一种城市信号灯亮度自适应调节方法技术

本发明专利技术公开了一种城市信号灯亮度自适应调节系统及方法，该方法包括以下步骤：S1、根据天空模型计算自然光照强度，日出后使用自然光照强度作为外界环境光强度；日落后获取人工光照强度作为外界环境光强度；根据人眼的视觉特征应用韦伯‑费希纳定律，实现外界环境光强度的分级，根据分级进行视觉功效实验，得到信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系；S2、实时采集信号灯周围的光强度信号，结合信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系，生成调节信号灯亮度的调节值，实时调节信号灯的亮度。本发明专利技术提高了交叉口交通流的平顺性，减少急减急停的危险驾驶行为，采用自校正智能控制，使车辆高效通过交叉口实现节能减排。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交通信号控制领域，尤其涉及一种城市信号灯亮度自适应调节系统及方法。
技术介绍
交通信号灯是一种交通安全管理设施，颜色信号灯是传递信息的重要手段。由于外界光环境比较复杂，而目前市面上使用的信号灯光强是固定的，在夜间与环境亮度对比过于明显，会引起驾驶人的“暗适应”效应，造成驾驶员的炫光感；在环境光强过亮时，信号灯与环境光强相差不明显，又会造成辨认的困难。存在较大的隐患，降低了交通系统的友好度，容易引发交通事故。有些地区为了提高信号灯辨认性，采用的信号灯往往亮度过亮，造成资源浪费还会造成光学污染。目前关于自适应调节的信号灯系统已经有了相关研究，例如：深圳市全美科技开发有限公司研究了一种信号灯，包括光控开关电路控制环路电阻，调整流过发光模块的电流。来控制信号灯亮度强弱变化。但信号灯的光强变化与外界环境光的变化无法实现准确匹配，没有考虑到驾驶员的舒适性；长安大学研发了一种信号灯可以根据环境光照度，自动调节交通信号灯的光强输出。但只有环境光照度，没有涉及天气情况。这些研究都考虑的不够全面，或多或少的存在着一些缺陷。科学的信号灯亮度控制可以提高道路的使用效率，提高城市的车辆通行速度。本研究的自适应灯光控制技术根据环境光照度或天气情况，可以自适应调节信号灯的光强度输出，实现在环境光强度较高、天气晴好的情况下提高信号灯的光强度，以便驾驶员可以清晰地看到信号灯的指示，节约能源、低碳环保，具有很广阔的应用前景和实际意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中信号灯强度固定，容易引起驾驶员的暗适应效应的缺陷，提供一种城市信号灯亮度自适应调节系统及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种城市信号灯亮度自适应调节系统，包括依次连接的环境光检测模块、运算放大器、V/F转换器、控制模块、D/A数模转换器和触发电路；其中：环境光检测模块，用于实时采集信号灯周围的外界环境的光强度信号；运算放大器，用于对采集到的光强度信号进行信号放大；V/F转换器，用于对放大后的光强度信号进行信号转换，转换为与环境光强度成正比的频率脉冲信号；控制模块，包括环境光分级单元和自适应调节单元；环境光分级单元用于根据天空模型近似评估天空光照度情况，根据人眼的视觉特征应用韦伯-费希纳定律，实现外界环境光强度的分级，根据分级进行视觉功效实验，得到信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系；自适应调节单元用于根据频率脉冲信号解调得到当前的光强度，结合信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系，得到调节信号灯亮度的控制信号；D/A数模转换器，用于将控制信号转换为模拟信号；触发器，与信号灯的功率单元相连，用于根据模拟信号，驱动功率单元实现对信号灯光源的实时调节。本专利技术提供一种城市信号灯亮度自适应调节方法，包括以下步骤：S1、根据天空模型计算自然光照强度，日出后使用自然光照强度作为外界环境光强度；日落后获取人工光照强度作为外界环境光强度；根据人眼的视觉特征应用韦伯-费希纳定律，实现外界环境光强度的分级，根据分级进行视觉功效实验，得到信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系；S2、实时采集信号灯周围的光强度信号，结合信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系，生成调节信号灯亮度的调节值，实时调节信号灯的亮度。进一步地，本专利技术的步骤S1中根据天空模型计算自然光照强度的方法为：根据天空模型，将天空光的水平照度近似作为自然光的总体光照强度，天空光的水平照度的计算公式为：EKH＝A+BSinCat其中，EKH为天空光水平照度，A为日出/日落时的光照度，B为太阳高度角照度系数，c为太阳发高度角照度指数，at为太阳高度角。进一步地，本专利技术的步骤S1中根据天空模型计算自然光照强度的方法还包括对不同天空条件进行拟合的方法，具体为：将天空条件分为晴天空、部分有云天空和有云天空，其中：晴天空水平照度为：EckH＝0.8+15.5sin0.5at部分有云天空水平照度为：EpkH＝0.3+45sinat有云天空水平照度为：EokH＝0.3+21sinat单位为klux，计算范围为太阳高度角非负，即白天的环境光照强度；根据不同的位置，对晴天空、部分有云天空和有云天空的照度赋予不同的权重，分别将其乘以对应权重后求和，即为拟合后的自然光照强度。进一步地，本专利技术的步骤S1中获取人工光照强度作为外界环境光强度的方法为：选取主干道与主干道交叉口、主干道与支干道的交叉口和支干道和支干道的交叉口，并分别在较繁华的地段和偏远地段分别取样重复测量，最后根据样本数进行加权平均，得到人工光照强度。进一步地，本专利技术的步骤S1中根据人眼的视觉特征应用韦伯-费希纳定律，实现外界环境光强度分级的方法为：人眼的主观亮度F与进入眼睛的光强B的对数成正比：F＝K·lgB+KO其中，K和Ko是常数；在日出日落时B＝0.3klux，人的主观亮度F最小为1；在正午外界环境光达到最大时B＝45klux，主观亮度F达到最大取10；得到k＝4.13586；Ko＝-9.24502；得到人眼的主观亮度F与进入眼睛的光强B的对数为：F＝4.13586*lgB-9.24502在此基础上可将环境光分为10级：第I级为独自作用时区，认为日落后环境光为一常数不发生改变；第II-X级取在太阳高度角大于0的时段，根据费希纳对数中主观亮度等分曲线环境光强建立外界环境光强度的分级。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的城市信号灯亮度自适应调节系统及方法，通过韦伯-费希纳定律和建筑、航空领域的天空模型应用于交通领域，通过视觉功效实验进行环境光强与信号灯光强的匹配，实现交叉口驾驶员视觉环境的定量计算；并构建信号灯随环境变化的自校正系统，实现信号灯根据外界环境变化的自动校正；能够改善驾驶员观察信号灯的试认性和舒适性达，提高信号灯的识别率，防止由于光照强度变化引起的信号灯误判，大大提高了交通行驶的安全。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的费希纳对数曲线图；图2是本专利技术实施例的环境光与最适信号灯亮度趋势图；图3是本专利技术实施例的结构框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例的城市信号灯亮度自适应调节系统，包括依次连接的环境光检测模块、运算放大器、V/F转换器、控制模块、D/A数模转换器和触发电路；其中：环境光检测模块，用于实时采集信号灯周围的外界环境的光强度信号；运算放大器，用于对采集到的光强度信号进行信号放大；V/F转换器，用于对放大后的光强度信号进行信号转换，转换为与环境光强度成正比的频率脉冲信号；控制模块，包括环境光分级单元和自适应调节单元；环境光分级单元用于根据天空模型近似评估天空光照度情况，根据人眼的视觉特征应用韦伯-费希纳定律，实现外界环境光强度的分级，根据分级进行视觉功效实验，得到信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系；自适应调节单元用于根据频率脉冲信号解调得到当前的光强度，结合信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系，得到调节信号灯亮度的控制信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市信号灯亮度自适应调节系统，其特征在于，包括依次连接的环境光检测模块、运算放大器、V/F转换器、控制模块、D/A数模转换器和触发电路；其中：环境光检测模块，用于实时采集信号灯周围的外界环境的光强度信号；运算放大器，用于对采集到的光强度信号进行信号放大；V/F转换器，用于对放大后的光强度信号进行信号转换，转换为与环境光强度成正比的频率脉冲信号；控制模块，包括环境光分级单元和自适应调节单元；环境光分级单元用于根据天空模型近似评估天空光照度情况，根据人眼的视觉特征应用韦伯‑费希纳定律，实现外界环境光强度的分级，根据分级进行视觉功效实验，得到信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系；自适应调节单元用于根据频率脉冲信号解调得到当前的光强度，结合信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系，得到调节信号灯亮度的控制信号；D/A数模转换器，用于将控制信号转换为模拟信号；触发器，与信号灯的功率单元相连，用于根据模拟信号，驱动功率单元实现对信号灯光源的实时调节。

【技术特征摘要】
1.一种城市信号灯亮度自适应调节系统，其特征在于，包括依次连接的环境光检测模块、运算放大器、V/F转换器、控制模块、D/A数模转换器和触发电路；其中：环境光检测模块，用于实时采集信号灯周围的外界环境的光强度信号；运算放大器，用于对采集到的光强度信号进行信号放大；V/F转换器，用于对放大后的光强度信号进行信号转换，转换为与环境光强度成正比的频率脉冲信号；控制模块，包括环境光分级单元和自适应调节单元；环境光分级单元用于根据天空模型近似评估天空光照度情况，根据人眼的视觉特征应用韦伯-费希纳定律，实现外界环境光强度的分级，根据分级进行视觉功效实验，得到信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系；自适应调节单元用于根据频率脉冲信号解调得到当前的光强度，结合信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系，得到调节信号灯亮度的控制信号；D/A数模转换器，用于将控制信号转换为模拟信号；触发器，与信号灯的功率单元相连，用于根据模拟信号，驱动功率单元实现对信号灯光源的实时调节。2.一种城市信号灯亮度自适应调节方法，其特征在于,包括以下步骤：S1、根据天空模型计算自然光照强度，日出后使用自然光照强度作为外界环境光强度；日落后获取人工光照强度作为外界环境光强度；根据人眼的视觉特征应用韦伯-费希纳定律，实现外界环境光强度的分级，根据分级进行视觉功效实验，得到信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系；S2、实时采集信号灯周围的光强度信号，结合信号灯亮度与外界环境的光强度对于人眼的最适匹配关系，生成调节信号灯亮度的调节值，实时调节信号灯的亮度。3.根据权利要求2所述的城市信号灯亮度自适应调节方法，其特征在于，步骤S1中根据天空模型计算自然光照强度的方法为：根据天空模型，将天空光的水平照度近似作为自然光的总体光照强度，天空光的水平照度的计算公式为：EKH＝A+BSinCat其中，EKH为天空光水平照度，A为日出...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐良杰，吴浩，韩诚嘉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42