隧道照明智能监控软件系统的设计与实现

胡松斌

摘要：隧道照明系统直接关系到隧道照明的效果以及能耗比例，该系统的先进性同样也会直接影响到车辆通行的安全性。结合现阶段隧道照明监控软件的设计现状，首先探讨了系统的基本功能与特征，其次对隧道照明监控系统的硬件特征进行了介紹，并对隧道照明监控软件系统进行了解析，最后则着重对隧道照明监控软件系统的构建途径、实现模式进行了探讨，希望可以进一步提升照明智能监控管理水平，确保系统的管理效果。

关键词：隧道照明;智能监控软件;系统设计

一、隧道监控照明系统功能概述

隧道监控照明系统的主要任务就是遵从安全第一、以人为本的目标要求，通过适当的调整照明亮度来实现安全与功率的协调，从而实现以下几个方面的具体功能：其一，车进灯亮、车走灯暗。在隧道照明系统中会配备专用的车辆检测工具，可以提前获取信息并启动照明，也可以在车辆走后随即降低功率，从而达到节约能源的目的;其二，按需照明。照明需要做到阶梯性，不能够一个亮度亮到底，应该在科学亮度的同时考虑到洞外亮度，这样才能够合理安排;其三，闭环反馈。要想做到智能化、合理化，通过人工操作是不现实的，同时也会增加大量的成本。所以，为了达到预期的实际要求，应该做好设定亮度的闭环反馈工作，这样才能够及时调整亮度来满足照明的要求;其四，管理便利。照明系统的内部结构不能够过于复杂，最好能够具有智能维修的模式，从而降低日常管理的难度。

二、隧道照明系统硬件构成

1.行为感知设备

行为感知设备一般包括红外探测器以及车辆检测线圈，这种设备会根据需要安装在隧道内与隧道外，通过相互配合的方式来对车辆的行为进行感知。当车辆快进入到隧道时，感知设备就会及时将信号穿入到系统当中，同时通过系统的计算处理来对车流量、亮度信息进行统计、管理，从而确保车进、灯亮的操作。相对应的，在车辆快要离开隧道的时候，同样需要行为感知来对车辆的行为进行探索，从而做出快速的车走、灯暗的判断。

2.环境感知设备

环境感知主要是进行亮度的检测，这个设备的特征是融合了光强检测器的技术特点，所以可以随时对洞内以及洞外的光强度进行感知。该类型的设备不但可以对光线本身进行感知，还可以对实时的照度进行分析，特别适应于靠近洞口的部分进行外部的光线感知，能够很好的实现按需照明，对于减少能量的浪费情况具有一定的效果。

3.监控摄像机

监控摄像机主要用于实现整个路面的随动检测，核心作用是实现内部亮度测量以及闭环的反馈控制。通过监控摄像机，能够实现隧道内容的全覆盖，不但可以完成灯亮度的调整，对于监控路面信息，及时实施一些道路救援活动也具有辅助作用。

三、隧道照明智能监控软件构成

隧道监控照明系统的软件内容十分丰富，简单概括为如下几个方面：

1.界面显示

界面显示系统主要是直接展示给用户的系统，可以直观的看到灯具的状态、各种信息传感器的运行情况以及不同隧道段的亮度去年高考，在这个界面上也可以将智能模式转化为手动模式来实现光线明亮度的调整。

2.亮度解算

亮度的解算环节是直接感知车辆亮度信息的环节，这个环节需要通过各种感知传感器来对车速、车流量以及隧道的情况进行感知，随后通过隧道照明设计的方法来满足基础计算的内容，从而得到具体的当前亮度。

3.图像处理

图像的处理模块主要任务是完成摄像机图像的收集与整理，并在这个过程中判断出车辆的数量与状态。实际上，隧道内部的亮度以及路面的反馈情况都需要通过图像处理系统来进行分析，否则路面的照度会出现不均匀的问题，严重影响隧道灯具的管理效果。

4.调光指令

调光指令的发送模块主要可以实现曲线转化，这也是闭环反馈系统中的输出端，能够将不同的亮度值转化为不同的百分比调光等级，直接实现智能在线调整光源的亮度。

5.数据库存储

数据库存储功能主要用于解决备用信息的存储问题，通过数据存储可以将日志、电量以及其他灯具的管理信息进行备份储存，备份，从而协助用户更为方便的查看和调用。

四、隧道照明智能监控软件系统实现方法

1.运行机制

隧道监控照明系统要想实现基本功能，需要设计合理的运行机制来维持系统的相应流程。根据隧道监控照明系统的设计要求，现将运行的机制展示如下图1所示：

结合图1中所示的运行机制与基本原理我们可以看到，隧道外部的车辆即将进入隧道时，系统就开始判断车辆的情况，同时内部的监控软件会根据隧道照明的设计情况根据车速、流量等因素来进行信息判断，并找到合适的亮度区间，与此同时监控摄像机则会对图像进行处理，并结合照度值的检测结果进行分析、计算，随后计算出实际的亮度值，通过输出设备来输出调光等级，要求各个灯具按照计算的结果达到预定的照度要求，整个智能系统的工作才完成。当车辆即将走出隧道的时候，整个过程还会重复一遍，结果是灯具的亮度调低到低能耗状态。

2.监控方法

对于整个隧道监控照明系统而言，核心环节就是能否通过图像处理的方式来准确判断出车辆是否到来，是否进入到隧道当中。在进行这个环节的监控时，首先需要做好无车背景图像的设置工作，这个过程中亮度相对均匀，监控摄像机会反复抓取多个帧的图像作为预留对比的图像，并且将其置于背景库中;随后，根据隧道的内部路面情况对实时图像进行获取，并对无车背景图像进行对比;其次，利用背景差分的方法对其差分图像进行分析;再次，对边缘检测后的处理图像进行分块技术处理，找到特定的非零点;最后，检测非零点，借助于阈值检测来最终判断出车辆是否存在，是否即将到来。通过这样的检测方式，可以进行多轮检测，能够有效避免检测失准的问题，有效确保了监控的最终准确性。

3.闭环反馈与电量对比

闭环反馈系统的主要任务就是在灯具光线发生变换后帮助隧道保持亮度达到一定的设计要求，这样就可以通过智能反馈闭环控制的方式来完成全自动的操作。否则，整个系统就不存在智能操作的特征，需要大量的人工进行调整。在进行闭环反馈控制的过程中，可以选择PID闭环控制的方式来进行系统反馈模拟，根据反馈的误差进行亮度调整，就可以实现智能控制的目标。

参考文献

[1]刘永峰. 浅谈公路隧道LED照明和智能监控系统改造[J]. 中国新技术新产品，2013（14）：84-85.

[2]刘建华. 浅谈智能照明控制系统在张唐线隧道照明中的应用[J]. 建设科技，2017（02）：79-81.

[3]秦慧芳. 公路隧道照明智能控制系统的研究与设计[J]. 洛阳理工学院学报（自然科学版），2017，27（02）：61-64.

[4]古鑫蕤. 隧道智能照明远程监控系统的设计与实现[J]. 珠江水运，2018（12）：46-47.