隧道照明智能監(jiān)控軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

胡松斌

摘要：隧道照明系統(tǒng)直接關系到隧道照明的效果以及能耗比例，該系統(tǒng)的先進性同樣也會直接影響到車輛通行的安全性。結合現(xiàn)階段隧道照明監(jiān)控軟件的設計現(xiàn)狀，首先探討了系統(tǒng)的基本功能與特征，其次對隧道照明監(jiān)控系統(tǒng)的硬件特征進行了介紹，并對隧道照明監(jiān)控軟件系統(tǒng)進行了解析，最后則著重對隧道照明監(jiān)控軟件系統(tǒng)的構建途徑、實現(xiàn)模式進行了探討，希望可以進一步提升照明智能監(jiān)控管理水平，確保系統(tǒng)的管理效果。

關鍵詞：隧道照明;智能監(jiān)控軟件;系統(tǒng)設計

一、隧道監(jiān)控照明系統(tǒng)功能概述

隧道監(jiān)控照明系統(tǒng)的主要任務就是遵從安全第一、以人為本的目標要求，通過適當?shù)恼{整照明亮度來實現(xiàn)安全與功率的協(xié)調，從而實現(xiàn)以下幾個方面的具體功能：其一，車進燈亮、車走燈暗。在隧道照明系統(tǒng)中會配備專用的車輛檢測工具，可以提前獲取信息并啟動照明，也可以在車輛走后隨即降低功率，從而達到節(jié)約能源的目的;其二，按需照明。照明需要做到階梯性，不能夠一個亮度亮到底，應該在科學亮度的同時考慮到洞外亮度，這樣才能夠合理安排;其三，閉環(huán)反饋。要想做到智能化、合理化，通過人工操作是不現(xiàn)實的，同時也會增加大量的成本。所以，為了達到預期的實際要求，應該做好設定亮度的閉環(huán)反饋工作，這樣才能夠及時調整亮度來滿足照明的要求;其四，管理便利。照明系統(tǒng)的內部結構不能夠過于復雜，最好能夠具有智能維修的模式，從而降低日常管理的難度。

二、隧道照明系統(tǒng)硬件構成

1.行為感知設備

行為感知設備一般包括紅外探測器以及車輛檢測線圈，這種設備會根據(jù)需要安裝在隧道內與隧道外，通過相互配合的方式來對車輛的行為進行感知。當車輛快進入到隧道時，感知設備就會及時將信號穿入到系統(tǒng)當中，同時通過系統(tǒng)的計算處理來對車流量、亮度信息進行統(tǒng)計、管理，從而確保車進、燈亮的操作。相對應的，在車輛快要離開隧道的時候，同樣需要行為感知來對車輛的行為進行探索，從而做出快速的車走、燈暗的判斷。

2.環(huán)境感知設備

環(huán)境感知主要是進行亮度的檢測，這個設備的特征是融合了光強檢測器的技術特點，所以可以隨時對洞內以及洞外的光強度進行感知。該類型的設備不但可以對光線本身進行感知，還可以對實時的照度進行分析，特別適應于靠近洞口的部分進行外部的光線感知，能夠很好的實現(xiàn)按需照明，對于減少能量的浪費情況具有一定的效果。

3.監(jiān)控攝像機

監(jiān)控攝像機主要用于實現(xiàn)整個路面的隨動檢測，核心作用是實現(xiàn)內部亮度測量以及閉環(huán)的反饋控制。通過監(jiān)控攝像機，能夠實現(xiàn)隧道內容的全覆蓋，不但可以完成燈亮度的調整，對于監(jiān)控路面信息，及時實施一些道路救援活動也具有輔助作用。

三、隧道照明智能監(jiān)控軟件構成

隧道監(jiān)控照明系統(tǒng)的軟件內容十分豐富，簡單概括為如下幾個方面：

1.界面顯示

界面顯示系統(tǒng)主要是直接展示給用戶的系統(tǒng)，可以直觀的看到燈具的狀態(tài)、各種信息傳感器的運行情況以及不同隧道段的亮度去年高考，在這個界面上也可以將智能模式轉化為手動模式來實現(xiàn)光線明亮度的調整。

2.亮度解算

亮度的解算環(huán)節(jié)是直接感知車輛亮度信息的環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)需要通過各種感知傳感器來對車速、車流量以及隧道的情況進行感知，隨后通過隧道照明設計的方法來滿足基礎計算的內容，從而得到具體的當前亮度。

3.圖像處理

圖像的處理模塊主要任務是完成攝像機圖像的收集與整理，并在這個過程中判斷出車輛的數(shù)量與狀態(tài)。實際上，隧道內部的亮度以及路面的反饋情況都需要通過圖像處理系統(tǒng)來進行分析，否則路面的照度會出現(xiàn)不均勻的問題，嚴重影響隧道燈具的管理效果。

4.調光指令

調光指令的發(fā)送模塊主要可以實現(xiàn)曲線轉化，這也是閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的輸出端，能夠將不同的亮度值轉化為不同的百分比調光等級，直接實現(xiàn)智能在線調整光源的亮度。

5.數(shù)據(jù)庫存儲

數(shù)據(jù)庫存儲功能主要用于解決備用信息的存儲問題，通過數(shù)據(jù)存儲可以將日志、電量以及其他燈具的管理信息進行備份儲存，備份，從而協(xié)助用戶更為方便的查看和調用。

四、隧道照明智能監(jiān)控軟件系統(tǒng)實現(xiàn)方法

1.運行機制

隧道監(jiān)控照明系統(tǒng)要想實現(xiàn)基本功能，需要設計合理的運行機制來維持系統(tǒng)的相應流程。根據(jù)隧道監(jiān)控照明系統(tǒng)的設計要求，現(xiàn)將運行的機制展示如下圖1所示：

結合圖1中所示的運行機制與基本原理我們可以看到，隧道外部的車輛即將進入隧道時，系統(tǒng)就開始判斷車輛的情況，同時內部的監(jiān)控軟件會根據(jù)隧道照明的設計情況根據(jù)車速、流量等因素來進行信息判斷，并找到合適的亮度區(qū)間，與此同時監(jiān)控攝像機則會對圖像進行處理，并結合照度值的檢測結果進行分析、計算，隨后計算出實際的亮度值，通過輸出設備來輸出調光等級，要求各個燈具按照計算的結果達到預定的照度要求，整個智能系統(tǒng)的工作才完成。當車輛即將走出隧道的時候，整個過程還會重復一遍，結果是燈具的亮度調低到低能耗狀態(tài)。

2.監(jiān)控方法

對于整個隧道監(jiān)控照明系統(tǒng)而言，核心環(huán)節(jié)就是能否通過圖像處理的方式來準確判斷出車輛是否到來，是否進入到隧道當中。在進行這個環(huán)節(jié)的監(jiān)控時，首先需要做好無車背景圖像的設置工作，這個過程中亮度相對均勻，監(jiān)控攝像機會反復抓取多個幀的圖像作為預留對比的圖像，并且將其置于背景庫中;隨后，根據(jù)隧道的內部路面情況對實時圖像進行獲取，并對無車背景圖像進行對比;其次，利用背景差分的方法對其差分圖像進行分析;再次，對邊緣檢測后的處理圖像進行分塊技術處理，找到特定的非零點;最后，檢測非零點，借助于閾值檢測來最終判斷出車輛是否存在，是否即將到來。通過這樣的檢測方式，可以進行多輪檢測，能夠有效避免檢測失準的問題，有效確保了監(jiān)控的最終準確性。

3.閉環(huán)反饋與電量對比

閉環(huán)反饋系統(tǒng)的主要任務就是在燈具光線發(fā)生變換后幫助隧道保持亮度達到一定的設計要求，這樣就可以通過智能反饋閉環(huán)控制的方式來完成全自動的操作。否則，整個系統(tǒng)就不存在智能操作的特征，需要大量的人工進行調整。在進行閉環(huán)反饋控制的過程中，可以選擇PID閉環(huán)控制的方式來進行系統(tǒng)反饋模擬，根據(jù)反饋的誤差進行亮度調整，就可以實現(xiàn)智能控制的目標。

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