本實(shí)用新型涉及交通安全技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于生理舒適性的隧道內(nèi)車輛自動(dòng)變光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，公路隧道日趨增多，公路隧道屬于特殊路段，隧道洞內(nèi)外環(huán)境差別非常大，需要在隧道內(nèi)設(shè)置電光照明，以消除駕駛?cè)说摹鞍颠m應(yīng)”與“明適應(yīng)”視覺問題，保證隧道行車安全。但是如何營造高速公路隧道良好的駕駛視覺環(huán)境，同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排，是一個(gè)值得研究和探討的問題。當(dāng)前大部分公路隧道照明控制系統(tǒng)簡單，照明光源舒適度不高，未根據(jù)洞外環(huán)境亮度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)隧道洞內(nèi)照明亮度，存在盲目加大隧道照明的亮度的問題，給行車安全帶來隱患，造成能源浪費(fèi)，不符合設(shè)計(jì)規(guī)范和國家節(jié)能的政策要求。因此需要尋找一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的照明措施來調(diào)節(jié)隧道洞內(nèi)照明亮度滿足駕駛?cè)松磉m應(yīng)性的要求。

對(duì)于隧道內(nèi)照明措施的研究，從國內(nèi)外的研究情況來看，主要研究方向不再集中于討論如何設(shè)計(jì)照明系統(tǒng),而在于如何控制照明系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動(dòng)化,實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的優(yōu)化和節(jié)能。結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀看，隧道照明系統(tǒng)的優(yōu)化和節(jié)能措施主要有：一是尋找更高效節(jié)能的隧道光源，LED燈具正逐步取代高壓鈉燈；二是改進(jìn)照明方法，例如加拿大采用的逆光照明方式，國外采用的二次配光技術(shù)，均提高了燈具的使用效率，極大的避免了電能浪費(fèi)；三是優(yōu)化隧道內(nèi)自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)，例如華中師范大學(xué)的張偉剛、張?zhí)煲坏热嘶谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了高速公路隧道照明節(jié)能系統(tǒng)。通過對(duì)隧道內(nèi)、外光照度的采集以及埋地線圈對(duì)隧道實(shí)時(shí)車流量的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與發(fā)送為一體的ARM系統(tǒng)，并通過TCP/IP協(xié)議完成了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器的采集與管理；基于模糊控制理論，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)車流量與光照度對(duì)隧道內(nèi)燈具開關(guān)數(shù)量的有效控制，有效降低了隧道照明系統(tǒng)的能耗。還有其他的研究人員根據(jù)駕駛?cè)艘曈X行為指標(biāo)，利用洞外亮度、交通量、平均車速以及天氣條件等因素調(diào)節(jié)隧道照明亮度。這些傳統(tǒng)的隧道照明系統(tǒng)優(yōu)化針主要都是針對(duì)隧道內(nèi)分布的固定照明設(shè)施來實(shí)現(xiàn)隧道照明的調(diào)節(jié)，雖然可完成視覺適應(yīng)，但仍然一直是開燈浪費(fèi)電能，且高速公路上隧道閑置多，能源浪費(fèi)大。

隨著技術(shù)的不斷改革和創(chuàng)新，汽車融入了大量現(xiàn)代的高新技術(shù)及手段，各種高科技的應(yīng)用，使得汽車慢慢地演變?yōu)樾畔?、通信和娛樂中心，并可與外界進(jìn)行信息交換，計(jì)算機(jī)功能及互聯(lián)網(wǎng)的全方位介入，再加上車載信息，娛樂設(shè)備，高級(jí)導(dǎo)航設(shè)備，實(shí)時(shí)交通信息功能日趨普及。因此基于這些高新技術(shù)，我們需要把這些技術(shù)手段很好的運(yùn)用到隧道照明中去，從車輛的角度補(bǔ)光，根據(jù)駕駛?cè)说纳硎孢m性對(duì)車輛前照燈照度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證駕駛員行車安全，極大的提高了車輛穿越隧道時(shí)的安全、經(jīng)濟(jì)和高效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種基于生理舒適性的隧道內(nèi)車輛自動(dòng)變光系統(tǒng)，以保證駕駛員行車安全，提高車輛穿越隧道時(shí)的安全、經(jīng)濟(jì)和高效性。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：

一種基于生理舒適性的隧道內(nèi)車輛自動(dòng)變光系統(tǒng)，其特征在于：包括照度檢測單元、指標(biāo)檢測單元、照度補(bǔ)償裝置、指標(biāo)適應(yīng)性裝置、前照燈控制裝置，所述照度檢測單元輸入端與光電照度儀連接，照度檢測單元輸出端與照度補(bǔ)償裝置的輸入端連接，所述指標(biāo)檢測單元的輸入端接入有速度傳感器、心率傳感器、肌電傳感器、眼動(dòng)設(shè)備，指標(biāo)檢測單元的輸出端與指標(biāo)適應(yīng)性裝置輸入端連接，指標(biāo)適應(yīng)性裝置輸出端與照度補(bǔ)償裝置輸入端連接，照度補(bǔ)償裝置的輸入端還接入有計(jì)時(shí)器，照度補(bǔ)償裝置的輸出端與前照燈控制裝置輸入端連接，前照燈控制裝置輸出端與車輛前照燈連接，其中所述的光電照度儀分別位于隧道外的洞口處、車輛內(nèi)靠近前擋風(fēng)玻璃前的中控臺(tái)處，所述的速度傳感器安裝在車輛內(nèi)油門踏板上，所述的心率傳感器安裝在駕駛?cè)税踩珟?，所述的肌電傳感器安裝在駕駛員座椅后背處，所述的眼動(dòng)設(shè)備采用的是非佩戴式眼動(dòng)設(shè)備，眼動(dòng)設(shè)備安裝在前擋風(fēng)玻璃前的中控臺(tái)處，所述的計(jì)時(shí)器接收照度補(bǔ)償裝置發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)由照度補(bǔ)償裝置觸發(fā)，并且計(jì)時(shí)器將計(jì)時(shí)時(shí)間實(shí)時(shí)反饋給照度補(bǔ)償裝置。

所述的一種基于生理舒適性的隧道內(nèi)車輛自動(dòng)變光系統(tǒng)，其特征在于：隧道外的光電照度儀的照度通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送給照度檢測裝置。

所述的一種基于生理舒適性的隧道內(nèi)車輛自動(dòng)變光系統(tǒng)，其特征在于：所述的前照燈控制單元中，隧道內(nèi)照度補(bǔ)償是通過調(diào)節(jié)前照燈的亮度來實(shí)現(xiàn)的。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型改變了傳統(tǒng)的隧道照明模式，由傳統(tǒng)的隧道固定照明設(shè)施作為光照補(bǔ)償光源變?yōu)閯?dòng)態(tài)的移動(dòng)車輛前照燈作為光照補(bǔ)償光源，方法新穎獨(dú)特，有效的整合現(xiàn)代車輛的高新技術(shù)，保證了駕駛員行車安全，提高了車輛穿越隧道時(shí)的安全、經(jīng)濟(jì)和高效性。

2、本實(shí)用新型采用動(dòng)態(tài)車輛的前照燈作為光照補(bǔ)償光源，基于駕駛?cè)说男袨?、生理和心理指?biāo)，能夠隨時(shí)隨地調(diào)節(jié)隧道照明，具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性。

3、本實(shí)用新型是基于駕駛?cè)说男袨椤⑸砗托睦碇笜?biāo)對(duì)隧道內(nèi)照明進(jìn)行調(diào)節(jié)，體現(xiàn)了“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)人性化，提高駕駛?cè)说陌踩院褪孢m性。

4、本實(shí)用新型的指標(biāo)適應(yīng)性裝置中，自動(dòng)存儲(chǔ)了大量實(shí)車模擬實(shí)驗(yàn)的得到的正常駕駛狀態(tài)下駕駛?cè)说男袨?、生理和心理指?biāo)，與實(shí)時(shí)檢測到的隧道內(nèi)駕駛?cè)说男袨?、生理和心理指?biāo)做差，建立了駕駛?cè)诵袨?、生理和心理指?biāo)適應(yīng)性判斷程序，確定了照度補(bǔ)償函數(shù)的界限，方法科學(xué)有效。

5、本實(shí)用新型的照度補(bǔ)償裝置中，通過大量的實(shí)車模擬實(shí)驗(yàn)，基于光照強(qiáng)度變化時(shí)，駕駛員視覺適應(yīng)性方程，建立了隧道內(nèi)照度補(bǔ)償函數(shù)，照度補(bǔ)償值隨著時(shí)間變化而自行調(diào)節(jié)前照燈照度值，直到指標(biāo)適應(yīng)性裝置的判定程序啟動(dòng)，抑制照度補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，計(jì)時(shí)終止。此方法有效的將照度補(bǔ)償值的變化函數(shù)與駕駛?cè)说男袨椤⑸砗托睦硖匦越Y(jié)合起來，方法新穎獨(dú)特。

6、本實(shí)用新型隧道外照度值是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送給照度檢測單元，具有高效的空間傳遞性。

7、本實(shí)用新型的眼動(dòng)設(shè)備采用的是非佩戴式眼動(dòng)設(shè)備，此眼動(dòng)設(shè)備360度全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠高效準(zhǔn)確的鎖定駕駛?cè)说难劬?通過攝入從駕駛?cè)搜劢悄ず屯追瓷涞募t外線連續(xù)地記錄視線變化,從而進(jìn)行視線跟蹤，該眼動(dòng)設(shè)備解決了駕駛員需要佩戴眼睛的問題，設(shè)計(jì)人性化，方便駕駛?cè)恕?/p>

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的一種基于生理舒適性的隧道內(nèi)車輛自動(dòng)變光系統(tǒng)框圖。

圖2為隧道照明補(bǔ)償值計(jì)算中判斷程序流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種基于生理舒適性的隧道內(nèi)車輛自動(dòng)變光系統(tǒng)，包括有照度檢測單元6、指標(biāo)檢測單元7、照度補(bǔ)償裝置10、指標(biāo)適應(yīng)性裝置9和前照燈控制裝置11，照度檢測單元6接入有光電照度儀1，照度檢測單元6輸出端與照度補(bǔ)償裝置10的輸入端相連接；指標(biāo)檢測單元7接入有速度傳感器2、心率傳感器4、肌電傳感器5和眼動(dòng)設(shè)備3，指標(biāo)檢測單元7的輸出端與指標(biāo)適應(yīng)性裝置9的輸入端相連接；指標(biāo)適應(yīng)性裝置9的輸入端接入有指標(biāo)檢測單元7，輸出端與照度補(bǔ)償裝置10相連接；照度補(bǔ)償裝置10的輸入端接入有計(jì)時(shí)器8、照度檢測單元6和指標(biāo)適應(yīng)性裝置9，輸出端接入有前照燈控制裝置11；前照燈控制裝置11的輸入端接入有照度補(bǔ)償裝置10，輸出端與有前照燈12相連接。

光電照度儀1有兩個(gè)，分別位于隧道外的洞口處、車輛內(nèi)靠近前擋風(fēng)玻璃前的中控臺(tái)處，分別用于檢測隧道外的照度和隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)照度，將測量的照度傳送給照度檢測單元6。

速度傳感器2安裝在車輛內(nèi)油門踏板上，用于檢測車輛的瞬時(shí)速度，將測量的速度傳送給指標(biāo)檢測單元7。

心率傳感器4安裝在駕駛?cè)税踩珟?，用于?shí)時(shí)檢測駕駛員的心率變化，將測量的心率傳送給指標(biāo)檢測單元7。

肌電傳感器5安裝在駕駛員座椅后背處，用于實(shí)時(shí)檢測駕駛員的肌肉強(qiáng)度變化，將測量的肌肉強(qiáng)度傳送給指標(biāo)檢測單元7。

眼動(dòng)設(shè)備3采用的是非佩戴式眼動(dòng)設(shè)備，眼動(dòng)設(shè)備安裝在前擋風(fēng)玻璃前的中控臺(tái)處，此眼動(dòng)設(shè)備360度全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠高效準(zhǔn)確的鎖定駕駛?cè)说难劬?通過攝入從駕駛?cè)搜劢悄ず屯追瓷涞募t外線連續(xù)地記錄視線變化,從而進(jìn)行視線跟蹤，用于檢測駕駛?cè)说耐酌娣e變化和持續(xù)注視時(shí)間，將測量的瞳孔面積和持續(xù)注視時(shí)間傳送給指標(biāo)檢測單元7。

計(jì)時(shí)器8與照度補(bǔ)償裝置10連接，由照度補(bǔ)償裝置觸發(fā)并將計(jì)時(shí)時(shí)間實(shí)時(shí)反饋給照度補(bǔ)償裝置10，用于實(shí)時(shí)計(jì)算隧道內(nèi)照度補(bǔ)償量。

指標(biāo)檢測單元7是由單片機(jī)構(gòu)成，通過輸入端接收駕駛員的行為、生理以及心理指標(biāo)，并計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)各種指標(biāo)的變化，并將指標(biāo)的變化率傳送給指標(biāo)適應(yīng)性裝置9。

指標(biāo)適應(yīng)性裝置9輸入端與指標(biāo)檢測單元7的輸出端相連接，接收各種實(shí)時(shí)指標(biāo)變化數(shù)據(jù)，指標(biāo)適應(yīng)性裝置由單片機(jī)構(gòu)成，存儲(chǔ)了大量的駕駛?cè)苏Ｐ旭偁顟B(tài)下的行為、生理和心理指標(biāo)，根據(jù)這些指標(biāo)將計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)正常駕駛狀態(tài)下各種指標(biāo)的變化，通過將輸入端接收的各種實(shí)時(shí)指標(biāo)變化與正常駕駛狀態(tài)下指標(biāo)變化做差值，建立駕駛?cè)诵袨?、生理和心理指?biāo)適應(yīng)性判斷程序，判斷程序的判斷條件為：

判斷條件1：若差值大于零，則照度補(bǔ)償裝置10不受影響，一直處在運(yùn)行狀態(tài)；

判斷條件2：差值小于等于零時(shí)，則抑制照度補(bǔ)償控制裝置10，照度補(bǔ)償值計(jì)算終止，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)終止。

照度補(bǔ)償裝置10是由單片機(jī)構(gòu)成，分別接收來自照度檢測單元6的隧道內(nèi)、外照度值和計(jì)時(shí)器的時(shí)間，基于大量的實(shí)車實(shí)驗(yàn)建立照度補(bǔ)償模型，根據(jù)隧道內(nèi)、外照度值和時(shí)間計(jì)算隧道內(nèi)實(shí)時(shí)照度補(bǔ)償值；同時(shí)照度補(bǔ)償裝置10與指標(biāo)適應(yīng)性裝置9相連接，指標(biāo)適應(yīng)性裝置9的判斷程序啟動(dòng)，若滿足判斷條件1，則照度補(bǔ)償裝置運(yùn)行，根據(jù)隧道內(nèi)、外照度值和時(shí)間計(jì)算隧道內(nèi)實(shí)時(shí)照度補(bǔ)償值；若滿足判斷條件2：則照度補(bǔ)償裝置10運(yùn)行終止，計(jì)時(shí)器結(jié)束計(jì)時(shí)。

前照燈控制裝置11的輸入端與照度補(bǔ)償裝置10的輸出端相連接，前照燈控制裝置11內(nèi)含電子鎮(zhèn)流器，接收來自照度補(bǔ)償裝置10傳送的照度補(bǔ)償值，根據(jù)接收到的照度調(diào)節(jié)命令自動(dòng)調(diào)整前照燈電源的輸出電流，改變前照燈12的工作狀態(tài)。

照度補(bǔ)償裝置10中，基于大量的實(shí)車實(shí)驗(yàn)，建立光照強(qiáng)度變化時(shí)，駕駛員視覺適應(yīng)性方程：

t＝|lgq_a-lgq_b|，

式中：q_a為隧道外的照度值；

q_b為隧道內(nèi)駕駛員的視覺適應(yīng)性照度值；

t為車輛自進(jìn)隧道行駛的時(shí)間；

隧道內(nèi)照度補(bǔ)償值為：

q₀＝q_a×10^±t-q₁

式中：q₁為隧道內(nèi)的基礎(chǔ)光照值；

q₀為隧道內(nèi)照度補(bǔ)償值；

指標(biāo)適應(yīng)性裝置9中，將采集的單位時(shí)間內(nèi)速度變化X₁、單位時(shí)間內(nèi)心率變化X₂、單位時(shí)間內(nèi)平均持續(xù)注視時(shí)間X₃、單位時(shí)間內(nèi)肌肉強(qiáng)度變化X₄、單位時(shí)間內(nèi)瞳孔面積變化X₅，分別與存儲(chǔ)的駕駛?cè)苏ｑ{駛狀態(tài)下的行為、生理和心理指標(biāo)做差，建立駕駛?cè)诵袨?、生理和心理指?biāo)適應(yīng)性判斷方程為：

式中：i＝1、2、…、n；j＝1、2、…、5；

X_ij為第i位駕駛?cè)说趈種指標(biāo)變化；

ΔX_ij為第i位駕駛?cè)说趈種指標(biāo)變化差值；

隧道外光電照度儀1的照度通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送給照度檢測裝置6。

前照燈控制單元11中，隧道內(nèi)照度補(bǔ)償是通過調(diào)節(jié)前照燈12的亮度來實(shí)現(xiàn)的。

前照燈12采用LED燈。

本實(shí)用新型實(shí)例的具體實(shí)施過程如下：參見圖1和圖2，駕駛?cè)嗽谡ｑ{駛狀態(tài)下時(shí)，速度傳感器、眼動(dòng)設(shè)備、心率傳感器和肌電傳感器會(huì)采集駕駛員正常駕駛時(shí)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在指標(biāo)適應(yīng)性裝置中，當(dāng)車輛穿越隧道，光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，采集到的駕駛?cè)藢?shí)時(shí)的行為、生理和心理指標(biāo)數(shù)據(jù)與正常駕駛下的指標(biāo)數(shù)據(jù)做差，建立駕駛?cè)诵袨椤⑸砗托睦碇笜?biāo)適應(yīng)性判斷方程，若判斷方程中的差值大于等于0時(shí)，則會(huì)抑制照度補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，照度補(bǔ)償值計(jì)算終止，計(jì)時(shí)器終止計(jì)時(shí)；若判斷方程中的差值一直小于0時(shí)，則照度補(bǔ)償裝置不受影響，一直處在運(yùn)行狀態(tài)，照度補(bǔ)償值隨著時(shí)間而變化。此照度補(bǔ)償裝置中，照度補(bǔ)償值的計(jì)算是通過大量的實(shí)車模擬實(shí)驗(yàn)，基于駕駛員的視覺適應(yīng)性方程建立的照度補(bǔ)償函數(shù)，這里的光電照度儀測量的照度值通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送給照度檢測單元。

本實(shí)用新型的核心在于：第一：改變了傳統(tǒng)的隧道照明模式，由傳統(tǒng)的隧道固定照明設(shè)施作為光照補(bǔ)償光源變?yōu)閯?dòng)態(tài)的移動(dòng)車輛前照燈作為光照補(bǔ)償光源，方法新穎獨(dú)特，未來發(fā)展前景很大；第二，指標(biāo)適應(yīng)性裝置中，自動(dòng)存儲(chǔ)了大量實(shí)車模擬實(shí)驗(yàn)的得到的正常駕駛狀態(tài)下駕駛?cè)说男袨?、生理和心理指?biāo)，與實(shí)時(shí)檢測到的隧道內(nèi)駕駛?cè)说男袨?、生理和心理指?biāo)做差，建立了駕駛?cè)诵袨椤⑸砗托睦碇笜?biāo)適應(yīng)性判斷程序，確定了照度補(bǔ)償函數(shù)的界限，方法科學(xué)有效。第三，本實(shí)用新型的照度補(bǔ)償裝置中，通過大量的實(shí)車模擬實(shí)驗(yàn)，基于光照強(qiáng)度變化時(shí)，駕駛員視覺適應(yīng)性方程，建立了隧道內(nèi)照度補(bǔ)償函數(shù)，照度補(bǔ)償值隨著時(shí)間變化而自行調(diào)節(jié)前照燈照度值，直到指標(biāo)適應(yīng)性裝置的判定程序啟動(dòng)，抑制照度補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，計(jì)時(shí)終止。此方法有效的將照度補(bǔ)償值的變化函數(shù)與駕駛?cè)说男袨?、生理和心理特性結(jié)合起來，方法新穎獨(dú)特。第四，本實(shí)用新型采用動(dòng)態(tài)車輛的前照燈作為光照補(bǔ)償光源，基于駕駛?cè)说男袨?、生理和心理指?biāo)，能夠隨時(shí)隨地調(diào)節(jié)隧道照明，具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性。第五，本實(shí)用新型是基于駕駛?cè)说男袨椤⑸砗托睦碇笜?biāo)對(duì)隧道內(nèi)照明進(jìn)行調(diào)節(jié)，體現(xiàn)了“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)人性化，提高駕駛?cè)说陌踩院褪孢m性。