CN115968071B - 一种亮度可调的隧道照明*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种亮度可调的隧道照明***，属于光学照明技术领域，解决了现有技术中隧道内外亮度差异大导致的视觉模糊以及隧道内眩光严重导致行车安全性低的问题。照明***包括外部亮度采集单元、内部亮度采集单元、智能亮度调节***；外部亮度采集单元用于采集隧道口外的亮度值；内部亮度采集单元用于采集隧道中部的亮度值；智能亮度调节***包括控制单元、照明灯具以及通信单元；控制单元根据所述隧道口外以及隧道中部的亮度值，调节照明灯具的发光亮度，并通过通信单元将亮度调节信号发送至照明灯具。本发明的照明***能够根据隧道内外部亮度实时调节入口过渡段以及出口过渡段照明灯具亮度，同时照明灯外部设置了光束调整器，能够防止眩光。

Description

一种亮度可调的隧道照明***

技术领域

本发明涉及光学照明技术领域，尤其涉及一种亮度可调的隧道照明***。

背景技术

根据公安部和国家安全生产监督管理局的公布数据，隧道内的交通事故又是路面的2-3倍；而照明***是保障隧道行车安全的一个重要组成部分，早在20世纪60年代欧洲就对隧道的照明进行了专门研究并制定标准。80年代后，世界各国相继出台了隧道照明规范；以规范隧道照明的设计和施工，减少交通事故。但照明标准目前大多是针对传统光源设计的，主要以高压钠灯为主，近5年来，随着LED照明技术的发展以及在国家***等部委的大力推广下，LED逐步应用到隧道照明领域，但仍以替换传统灯具为主，主要表现在点对点的替换，个别的采用了LED日光灯管进行替换，效果也不理想。

现有技术中，由于隧道照明亮度无法调节，但隧道外部环境的亮度是变化的，当隧道内外亮度变化较大时，会对驾驶人员视觉产生较大影响，存在安全隐患。例如当处于夏季白昼时，外部亮度非常高，当驾驶人员刚进入隧道口时，由于人眼适应明暗环境有一个过程，此时由高亮度环境进入较暗环境，会产生短暂的视觉模糊，存在很大的道路安全隐患，同时，当处于夜晚环境时，驾驶人员由外部较暗环境进入较亮环境中，也会存在一个短暂的人眼适应时间，在这段时间中，也会存在视觉模糊。为保证行车安全，应该随时调节亮度，既保证隧道照明的需要，还要兼顾人眼的适应性。

另外，由于照明灯的设计没有考虑到在半封闭空间内视觉的局限性、眩光指数等指标，尤其是对于螺旋隧道，弯曲隧道不同于平直隧道，弯曲段驾驶员视野的正前方是隧道的外侧墙壁，目标识别及判断变得尤为重要，前方外侧墙壁的照明灯具如果采用传统照明光源，会产生眩光，驾驶员在眩光下无法准确识别目标，进而很大程度上会造成危险驾驶的风险。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于隧道的照明***，用以解决现有隧道内照明***无法根据隧道内外部亮度调节照明灯具亮度而产生的视觉模糊以及现有照明灯具产生的眩光造成驾驶员无法准确识别目标或扰乱驾驶员的视线，从而容易造成交通事故的问题。

本发明提供了一种亮度可调的隧道照明***，所述照明***包括外部亮度采集单元、内部亮度采集单元、智能亮度调节***；

所述外部亮度采集单元用于采集隧道口外的亮度值；

所述内部亮度采集单元用于采集隧道中部的亮度值；

所述智能亮度调节***包括控制单元、照明灯具以及通信单元；其中，控制单元根据所述隧道口外以及隧道中部的亮度值，调节照明灯具的发光亮度，并通过通信单元将亮度调节信号发送至照明灯具。

进一步，将隧道从入口至出口依次划分为入口过渡段、中间段、出口过渡段；所述入口过渡段、中间段、出口过渡段均设置有多个照明灯具。

进一步，所述控制单元按照如下方式调节照明灯具的发光亮度：

当隧道口外的亮度值L1-隧道中部的亮度值L2>第一阈值时，按照从出口至入口的方向，依次提高所述入口过渡段中各照明灯具亮度值，使得入口过渡段中各照明灯具亮度值沿出口至入口的方向逐个增大；按照从入口至出口的方向，依次提高所述出口过渡段中各照明灯具的亮度值，使得出口过渡段中各照明灯具亮度值沿入口至出口的方向逐个增大。

当隧道口外的亮度值L1-隧道中部的亮度值L2<第二阈值时，按照从出口至入口的方向，依次降低所述入口过渡段中各照明灯具亮度值，使得入口过渡段中各照明灯具亮度值沿出口至入口的方向逐个减小；按照从入口至出口的方向，依次降低所述出口过渡段中各照明灯具的亮度值，使得出口过渡段中各照明灯具亮度值沿入口至出口的方向逐个减小。

进一步，所述智能亮度调节***还包括车流检测单元，所述车流检测单元用于检测隧道内部的车流量信息，并将所述车流量信息发送给控制单元，控制单元还用于根据存储的车流量信息与隧道照明亮度的映射关系得到所需的隧道照明亮度，并根据该亮度值生成各照明灯具的亮度调节信号发送至各照明灯具。

进一步，所述通信单元包括1个主通信模块和多个子通信模块，所述控制单元处配置主通信模块，所述外部亮度采集单元、内部亮度采集单元以及所述各照明灯具处各配置有一子通信模块，控制单元通过主通信模块将亮度调节信号发送至各照明灯具处的子通信模块，并通过所述外部亮度采集单元、内部亮度采集单元处的子通信模块获取隧道外部和中部的亮度值。

进一步，所述照明灯具包括多个排列成一字的照明模组；所述每一照明模组均包括照明灯、光束调整器；所述光束调整器用于将所述照明灯产生的对称光源调整为单向出光的非对称光源，所述非对称光源的中心光束方向与隧道行车方向之间的夹角为锐角。

进一步，所述照明灯为LED。

进一步，所述光束调整器为透镜组或单曲面透镜。

进一步，所述透镜组包括三个由内向外层叠设置的曲面透镜，相邻曲面透镜之间设置有空气间隔；所述三个曲面透镜按照由内向外的顺序，依次将照明灯的光束方向向隧道行车方向偏转一定的角度并且逐次缩小光束发散角，最终使得照明灯产生的对称光源调整为单向出光的非对称光源。

进一步，按照如下方式确定三个曲面透镜的面型结构：获取各层曲面透镜的非对称配光曲线；基于所述配光曲线，利用环带能量法获取每一层曲面透镜两侧的入射光线与出射光线间的映射关系，基于所述映射关系得到该层曲面透镜上每个环带的出射角；根据上述出射角确定每个曲面透镜的面型结构。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明提出的照明***，通过实时采集隧道外部和隧道中部亮度值，当两者差值超过一定阈值时，控制单元通过控制隧道入口过渡段以及隧道出口过渡段照明灯具的亮度值，使得隧道外部亮度向隧道中部的亮度逐渐过渡，形成连续缓慢的亮度变化台阶，避免亮度差异过大给人眼造成的不适，避免产生交通事故。

2、本发明通过车流量检测单元实时获取隧道内部车辆信息，并根据车流信息及时调整隧道内部照明灯具的亮度，能够大幅降低隧道照明***的能源消耗。

3、本发明提出的用于隧道防眩光的照明设备，通过光束调整器对入射光(即照明灯发出的光线)进行调整，使经光束调整器调整后产生的出射光的方向与隧道内的行车方向同向，从而能够防止照明设备产生的光线直射驾驶员眼睛产生眩光，影响驾驶员准确识别行驶路线，有效避免眩光导致的交通事故等危险。

4、本发明的光束调整器可以是单曲面透镜，也可以是透镜组，采用单曲面透镜使得出射光束调节具有更高的精度；所述透镜组包括由内至外依次层叠设置的三个曲面透镜，通过上述三个曲面透镜逐渐调节照明灯的光束方向，能够大大降低曲面透镜的设计和加工难度，并且采用三个曲面透镜组合的光束调节器在实现光束调节的基础上，能够保持高达 90％以上的透光效率。

5、本发明通过设置灯具的间距以及灯具中各个照明灯之间的间距，在防止眩光的同时，能够提高隧道内照明的均匀性，为隧道内驾驶员提供友好的照明环境。同时能够使相邻照明灯产生的光束的照明范围能够连续，从而在保证正常照明的情况下，很大程度上提高了光的利用率，降低了照明设备的成本。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为现有技术中常规隧道照明灯具产品的光线轨迹模拟图的示意图；

图2为本发明实施例照明***组成示意图；

图3为本发明实施例隧道内照明灯的光线轨迹示意图；

图4为本发明实施例目标配光曲线的示意图；

图5(a)为本发明实施例光束调整器的正视图；

图5(b)为本发明实施例光束调整器沿A-A剖面的示意图；

图6为本发明实施例相邻两个照明灯间的照明光束以及灯板位置示意图；

图7为本发明实施例龙骨架结构示意图；

图8为本发明实施例灯具在龙骨架上的安装结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

现有技术中，由于隧道内部亮度无法根据隧道外部亮度实时调节，因此当外部亮度与内部亮度差异较大时，人眼需要一个调节过程才能适应，在适应过程中会产生视觉模糊，存在较大的安全隐患。同时，现有技术中的隧道照明***中的照明设备，无论是“蝙蝠翼”型配光还是朗伯配光，都是对称配光的光源，对某一固定点来说，光线中心光轴与路面垂直，示例性的，图1是常规隧道照明灯具产品的光线轨迹模拟图。由于对称光源中始终存在与行车方向相反的光束，可见在常规的灯具设计中，眩光的影响较大。

基于上述现有技术的缺陷，本发明的一个具体实施例，公开了一种亮度可调的隧道照明***，以克服上述缺陷。如图2所示，所述照明***包括外部亮度采集单元、内部亮度采集单元、智能亮度调节***；

所述外部亮度采集单元用于采集隧道口外的亮度值；

所述内部亮度采集单元用于采集隧道中部的亮度值；

所述智能亮度调节***包括控制单元、照明灯具以及通信单元；其中，控制单元根据所述隧道口外以及隧道中部的亮度值，调节照明灯具的发光亮度，并通过通信单元将亮度调节信号发送至照明灯具。

需要说明的是，本申请中隧道为单向隧道。

具体的，为便于对隧道中各照明灯具的亮度进行控制，将隧道从入口至出口依次划分为入口过渡段、中间段、出口过渡段；所述入口过渡段、中间段、出口过渡段均设置有多个照明灯具。

具体的，所述多个照明灯具按一定的间距布置在隧道内墙的两侧。

由于隧道中间段远离隧道入口和出口，几乎不受隧道外部亮度的影响，因此在调节照明灯具亮度以使隧道内亮度与隧道外亮度逐渐过渡时，调节的是隧道入口过渡段和隧道出口过渡段照明灯具的亮度，不对中间段的照明灯亮度进行调节。

具体的，所述控制单元按照如下方式调节照明灯具的发光亮度：

当隧道口外的亮度值L1-隧道中部的亮度值L2>第一阈值时，按照从出口至入口的方向，依次提高所述入口过渡段中各照明灯具亮度值，使得入口过渡段中各照明灯具亮度值沿出口至入口的方向逐个增大；按照从入口至出口的方向，依次提高所述出口过渡段中各照明灯具的亮度值，使得出口过渡段中各照明灯具亮度值沿入口至出口的方向逐个增大。

当隧道口外的亮度值L1-隧道中部的亮度值L2<第二阈值时，按照从出口至入口的方向，依次降低所述入口过渡段中各照明灯具亮度值，使得入口过渡段中各照明灯具亮度值沿出口至入口的方向逐个减小；按照从入口至出口的方向，依次降低所述出口过渡段中各照明灯具的亮度值，使得出口过渡段中各照明灯具亮度值沿入口至出口的方向逐个减小。经过亮度调整后，在隧道入口过渡段以及出口过渡段形成的亮度值，能够使得驾驶人员以一定速度进入隧道或穿出隧道时，能够完全适应这种亮度变化，不会产生视觉模糊，进而能够避免由于亮度差异过大而带来的行车安全隐患。

具体的，当隧道口外的亮度值与隧道中部的亮度值满足如下关系时：第二阈值≤隧道口外的亮度值L1-隧道中部的亮度值L2≤第一阈值，不对照明灯具的亮度进行调节，认为在此范围内，隧道外部亮度与内部亮度差别不大，不会产生视觉模糊。

可以理解的，所述第一阈值为一正值，所述第二阈值为一负值。

具体的，所述第一阈值和第二阈值可以根据公路隧道照明设计标准以及人眼的感光特性确定。

实施时，所述外部亮度采集单元、内部亮度采集单元可以采用光敏二级管；所述外部亮度采集单元通过安装支架安装在隧道口上方，测量隧道外部亮度，所述内部亮度采集单元通过安装支架安装在隧道中间段，为准确获取隧道中部的亮度值，可以沿着行车方向在隧道中间段均匀布设多个亮度采集单元，以多个亮度采集单元的亮度平均值作为隧道中部的亮度。

具体的，所述通信单元包括1个主通信模块和多个子通信模块，所述控制单元处配置主通信模块，所述外部亮度采集单元、内部亮度采集单元以及所述每个照明灯具处各配置有一子通信模块，控制单元通过主通信模块将亮度调节信号发送至各照明灯具处的子通信模块，并通过所述外部亮度采集单元、内部亮度采集单元处的子通信模块获取隧道外部和中部的亮度值。

具体的，所述主通信模块及各子通信模块之间采用无线通信方式进行通信。所述主通信模块和各子通信模块可以是Lora模块或ZigBee模块。

具体的，所述控制单元为微控制器，示例性的，该微控制器为STM32。

所述各照明灯具包括多个排列成一字的照明模组、功率驱动模块，所述功率驱动模块用于驱动照明灯具中的各照明模组。

具体的，所述亮度调节信号为PWM信号。

下面以隧道外部亮度较大时的情形为例详细介绍控制单元的控制过程：

当隧道外部亮度值较大，例如处于夏季正午时，外部亮度采集单元将采集的亮度值发送至控制单元，同时，内部亮度采集单元采集的亮度值也发送至控制单元，此时，两者的差值大于第一阈值，则控制单元根据两者的差值，并结合隧道内部车辆通行速度，一般隧道内速度为80km/h ，确定入口过渡段以及出口过渡段中各照明灯具的亮度值，使得入口过渡段各照明灯具沿着从出口至入口的方向亮度值依次增大，使得出口过渡段中各照明灯具沿着从入口至出口的方向亮度值依次增大，并根据该亮度值生成亮度调节信号，通过主通信模块将入口过渡段及出口过渡段中各照明灯具的PWM亮度调节信号发送至各照明灯具的子通信模块中，各子通信模块将各自的PWM亮度调节信号传送至功率驱动模块，功率驱动模块根据所述PWM亮度调节信号调节输出功率，从而控制照明模组的发光亮度。

隧道照明***在没有车辆通行时，可以适当降低隧道内部的照明亮度，以节约能源。因此，为提高隧道照明***的节能效果，优选的，所述智能亮度调节***还包括车流检测单元，所述车流检测单元用于检测隧道内部的车流量信息，并将所述车流量信息发送给控制单元，控制单元根据存储的车流量信息与隧道照明亮度的映射关系得到所需的隧道照明亮度，并根据该亮度值生成各照明灯具的亮度调节信号发送至各照明灯具。

可以理解的，当根据车流量信息整体调节隧道内亮度时，需要对隧道内所有照明灯具的亮度进行调节，即调节的对象为入口过渡段、中间段以及出口过渡段的照明灯具。

具体的，可以预先设定车流量对应的隧道照明亮度之间的映射关系，并将设定好的上述映射关系存储在控制单元中。

示例性的，当车流量较大时例如车流量为70辆/分钟或者大于70辆/ 分钟，对应的目标亮度为设置的隧道最大亮度，当车流量较小时例如小于10辆/分钟，目标亮度为最大亮度的30％；当车流量大于等于10辆/ 分钟，且小于等于70辆/分钟，对应的亮度为最大亮度的50％。

控制单元接收到车流量信息后，根据车流量信息与隧道照明亮度间的对应关系，生成PWM亮度调节信号，通过主控制模块发送给各照明灯具处的子通信模块，子通信模块将该PWM亮度调节信号发送给功率驱动模块，功率驱动模块根据所述PWM亮度调节信号调节输出功率，从而控制照明模组的发光亮度。

实施时，可以将车流量检测单元放置在隧道口内部或者外部。

具体的，车流量检测单元可以采用现有的任意车流量检测器实现，例如，可以是电感式，也可以为红外线式，还可以为磁阻式。

为解决本发明的另一技术问题，即隧道内照明设备存在眩光的问题，本申请设计了一种可以防止眩光的照明模组；

优选的，所述每一照明模组均包括照明灯、光束调整器；所述光束调整器用于将所述照明灯产生的对称光源调整为单向出光的非对称光源，所述非对称光源的中心光束方向与隧道行车方向之间的夹角为锐角。具体如图3所示，照明灯的中心光轴顺着行车方向与路面成一定角度的非对称配光，减少眩光，削减掉逆向行车方向的光线，即削减直射入驾驶员的直射光，使得照明光线指向行车方向，这样既有利于目标识别，又克服了眩光。

具体的，所述照明灯为LED。

优选的，光调整器为透镜组或单曲面透镜，能够对照明灯产生的对称光源的出射方向进行调整获得单向出射的光束。

示例性的，为使调整后的光束方向达到防眩光的效果，与隧道行车方向相反侧的出光方向一般不能大于40°，考虑到照明面积，可以加大与隧道行车方向相同侧的出光方向的角度，例如增大到60°，因此为防止眩光、并保证照明的均匀度，提高光源利用率，设置最终调整后光束出射满足如下要求，在0°-180°的截面上光束发散角为78.3°，90°-270°截面上光束发散角为48.4°，30°-210°截面上发散角为77°，在60°-240°截面上发散角为60.5°，形成如图4所示的单向非对称目标配光曲线。可见，与照明灯出射的对称光束相比，所需的目标光束发散角在各截面上都有很大缩减，并且光束中心光轴由原来的垂直于路面方向向行车方向偏转。

要将照明灯的对称光束转换为上述非对称的光束，本申请提供了两种不同的手段，一种是采用单曲面透镜实现，另一种是采用透镜组实现。采用单曲面透镜的优点是光束调节精度高，但由于光束需要调整的角度非常大，因此形成的单曲面透镜面型复杂，加工难度较大。为降低单曲面透镜的面型复杂度以及加工难度，另一种方式是采用三个曲面透镜组合的方式，通过三个曲面透镜逐渐调整光束的出射方向，使得最终出射光束满足目标配光曲线。

具体的，如图5所示，所述透镜组包括三个由内向外层叠设置的曲面透镜，相邻曲面透镜之间设置一定的空气间隔；所述三个曲面透镜按照由内向外的顺序，依次将照明灯的光束方向向隧道行车方向偏转一定的角度，并且逐步缩小光束发散角，最终使得照明灯产生的对称光源调整为具有如图3所示的单向出光的非对称光源。

具体的，按照如下方式确定三个曲面透镜的面型结构：

S1、获取各层曲面透镜的非对称配光曲线；

采用三个曲面透镜逐渐调整光束的出射方向和光束发散角，所述光束的出射方向是指光束中心轴与行车方向之间的夹角。

首先，最内侧的曲面透镜，通过该曲面透镜对光束的调整，使得各截面光束发散角缩小一定角度，且光束出射方向向行车方向偏转一定角度，可以得到经最内侧曲面透镜调整后的光束出射方向和光束发散角，并结合路面的照度均匀度的要求，可以获取该最内侧曲面透镜对应的配光曲线；

具体的，所述每一曲面透镜对应的光束发散角缩小的角度以及光束出射反向的偏转角度可以预先设定，只要保证经过三个曲面透镜后由最后一个曲面透镜出射的光学满足如图4所示的目标配光曲线即可。

最内层曲面透镜的出射光线经过一定的空气间隔的传播后，到达中间层曲面透镜，因此根据光线传播原理可以得到到达中间层曲面透镜入射面的光束，将该光束作为中间层曲面透镜的入射光束，中间层曲面透镜对其入射光束进行调整，使得出射光束的发散角进一步缩小，并且光束出射方向进一步向行车方向偏转，可以得到中间层的曲面透镜调整后的光束出射方向和光束发散角，并结合路面的照度均匀度的要求，可以获取该中间层曲面透镜对应的配光曲线；

同理，中间层曲面透镜的出射光线经过一定的空气间隔的传播后，到达最外层曲面透镜，因此根据光线传播原理可以得到到达最外层曲面透镜入射面的光束，将该光束作为最外层曲面透镜的入射光束，最外层曲面透镜对其入射光束进行调整，使得出射光束的发散角进一步缩小，并且光束出射方向进一步向行车方向偏转，可以得到最外层的曲面透镜调整后的光束出射方向和光束发散角，该最外层的曲面透镜的出射光束即为最终所需要的目标光束，结合路面的照度均匀度的要求，可以获取该最外层曲面透镜对应的配光曲线，该配光曲线即为目标配光曲线，如图4所示。

在获得各层曲面透镜对应的配光曲线后，即可进行步骤S2。

S2、基于所述配光曲线，利用环带能量法获取每一层曲面透镜两侧的入射光线与出射光线间的映射关系，基于所述映射关系得到该层曲面透镜上每个环带的出射角；根据上述出射角确定每个曲面透镜的面型结构。

具体的，在步骤S2中，根据各层曲面透镜的非对称配光曲线基于环带能量法建立所述曲面透镜两侧的入射光线与出射光线间的映射关系；

具体的，对于最内层曲面透镜，计算照明灯的环带能量分布作为该层曲面透镜的入射环带能量分布，并以配光曲线为基础计算出射环带能量分布，从而将曲面透镜入射光线与出射光线建立以环带为单位的映射关系，即曲面透镜入射角与出射角间的映射关系，即可获取每个环带对应的出射角；

对于中间层以及最外层曲面透镜，其入射光线是指前一层曲面透镜的出射光线经一定的空气间隔传播后得到的光线，因此将前一层曲面透镜出射光线经一定空气间隔传播后形成的环带能量作为本层入射环带能量，并以本层配光曲线为基础计算出射环带能量分布，从而将该层曲面透镜入射光线与出射光线建立以环带为单位的映射关系，即曲面透镜入射角与出射角间的映射关系，即可获取该层曲面透镜每个环带对应的出射角。

其中，计算入射环带能量分布与计算出射环带能量分布均为现有技术，在此不再赘述。

以出射角度表示出射光线，通过下述公式描述曲面透镜：

其中，(x,y,z)为曲面透镜上动点P的坐标，α_i为曲面透镜动点P_i所在曲面透镜位置处的出射角，β_i为动点P_i所在曲面透镜位置处切线的倾斜角，θ_i为动点P_i所在曲面透镜位置处照明灯的收束角，n为曲面透镜的折射率，ΔP_iP_i+1为动点P_i与P_i+1之间的步长；除P点坐标外，其他均为已知量，根据该公式可求解各曲面透镜上各个动点P的位置坐标(x，z)，然后根据各曲面透镜的多个动点坐标拟合出各曲面透镜母线方程，将母线方程导入到SolidWorks软件中，将该母线方程沿对称轴旋转得到各曲面透镜的三维模型，将上述模型导入到Ligh Tools中，以最终的配光曲线为目标进行光学仿真和优化，得到最终的三个曲面透镜面型结构。

具体的，所述三个曲面透镜之间的空气间隔可以根据透镜组尺寸设计要求确定。

在另一实施例中，所述光束调整器为单曲面透镜。

具体的，按照如下方式获取单曲面透镜的面型结构：

S1、获取单曲面透镜的非对称配光曲线；

如前所述，为使调整后的光束方向达到防眩光的效果，与隧道行车方向相反侧的出光方向一般不能大于40°，考虑到照明面积，可以加大与隧道行车方向相同侧的出光方向的角度，例如增大到60°，因此为防止眩光、并保证照明的均匀度，提高光源利用率，设置最终调整后光束出射满足如下要求，在0°-180°的截面上光束发散角为78.3°，90°-270°截面上光束发散角为48.4°，30°-210°截面上发散角为77°，在60°-240°截面上发散角为60.5°，形成如图4所示的单向非对称目标配光曲线。

由于采用单曲面透镜，该目标配光曲线即作为单曲面透镜的配光曲线。

S2、基于所述配光曲线，利用环带能量法获取单曲面透镜两侧的入射光线与出射光线间的映射关系，基于所述映射关系得到单曲面透镜上每个环带的出射角；根据上述出射角确定单曲面透镜的面型结构。

具体的，在步骤S2中，根据单曲面透镜的非对称配光曲线基于环带能量法建立所述单曲面透镜两侧的入射光线与出射光线间的映射关系。

计算照明灯的环带能量分布作为单曲面透镜的入射环带能量分布，并以目标配光曲线为基础计算出射环带能量分布，从而将曲面透镜入射光线与出射光线建立以环带为单位的映射关系，即曲面透镜入射角与出射角间的映射关系，即可获取每个环带对应的出射角。

其中，计算入射环带能量分布与计算出射环带能量分布均为现有技术，在此不再赘述。

以出射角度表示出射光线，通过下述公式描述单曲面透镜：

其中，(x,y,z)为单曲面透镜上动点P的坐标，α_i为动点P_i所在单曲面透镜位置处的出射角，β_i为动点P_i所在单曲面透镜位置处切线的倾斜角，θ_i为动点P_i所在单曲面透镜位置处照明灯的收束角，n为单曲面透镜的折射率，ΔP_iP_i+1为动点P_i与P_i+1之间的步长；除P点坐标外，其他均为已知量，根据该公式可求解单曲面透镜各个动点P的位置坐标(x，z)，然后将根据多个动点坐标拟合出单曲面透镜母线方程，将所述母线方程导入到Solid Works软件中，将该母线方程沿对称轴旋转得到单曲面透镜透镜的三维模型，将上述模型导入到LighTtools中，以最终的配光曲线为目标进行光学仿真和优化，得到最终的单曲面透镜面型结构。

具体的，所述曲面透镜的材质为PMMA。

本领域技术人员能够已知的，根据确定的目标配光曲线，具体通过对透镜的二次光学设计可以获得具有明确指向性、非对称配光、高出光效率透镜组或单曲面透镜，提高照射均匀度和减少眩光对司驾人员的影响，提高司驾人员目标识别能力。并且通过上述三个曲面透镜逐渐调节照明灯的光束方向，能够大大降低曲面透镜的设计和加工难度，并且采用三个曲面透镜组合的光束调节器在实现光束调节的基础上，能够保持高达90％以上的透光效率。

优选的，所述照明灯具还包括灯板，所述灯板为PCB板，所述照明灯、光束调整器安装于灯板上。

具体的，如图6所示，所述灯板为一体的PCB板，在一体的灯板上设置有多组照明灯和光束调整器。

通过合理设置各照明灯之间的安装距离，可以使得出射光束互不遮挡，且能够形成连续的照度均匀的照明区域，优选的，各照明灯之间的距离设置为22mm。

为便于光束调整器的安装，所述灯板上具有凹槽，将所述透镜组/单曲面透镜底部放置在凹槽中，并在凹槽中灌注密封胶固定所述透镜组/单曲面透镜，所述照明灯固定于灯板之上，且位于所述光束调整器与灯板形成的密闭空间中，这样可以对照明灯起到一个保护作用。

优选的，照明***还包括龙骨架；多组灯具以预设间距安装于所述龙骨架上。龙骨架结构如图7所示。

为便于照明灯的安装，所述龙骨架上设置有安装支架，所述照明灯具安装在所述支架上，并能够沿着隧道行车方向旋转，如图8所示。

亮度变化形成的斑马线在高速行驶过程中形成的闪烁，根据标准要求，闪烁频率低于2.5Hz或高于15Hz。以设计时速80km/h计算，亮度变化间距应大于8.5m或小于1.47m。为了形成准连续照明效果，彻底克服斑马效果光线的明暗闪烁，提高照明均匀度，并起到引导增强的效果，本发明采用防眩光的低功率密度的准连续布置技术，灯具之间的所述预设间距为1m，灯具长度的取值范围为[0.8m,1m]，灯具形成的出光面长宽比≥18。

具体的，所述照明设备还包括直流电源，所述直流电源为灯具供电，并以一定间距安装在龙骨架上。

为了保证***的安全可靠运行，***采用集中供电方式，综合考虑线损因素、电源故障影响长度因素、经济因素等各方面，每15m至40m 一个集中直流供电电源。

本发明实施例公开的亮度可调的照明***，能够根据隧道外和隧道内的亮度值实时调整隧道入口过渡段和出口过渡段照明灯具的亮度值，使得外部亮度逐渐变化至与隧道中部的亮度相同，从而消除了较大的亮度差异，防止对人眼造成视觉模糊，能够消除行车安全隐患。同时，本发明照明***设置车流量检测单元，实时检测隧道内部车流量信息，并根据车流量信息及时调整隧道内部亮度值，能够大幅降低隧道照明***的能源消耗。另外，本发明公开的照明灯具通过光束调整器对入射光(即照明灯发出的光线)进行调整，使经光线调整器调整后产生的出射光的方向与隧道内的行车方向同向，从而能够防止照明设备产生的光线直射驾驶员眼睛产生眩光，影响驾驶员准确识别行驶路线，有效避免眩光导致的交通事故等危险。其次，本发明的光束调整器可以是单曲面透镜，也可以是由三个曲面透镜组合的透镜组，采用单曲面透镜进行光束调整，能够提高光束调整精度；采用透镜组进行光束调整，能够大大降低单曲面透镜的设计和加工难度，并且采用三个曲面透镜组合的光束调节器在实现光束调节的基础上，能够保持高达90％以上的透光效率。本发明实施例公开的用于隧道防眩光的照明设备，通过设置灯具的间距以及灯具中各个照明灯之间的间距，在防止眩光的同时，能够提高隧道内照明的均匀性，为隧道内驾驶员提供友好的照明环境。同时能够使相邻照明灯产生的光束的照明范围能够连续，从而在保证正常照明的情况下，很大程度上提高了光的利用率，降低了照明设备的成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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之内。

Claims (4)

1.一种亮度可调的隧道照明***，其特征在于，所述照明***包括外部亮度采集单元、内部亮度采集单元、智能亮度调节***；

所述外部亮度采集单元用于采集隧道外的亮度值；

所述内部亮度采集单元用于采集隧道中部的亮度值；

所述智能亮度调节***包括控制单元、照明灯具以及通信单元；其中，控制单元根据所述隧道外以及隧道中部的亮度值，调节照明灯具的发光亮度，并通过通信单元将亮度调节信号发送至照明灯具；将隧道从入口至出口依次划分为入口过渡段、中间段、出口过渡段；所述入口过渡段、中间段、出口过渡段均设置有多个照明灯具；

所述控制单元按照如下方式调节照明灯具的发光亮度：

当隧道外的亮度值L1-隧道中部的亮度值L2>第一阈值时，按照从出口至入口的方向，依次提高所述入口过渡段中各照明灯具亮度值，使得入口过渡段中各照明灯具亮度值沿出口至入口的方向逐个增大；按照从入口至出口的方向，依次提高所述出口过渡段中各照明灯具的亮度值，使得出口过渡段中各照明灯具亮度值沿入口至出口的方向逐个增大；

当隧道外的亮度值L1-隧道中部的亮度值L2<第二阈值时，按照从出口至入口的方向，依次降低所述入口过渡段中各照明灯具亮度值，使得入口过渡段中各照明灯具亮度值沿出口至入口的方向逐个减小；按照从入口至出口的方向，依次降低所述出口过渡段中各照明灯具的亮度值，使得出口过渡段中各照明灯具亮度值沿入口至出口的方向逐个减小；

所述照明灯具包括多个排列成一字的照明模组；所述每一照明模组均包括照明灯、光束调整器；所述光束调整器用于将所述照明灯产生的对称光源调整为单向出光的非对称光源，所述非对称光源的中心光束方向与隧道行车方向之间的夹角为锐角；所述光束调整器为透镜组或单曲面透镜；所述透镜组包括三个由内向外层叠设置的曲面透镜，相邻曲面透镜之间设置有空气间隔；所述三个曲面透镜按照由内向外的顺序，依次将照明灯的光束方向向隧道行车方向偏转一定的角度并且逐次缩小光束发散角，最终使得照明灯产生的对称光源调整为单向出光的非对称光源；按照如下方式确定三个曲面透镜的面型结构：获取各层曲面透镜的非对称配光曲线；基于所述配光曲线，利用环带能量法获取每一层曲面透镜两侧的入射光线与出射光线间的映射关系，基于所述映射关系得到该层曲面透镜上每个环带的出射角；根据上述出射角确定每个曲面透镜的面型结构。

2.根据权利要求1所述的一种亮度可调的隧道照明***，其特征在于，所述智能亮度调节***还包括车流检测单元，所述车流检测单元用于检测隧道内部的车流量信息，并将所述车流量信息发送给控制单元，控制单元还用于根据存储的车流量信息与隧道照明亮度的映射关系得到所需的隧道照明亮度，并根据该亮度值生成各照明灯具的亮度调节信号发送至各照明灯具。

3.根据权利要求2所述的一种亮度可调的隧道照明***，其特征在于，所述通信单元包括1个主通信模块和多个子通信模块，所述控制单元处配置主通信模块，所述外部亮度采集单元、内部亮度采集单元以及所述各照明灯具处各配置有一子通信模块，控制单元通过主通信模块将亮度调节信号发送至各照明灯具处的子通信模块，并通过所述外部亮度采集单元、内部亮度采集单元处的子通信模块获取隧道外部和中部的亮度值。

4.根据权利要求1所述的一种亮度可调的隧道照明***，其特征在于，所述照明灯为LED。