【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道照明，一种隧道随车照明能耗及最优控制区段长度的估计方法。
技术介绍
1、随着隧道照明能耗问题的日益突出，如何实现对隧道照明能耗的准确估算，成为智能交通系统和智慧照明系统建设中的重要技术挑战。当前，隧道照明的常见控制方式主要包括时序控制和基于外部亮度的调光控制，这些方法虽然在一定程度上可以调节照明强度，但这些方法往往伴随大量能源的浪费，不符合双碳目标，而且也无法满足高效能耗管理的需求。因此随车按需照明的控制策略应运而生，即将隧道分为多个控制区段，车辆进入某个控制区段，该控制区段灯亮，车辆离开该控制区段，该控制区段灯暗，而在隧道改造或建设时，对隧道照明能耗的评估往往仅根据高峰小时交通量确定，另外在设计控制区段的长度时，缺乏对随车照明节能效果的估计，导致建设的决策以及建设的参数缺乏更为科学的依据，造成能量利用率投产回报率低下。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种隧道随车照明能耗及最优控制区段长度的估计方法，其中隧道随车照明能耗的估计方法基于微观交通流模型对隧道照明能耗进行估算，考虑了交通流随时间的分布，更接近现实场景，基于该能耗估计方法还可以对不同控制区段长度下的节能效果进行评估，从而确定出最佳控制区段长度，为隧道的智能照明建设提供更为科学的依据，使能量利用度最大化。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、本专利技术提出一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、s1、获取隧
5、s2、基于历史交通量数据得到车辆轨迹数据；
6、s3、建立一维坐标系，基于隧道几何参数及隧道中灯具位置，在坐标系中标出隧道的起点、隧道的终点、隧道四个照明区段的起始坐标以及隧道中灯具的坐标，四个照明区段自隧道一端起依次为入口段、过渡段、中间段、出口段；
7、s4、在坐标系中，标出每个照明区段内的子照明区段，在每个子照明区段标出该区段内所有控制区段的起始坐标，当车辆到达某个控制区段时，启亮该控制区段灯具，当车辆离开该控制区段时，该控制区段灯具调暗；基于s2得到的车辆轨迹数据获取车辆位置随时间的变化，计算隧道在一天内的能耗。
8、具体地，s2包括以下子步骤：
9、s201、根据历史交通量数据计算出最近一年的年平均日交通量，对年平均日交通量进行高斯拟合，得到日交通流量的时间分布函数f(x)；
10、s202、基于f(x)生成车辆；
11、s203、通过跟驰模型来模拟车辆在隧道内的行驶轨迹，得到车辆轨迹数据。
12、具体地，s202中，生成车辆的过程为：
13、对f(x)进行采样，确定每个精细时间粒度tu内的交通量q(tu)，根据tu和q(tu)确定时间步长tstep，确保平均意义上每个tstep内交通量为0.5辆，tstep的计算公式为：
14、
15、其中：
16、tstep：微观交通仿真的时间步长；
17、tu：精细时间粒度；
18、q(tu)：每个精细时间粒度tu内的交通量；
19、针对每个时间步长，生成一个(0，1)均匀分布的随机数，并与0.5进行比较，如果随机数小于0.5，则在该时间步长内生成一个车辆；如果随机数大于0.5，则不生成车辆。
20、具体地，s203中，所述跟驰模型为krauss模型。
21、具体地，s203中，跟驰模型模拟过程中，先计算出车辆加速度，再计算出车辆位置，所有车辆位置的集合构成车辆轨迹数据；其中，车辆加速度的确定方法为：在每个时间步长内，第一辆车根据隧道限速和车辆动力学参数确定其加速度，所述车辆动力学参数包括车辆的最大加速度；自第二辆车起，若当前车辆与前车之间的距离大于等于最大跟车距离，则当前车辆加速度的确定方法同第一辆车，若当前车辆与前车之间的距离小于最大跟车距离，则根据前车的速度和位置、当前车辆车速、当前车辆与前车之间的距离确定当前车辆加速度。
22、具体地，自第二辆车起，当第i辆车与前车之间的距离小于最大跟车距离时，第i车辆的加速度ai的计算公式为：
23、
24、其中：
25、amax是车辆的最大加速度；
26、vi是第i辆车的速度；
27、t是期望跟车时间间隔；
28、di是第i辆车与前车的距离；
29、dmax是最大跟车距离。
30、具体地，s3中，隧道的起点标于坐标系x轴上200m～400m处。
31、具体地，s4中，每个控制区段内的灯具由一个控制器同时控制亮暗。
32、具体地，s4中，隧道在一天内的能耗计算公式为：
33、
34、其中：
35、lk：控制区段长度；
36、etotal(lk)：控制区段长度为lk时隧道在一天内照明总能耗；
37、i：隧道照明区段序号，取1，2，3，4时分别表示入口段、过渡段、中间段、出口段；
38、j：每个照明区段中子照明区段的序号；
39、ni：第i个照明区段中子照明区段的数量；
40、lij：第i个照明区段中第j个子照明区段的长度；
41、m：每个子照明区段内控制区段的序号；
42、q：每个控制区段中灯具的序号；
43、nijm：第i个照明区段中，第j个子照明区段的第m个控制区段包含的灯具数量；
44、g：灯具照明功率等级序号；
45、gn：灯具照明功率等级数量；
46、第i个照明区段中，第j个子照明区段的第m个控制区段内的第q个灯具在第g个等级功率；
47、第i个照明区段中，第j个子照明区段的第m个控制区段内的第q个灯具，在24小时内处于第g个等级功率的时间。
48、本专利技术还提出一种隧道随车照明最优控制区段长度的估计方法，包括：预设控制区段长度，基于上述能耗的估计方法得到在预设的控制区段长度下，隧道建设的投资节能比，确定最优控制区段长度，隧道建设的投资/节能比通过以下公式计算为：
49、
50、其中：
51、lk：控制区段的预设长度；
52、i(lk)：控制区段长度为lk时对应的投资额；
53、ratio1：投资/节能比；
54、base：基准能耗；
55、e(lk)：控制区段长度为lk时隧道在一天内照明总能耗。
56、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
57、本专利技术提出的能耗估计方法通过整合历史交通流数据，借助微观交通流仿真模拟车辆轨迹，基于历史交通流随时间的分布估算出隧道随车照明的能耗，估算场景更接近实际，估算结果科学、准确；本专利技术还预设控制区段长度，对不同控制区段长度下的能耗进行估算，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，S2包括以下子步骤：
3.根据权利要求2所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，S202中，生成车辆的过程为：
4.根据权利要求2所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，S203中，所述跟驰模型为Krauss模型。
5.根据权利要求2所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，S203中，跟驰模型模拟过程中，先计算出车辆加速度，再计算出车辆位置，所有车辆位置的集合构成车辆轨迹数据；其中，车辆加速度的确定方法为：在每个时间步长内，第一辆车根据隧道限速和车辆动力学参数确定其加速度，所述车辆动力学参数包括车辆的最大加速度；自第二辆车起，若当前车辆与前车之间的距离大于等于最大跟车距离，则当前车辆加速度的确定方法同第一辆车，若当前车辆与前车之间的距离小于最大跟车距离，则根据前车的速度和位置、当前车辆车速、当前车辆与前车之间的距离确定当前车辆加速度。
6.根据权利要求5所述的一
7.根据权利要求1所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，S3中，隧道的起点标于坐标系X轴上200m～400m处。
8.根据权利要求1所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，S4中，每个控制区段内的灯具由一个控制器同时控制亮暗。
9.根据权利要求1所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，S4中，隧道在一天内的能耗计算公式为：
10.一种隧道随车照明最优控制区段长度的估计方法，其特征在于，包括：预设控制区段长度，基于权利要求1所述能耗的估计方法得到在预设的控制区段长度下，隧道建设的投资节能比，确定最优控制区段长度，隧道建设的投资/节能比通过以下公式计算为：
...【技术特征摘要】
1.一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，s2包括以下子步骤：
3.根据权利要求2所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，s202中，生成车辆的过程为：
4.根据权利要求2所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，s203中，所述跟驰模型为krauss模型。
5.根据权利要求2所述的一种隧道随车照明能耗的估计方法，其特征在于，s203中，跟驰模型模拟过程中，先计算出车辆加速度，再计算出车辆位置，所有车辆位置的集合构成车辆轨迹数据；其中，车辆加速度的确定方法为：在每个时间步长内，第一辆车根据隧道限速和车辆动力学参数确定其加速度，所述车辆动力学参数包括车辆的最大加速度；自第二辆车起，若当前车辆与前车之间的距离大于等于最大跟车距离，则当前车辆加速度的确定方法同第一辆车，若当前车辆与前车之间的距离小于最大跟车距离，则根据前车的速...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜凯，马静博，李乐天，陈丹，宋京妮，闫茂德，刘维宇，肖剑，钱超，王畅，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
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