相标识物，图像分析获取新的邻近像素方差值，跟新与标准阈值进行对比，若小于标准阈值，则进一步增大光照，进入下一个循环；若达到标准阈值，则停止调控；若调整过程中，向阈值方向单调靠近，且已经调整到照明装置可允许照度调整极限，但任然没有达到阈值，此种情况下结束调整；若多个循环步进调控，获得的邻近像素方差值变化程度小，且经过了方差最大状态，但该最大方差任然小于阈值，***将采用最大方差点的状态，同时通过最大方差和标准方差的距离程度来定量判断雾、沙尘天气的程度，极端的情况为调整过程中方差值根本不发生改变，代表雾、雾霾、沙尘天气极端严重，可通过通讯模块向信息发布子***发布不同程度的雾、雾霾或沙尘的警示信息。

(3)方法3：采用图像傅里叶变换算法，可使用二维离散傅里叶变换处理图像，获得频谱，频率是表征图像中灰度变化剧烈程度的指标，是灰度在平面空间上的梯度；对比标准图片与实时图片的傅里叶变换频谱，获得频谱的方差值，该方差值代表着图片之间的差异性定量描述。通过对比标准图片，将频谱的方差值与预设的方差阈值进行对比，作为迭代调控的判据如方法1-(a)，或通过将实时图片对比一系列标准图片，以寻找最小方差，可以判定实时图片的近似对应的标准图片，以获得对实时能见度的定量表述如方法1-(b)；对于一个图像像素尺寸为M×N的离散傅里叶变换公式如下，f(x,y)为空间域坐标系下的像素值，F(u,v)为频谱域坐标系下的变换，变量u和v用于确定它们的频率。

所述图像变换算法还包括但不限于以下方法：沃尔什-阿达玛变换、离散卡夫纳－勒维变换、余弦变换、正弦变换、哈尔变换和斜变换。

所述***还包括装设在柱状承载体上的流量传感子***，用于对行车流量/行人流量进行分布式实时监控，在***检测到光照强度不足以及能见度低时，同时结合车流量/行人流量数据即输入信息III对光通量进行调控；

对于车流量应用场景，在光照强度不足以及能见度低时，当车流量传感器检测到一段支路上并没有车辆通行时，调控子***保留该段支路入口至延伸段100m～300m长度的照明装置开启，并保持最低照明强度，其余路段照明装置关闭，在夜间则可维持在最低照度的一个分率，例如80％～20％，由***操作者自定；当检测到该支路有来车，流量传感子***实时定位来车，提前开启来车前方100m以上(可由***操作者设定)的照明装置；当车驶过后，滞后一定时间，逐渐关闭或调降距离该车后方100m以上(距离可由***操作者设定)的照明装置光通量。

对于人流量应用场景，在光照强度不足以及能见度低时，当人流量传感器检测到一段支路上并没有行人通行时，调控子***将关闭该路段的照明装置所谓最低照度的一个分率指100％～0％之间，可由***操作者自定；当检测到行人正经过路段，开启距离行人20m以上(可由***操作者设定)路段的照明，当行人经过该路段，滞后一定时间，逐渐关闭或调降距离行人后方20m以上(可由***操作者设定)路段的照明。

调控子***设定有可由***操作者选择的按照车流量数值、人流量数值而提高照明照度达到道路照明标准的最低值以上一个特定比率值，例如100％～120％间的一个自定值。

对于同时应用于车流量和人流量的应用场景，将一并考虑以上两种调控模式。

需进一步指出的是，本发明所揭露的基于能见度作照明调控的***与方法，不限于只用在照明的调控。其另一个重要应用，在于「能见度检测子***」的普遍适用性。它可单独用于对雾引起的能见度侦测，特点是以相对低的成本装设在团雾好发区。例如装设在经常起大雾的山区，当侦测到偶发性的短时间大雾(亦即团雾)时，由通讯模块启动装设于来车公路上安全距离(例如0.5km～1.0km)的信息发布***，依据团雾浓度(能见度数据)在团雾区域前方向机动车驾驶人发布减速、车速限制、甚至于停驶信息。每年团雾都造成重大追尾事故，引起人身财产损失，本发明在这个领域有很大应用性。

最后说明的是，以上优选实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种照明之智慧调控***，其特征在于：该***包括能见度检测子***、照度检测子***、调控子***、照明控制驱动子***、通讯模块和信息发布子***、以及选择性的流量对象监控子***；

所述能见度检测子***包括：倾斜装设在照明灯具下方光锥内的能见度标识物、装设在能见度标识物正对面的取相装置、图像分析和存储装置；本***预先在特定能见度与照度条件下对标识物取像，取得一系列标准图像，从中建立能见度图像分析模式以及适用于现场能见度图像算法的嵌入式软件；在实际应用场景中对标识物实时取像后，通过该嵌入式软件分析计算得到能见度值，为信息I；

所述照度检测子***包括照度仪和照度阈值器；其中，照度仪用于测量照明装置位置的自然光照强度，其与根据路况设定照度阈值进行数据对比，得到照度阈值差，为信息II；

所述选择性的流量对象监控子***包括车流量传感器和人流量传感器，车流量传感器于公路路段间隔一定间距装设，人流量传感器于应用路段间隔一定距离装设，具体装设两者之一或共同装设依据应用场景而定，其取得信息综合成为信息III；

所述调控子***根据信息I、信息II和信息III，依***管理者可自行选择的模式与阀值对照明装置的照明控制驱动子***进行功率调控；

所述通讯模块和信息发布子***系当判断为有雾状况，且当能见度低到行车限速或禁行的阀值时，启动路侧电子警示广告牌，显示速限或禁行信号；

所述调控子***根据的信息I，系在特定拍摄条件下以照相取得能见度标识物的实时图像，对以标准图像建立的图像分析模型所产生的最大似然图，进行图形比对算法计算能见度数值；

所述特定拍摄条件系指：拍摄参数包括镜头分辨率、焦距、光圈、相机CMOS像素和拍摄物距，并由计算软件进行归一化以产生最大似然图；

所述标准图像为事先在实验室内设定各种拍摄条件，对能见度标识物取得的一系列图像，及以特定能见度的雾区路况实景像校准者；

所述图像分析模型系纳入各拍摄参数可归一、经修正改进的下述方法，包括但不限于：统计图像模型法、马尔科夫随机场模型、域隐马尔可夫模型；

所述图形比对算法，系以现场拍摄的能见度标识物图像与最大似然图进行比对，其算法包括但不限于下述之一：独立样本像素方差法、邻近像素方差值法、图像傅里叶变换算法、二维离散傅里叶变换处理图像法、沃尔什-阿达玛变换、离散卡夫纳－勒维变换、余弦变换、正弦变换、哈尔变换和斜变换。

2.根据权利要求1所述的照明之智慧调控***，其特征在于：所述能见度标识物包括但不限于灰度分层渐变的几何图形、尺寸不同的条状图形排列、具有开口的符号图形；其中：

所述灰度分层渐变的几何图形系印刷在适当基板上，灰度分层渐变的复数个排列有秩的几何图形；

所述尺寸不同的条状图形排列系印刷在适当基板上，尺寸呈现单调渐变；

所述具有开口的符号图形，系印刷在适当基板上、由大而小有序排列的文字符号，包括但不限于“E”、“H”、“F”、“C”、“山”和“川”其中一个；

所述适当基板为金属基板或透明基板，包括但不限于不锈钢、铜合金、铝合金、玻璃、压克力、聚碳酸脂和聚乙烯。

3.根据权利要求1所述的照明之智慧调控***，其特征在于：信息II及信息III的取得方式：

所述调控子***根据的信息II，系使用照度仪测量照明装置位置的自然光照强度，用于和依据路况设定的照度阈值进行数据对比，得到的照度阈值差；

所述调控子***的信息III系取自因应需要而装设的车流量传感器和人流量传感器；

所述车流量传感器系装设在重要公路路段，包括但不限于：多车道交叉路口、急弯处、人车汇聚处和高流量路段；

所述人流量传感器系装设在重要行道，包括但不限于：商业区、工业区、公园和斑马线。

4.根据权利要求1所述的照明之智慧调控***，其特征在于：所述能见度检测子***、照度检测子***、调控子***、照明控制驱动子***、通讯模块和信息发布子***、以及选择性的流量对象监控子***的装设方式为：

所述能见度检测子***和照度检测子***装设在照明装置的回路控制箱内，该回路控制箱的防水等级大于IP54；

所述能见度标识物以支架悬臂装设在照明装置下方2米～4米处的光锥内，该能见度标识物表面与灯具成30～60°倾斜以受光、反光或透光；取相装置装设在其对面且镜头对正能见度标识物；两者安装方式采取以下之一：

(1)能见度标识物与取像装置两者同时安装在相同的灯具承载体上、两者相距0.5～2米；

(2)能见度标识物与取像装置分别安装在相隔5～50米的相邻不同灯具承载体上，所述不同灯具承载体根据地形、植物遮挡状况选择在道路同侧或异侧布置。

5.根据权利要求2所述的照明之智慧调控***，其特征在于：所述能见度标识物满足以下特征：

(1)印刷在基板上的4～10条灰度相同的长方形标识物，宽度在4～64mm间，长度相同在100～500mm之间，从小到大依序平行排列；

(2)印刷在基板上的4～10条、宽度相同但灰度渐变的长方形标识物印刷的标识物，宽度在10～64mm之间，长度相同在100～500mm之间，相邻两个长方形标识物无间隙或间距1mm～20mm间；

(3)印刷在基板上具有开口的符号，其长度在100～500mm之间，符号组成线条粗细在4～64mm之间，相邻两个符号标识物的距离在50～500mm之间。

6.根据权利要求1所述照明之智慧调控***，其特征在于：所述能见度标识物具有夜间增亮能力与自洁功能；

所述夜间增亮能力的方式系在表面涂覆包括但不限于萤光材料或磷光材料；

所述能见度标识物具有自洁功能系在其最外层涂刷纳米自洁涂料。

7.基于权利要求1或6中任一项所述***的照明之智慧调控方法，其特征在于：利用能见度检测子***取得信号I为副控信号，照度检测子***取得信号II为主控信号，流量对象监控子***取得信号III为辅助信号；将信号I～信号III输入调控子***，由***管理者选择模式对照明装置的照明控制驱动子***进行功率调控，以最节约能源方式依据信号I～信号III作融合决策方式调整，达到照明装置光通量与能见度的最适化。

8.根据权利要求7所述照明之智慧调控方法，其特征在于：

设照度阀值A_i、能见度阀值阀值B_i、正整数序号i是***设定的参考值，由***管理人依需要选择适当阀值进行调控：

当周遭照度大于A₁ Lux、能见度大于B₁ km，则调控子***关闭照明装置之照明；

当周遭照度降低至A₂ Lux、能见度降低至B₂ km，则调控子***启动照明装置开关，并依***操作者设定的照度需求调节电子电路功率以调整照明装置的光通量；

能见度降低至B₃ km，即为雾天情况，通讯模块向信息发布子***发出指令，启动警示信息，凭借发布平台进行危险提示，以及根据能见度所作限速或停驶提示。

9.根据权利要求8所述照明之智慧调控方法，其特征在于：所述信号III为辅助信号，控制方式为：

对于装设车流量传感器的场景，在检测到自然光照强度及能见度不足时，对于无车流量情况，调控子***按***操作者设定，维持最低照度值的一个分率；测得来车时，提前将来车前方大于50m处的照度逐渐提高到标准驾驶照明强度；车驶过后，设定逐渐恢复到最低照度的一个分率；

对于装设人流量传感器的场景，在检测到自然光照强度以及能见度不足时，无人流量情况，调控子***按***操作者设定，维持最低照度值的一个分率；来人时提前将来人前方大于20m处的照度逐渐提高到标准行人场景照明强度；行人过后，设定逐渐恢复最低照度的一个分率；

所谓最低照度的一个分率系由***操作者可自定100％～0％的一个比率值；

对于车流量和人流量侦测的综合场景，将车流量和人流量信息作为一个综合信息对照度进行调节；调控子***设定有由***操作者选择的按照车流量数值、人流量数值而提高照明装置照度达到道路照明标准的最低值以上在100～120％间的一个特定比率值。

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