隧道照明智能檢測系統(tǒng)研究與應(yīng)用

引言

隧道作為一種特殊的構(gòu)造物,對我國交通事業(yè)發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用,鑒于其"穿山越嶺"的特殊性,導(dǎo)致其洞體內(nèi)部與外界產(chǎn)生極大的亮度差,隧道長度越長,亮度差越大,為了保證隧道內(nèi)外駕駛的安全性及舒適性,隧道照明系統(tǒng)越來越成為隧道運(yùn)營不可缺少的部分。

1研究目的及意義

每年全國各省市都會對隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)檢測,但實(shí)際情況是隧道照明檢測方法相對模糊,導(dǎo)致各檢測單位的檢測方法差異性較大,很難客觀準(zhǔn)確評價(jià)隧道照明系統(tǒng)的運(yùn)營狀況,而且檢測基本都以抽檢為主,覆蓋面小,亮度值較低的區(qū)域很容易被遺漏,不能進(jìn)行針對性較強(qiáng)的照明管理和養(yǎng)護(hù)。

隧道照明檢測主要以照度、亮度及由此衍生的均勻度、縱向均勻度作為指標(biāo)。亮度檢測由于受到檢測條件限制,一直以來較難對其進(jìn)行有效檢測。而照度檢測相對容易,在當(dāng)前的隧道照明檢測中,通常使用照度計(jì),采用傳統(tǒng)人工逐點(diǎn)測量的方法來檢測照度,通過相應(yīng)的換算系數(shù)得出對應(yīng)的亮度值,但此方法檢測效率低,所需人工多,耗時(shí)久,檢測點(diǎn)位有限,且換算系數(shù)不一定符合實(shí)際情況,同時(shí)與檢測人員檢測時(shí)的光線環(huán)境、有無遮擋,讀數(shù)是否穩(wěn)定,照度計(jì)精度及校準(zhǔn)情況有密切聯(lián)系,很難做到標(biāo)準(zhǔn)化。不管是傳統(tǒng)的亮度檢測,還是照度檢測,都需要封道開展檢測。

在2019年山西省高速公路隧道提質(zhì)升級行動中,照明檢測作為一個主要評價(jià)內(nèi)容,由于全省隧道有960km,只能進(jìn)行抽檢,存在檢測標(biāo)準(zhǔn)不一、設(shè)備存在差異性、耗時(shí)長、需封路檢測等諸多問題,所以現(xiàn)階段有必要對隧道照明檢測方法進(jìn)行研究分析,研發(fā)更加智能快速的車載隧道照明智能檢測系統(tǒng)。

2研究內(nèi)容

2.1具體內(nèi)容

照明檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。(1）實(shí)現(xiàn)車載全景亮度計(jì)對隧道路面亮度值的采集工作并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲:(2）實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)隧道路面照度信息的采集工作并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲:(3）實(shí)現(xiàn)所采集數(shù)據(jù)與采集點(diǎn)位置信息一一對應(yīng):(4）根據(jù)同一位置全景亮度信息和照度信息進(jìn)行建模,去除偏離點(diǎn),得到亮度與照度信息轉(zhuǎn)換函數(shù),可對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次校準(zhǔn),達(dá)到隧道照明數(shù)據(jù)快速檢測、相對穩(wěn)定可靠、標(biāo)準(zhǔn)均一的目的:(5）完成隧道照明智能檢測系統(tǒng)軟件,使其具備自校準(zhǔn)功能,可生成全隧道照度信息分布表,多次測量可得出燈具衰耗曲線。

2.2關(guān)鍵技術(shù)問題

隧道照明智能檢測系統(tǒng)主要解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題:

(1）全景亮度計(jì)和布點(diǎn)照度計(jì)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和傳輸問題,確保數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確。2）檢測數(shù)據(jù)采集和位置數(shù)據(jù)采集的一致性問題,確保全景亮度計(jì)采集的亮度值與照度計(jì)采集的照度數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上都可一一對應(yīng)。(3）對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究,提出轉(zhuǎn)換函數(shù)和自較準(zhǔn)算法,優(yōu)化檢測數(shù)據(jù),使其更接近真值。

2.3創(chuàng)新點(diǎn)

(1）本系統(tǒng)首次將隧道全景亮度檢測和照度檢測進(jìn)行整合,實(shí)現(xiàn)照明數(shù)據(jù)的雙測量,通過實(shí)際數(shù)據(jù)信息可校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換因子:(2）根據(jù)數(shù)據(jù)信息和位置信息構(gòu)建自校準(zhǔn)算法,最終實(shí)現(xiàn)照明數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性、穩(wěn)定性和快速性。

3技術(shù)路線和實(shí)施方案

3.1技術(shù)路線

本文所涉及隧道照明檢測系統(tǒng)的開發(fā)采用縱向、并行、交叉的開發(fā)模式,技術(shù)路線如圖2所示。所謂縱向表示開發(fā)流程中的承接關(guān)系,先進(jìn)行子系統(tǒng)的開發(fā),再進(jìn)行系統(tǒng)集成與調(diào)試,最后應(yīng)用于照明檢測系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)營:所謂并行是根據(jù)空間時(shí)間關(guān)系,即全景亮度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、照度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、檢測位置信息采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分別由專業(yè)開發(fā)小組同時(shí)承擔(dān)開發(fā)工作:所謂交叉表示開發(fā)的整體性,4個開發(fā)小組之間對于系統(tǒng)關(guān)聯(lián)部分共同合作完成。

3.2實(shí)施方案

3.2.1全景亮度系統(tǒng)

通過高清攝像機(jī),對被檢隧道路面進(jìn)行視頻錄制或高速拍照,將海量高清視頻或照片進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲,然后利用全景解析軟件得出不同時(shí)刻對于不同位置的亮度數(shù)據(jù)值。

3.2.2照度數(shù)據(jù)系統(tǒng)

通過布置于車輛后方的高精度自適應(yīng)照度計(jì),模擬人眼觀看路面的角度,實(shí)時(shí)采集車輛所在車道3個位置的照度數(shù)據(jù),將大量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲。

3.2.3位置信息系統(tǒng)

通過置于輪軸上的輪軸識別器記錄轉(zhuǎn)動圈數(shù),從而將采集圈數(shù)的時(shí)間與車輛當(dāng)時(shí)所在位置相對比,最終可與照度數(shù)據(jù)和亮度數(shù)據(jù)通過同步時(shí)鐘進(jìn)行相對應(yīng)。

3.2.4數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

通過全景亮度系統(tǒng)、照度數(shù)據(jù)系統(tǒng)和位置信息系統(tǒng)可得到同一時(shí)間同一位置的3個檢測點(diǎn)的亮度值和照度值,并可繪制出變化圖譜,基于數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,剔除漂移點(diǎn),擬合轉(zhuǎn)換函數(shù),通過數(shù)學(xué)分析對相應(yīng)偏離數(shù)據(jù)進(jìn)行二次校準(zhǔn),使得照明數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。車載檢測裝置如圖3所示。

4結(jié)語

本文研究的隧道照明智能檢測系統(tǒng)可通過全景亮度和單點(diǎn)照度信息采集,進(jìn)行智能優(yōu)化處理,對隧道照明狀況進(jìn)行客觀準(zhǔn)確評價(jià),檢測速度快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、一致性高,為后續(xù)隧道運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐,適用于大批量、長隧道的照明檢測,可滿足全省乃至全國的大量檢測需求。