程智清 楊金銓 楊仕強(qiáng) 王立軍

摘要：隧道照明智能檢測系統(tǒng)可通過自動采集照度信息，并進(jìn)行智能化處理，對隧道照明狀況進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確的評價(jià)，檢測速度快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、封道時(shí)間短，可以為隧道的運(yùn)營和維護(hù)決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持?，F(xiàn)闡述了高速公路隧道照明智能檢測系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分析了隧道照明智能檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道照明;照度;智能檢測系統(tǒng)

0 引言

隧道照明環(huán)境的好壞是影響車輛安全行駛的關(guān)鍵因素之一，其檢測主要將照度、亮度以及均勻度、縱向均勻度作為指標(biāo)，而亮度由于受到檢測條件限制難以進(jìn)行有效檢測，因此，在隧道照明環(huán)境檢測時(shí)多采用照度作為指標(biāo)。

1 研究目標(biāo)及特點(diǎn)

本文所研發(fā)的隧道照度快速檢測系統(tǒng)是將照度傳感器安裝在汽車后部，通過該照度傳感器可以自動采集隧道內(nèi)縱向面的照度數(shù)據(jù)，并繪制照度曲線。該系統(tǒng)大大提高了檢測效率和準(zhǔn)確性，極大地縮短了檢測時(shí)的封道時(shí)間，減輕了檢測人員的勞動強(qiáng)度，保證了檢測人員的人身安全。

2 隧道照明智能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? ? 設(shè)計(jì)原則及原理

2.1.1? ? 設(shè)計(jì)原則

隧道照明智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體原則為：技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便、設(shè)備簡潔緊湊，同時(shí)必須符合檢測標(biāo)準(zhǔn)的要求，有利于檢測技術(shù)的發(fā)展。軟件設(shè)計(jì)的原則為：標(biāo)準(zhǔn)性、成熟性、實(shí)用性、安全性和可擴(kuò)展性。

系統(tǒng)研究時(shí)還要注重需求牽引原則，即以檢測業(yè)務(wù)和檢測標(biāo)準(zhǔn)的需求為原型，牽引系統(tǒng)研發(fā);還要遵循循序漸進(jìn)和軟硬件系統(tǒng)兼容協(xié)調(diào)的原則，在不斷改進(jìn)的過程中，促進(jìn)軟硬件協(xié)調(diào)、兼容和統(tǒng)一。

2.1.2? ? 主要原理

隧道照明快速檢測系統(tǒng)測試原理如圖1所示。通過安裝在車輛后部的照度傳感器、五輪儀、攝像機(jī)等設(shè)備，將隧道照度值、檢測位置、圖像等數(shù)據(jù)傳輸至軟件系統(tǒng)，自動計(jì)算生成隧道照度數(shù)據(jù)曲線。

系統(tǒng)軟件采用多線層軟件架構(gòu)，通過五輪儀或旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的位置信號觸發(fā)采集照度數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并在前面板上顯示回放。

2.2? ? 硬件設(shè)計(jì)

硬件采用PXI平臺，主要硬件包括車內(nèi)接線箱、高性能控制器、混合機(jī)箱顯示器、同步采樣數(shù)據(jù)采集卡、交換機(jī)/路由器、高清攝像機(jī)、照度傳感器、速度傳感器及車載發(fā)電機(jī)等。其中，車內(nèi)接線箱要能安裝供電電源，并為每個(gè)傳感器設(shè)置供電開關(guān)，滿足前后面板接插件出線的要求，具有由9個(gè)混合插槽、7個(gè)混合外設(shè)插槽、1個(gè)系統(tǒng)插槽和系統(tǒng)定時(shí)插槽組成的PXI機(jī)箱;高性能控制器采用2.8 GHz雙核處理器，250 GB SSD存儲，具有USB2.0、100/1 000 Mbps以太網(wǎng)接口、RS-232串口、VGA視頻接口、8個(gè)工業(yè)DIO、4個(gè)源/漏輸入DI、4個(gè)漏極輸出DO等接口;同步數(shù)據(jù)采集卡的采集率需達(dá)到250 kS/s，具備16通道差分模擬輸入和16位分辨率AD;照度傳感器具備10～2 000 lx、10～4 000 lx、10～10 000 lx 3檔可調(diào)，60°視野;車載發(fā)電機(jī)采用單缸、四沖程79 CC、1.6 kW變頻發(fā)電機(jī)。硬件設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。

2.3? ? 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用模塊化、多線程結(jié)構(gòu)，以提高代碼執(zhí)行效率。整個(gè)架構(gòu)分為多個(gè)引擎：照度采集引擎、圖像采集引擎、脈沖計(jì)數(shù)引擎、觸發(fā)控制引擎和狀態(tài)引擎。

軟件以LabVIEW作為開發(fā)平臺，將采集器采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到上位監(jiān)控主機(jī)，進(jìn)行環(huán)境照度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和顯示，繪制記錄波形，記錄相應(yīng)的圖片數(shù)據(jù);觸發(fā)信號采集和回放坐標(biāo)信號;自動導(dǎo)出檢測報(bào)告和進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理[1]。

3 隧道照明智能檢測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1? ? 可靠的軟硬件平臺

基于PXI總線技術(shù)，結(jié)合LabVIEW圖形化編程語言，可以快速創(chuàng)建靈活且可擴(kuò)展的測試，測量和控制應(yīng)用程序，通過與硬件集成并使用代碼生成工具，可快速獲取、分析和顯示重要數(shù)據(jù)。

3.2? ? 軟件模塊化多線程結(jié)構(gòu)

軟件編制采用模塊化、多線程結(jié)構(gòu)，以提高代碼執(zhí)行效率，使得軟件調(diào)試和修改過程簡便快捷。

3.3? ? 精確隧道內(nèi)的定位

隧道內(nèi)由于沒有GPS信號，結(jié)合速度儀，可精確確定當(dāng)前隧道內(nèi)測量的位置，使照度數(shù)據(jù)與位置信息匹配，繪制各監(jiān)測點(diǎn)位的照度值[2]。

4 隧道照明智能檢測系統(tǒng)研究成果及應(yīng)用

4.1? ? 研究成果

4.1.1? ? 完成了隧道照度快速檢測系統(tǒng)的搭建和測試

通過研究完成了隧道快速檢測系統(tǒng)的硬件和設(shè)備布局，完成了隧道快速檢測系統(tǒng)的軟件研發(fā)，通過對各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，以及對檢測標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行相關(guān)研究，完成了隧道照明智能檢測系統(tǒng)的搭建和測試。

4.1.2? ? 照度傳感器的優(yōu)化選擇及其支架的機(jī)械設(shè)計(jì)

通過對隧道照度的現(xiàn)場檢測調(diào)查，對照度傳感器的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)照度在入口段和出口段的照度值可達(dá)到基本段的150余倍，段落間的照度值相差巨大，故在照度傳感器和機(jī)械支架設(shè)計(jì)中有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)，加大了傳感器量程，并提高了精度。

4.1.3? ? 數(shù)據(jù)采集卡和圖像采集的優(yōu)化選擇及匹配

在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)替代圖像采集卡和標(biāo)清攝像機(jī)采集圖像，并結(jié)合同步采集卡采集照度數(shù)據(jù)（照度計(jì)輸出的電壓值），大大減少了占用的系統(tǒng)資源。

4.2? ? 工程應(yīng)用

高速公路隧道照明智能檢測系統(tǒng)研制完成后，在多個(gè)隧道工程中進(jìn)行了應(yīng)用，采用7斷面×6測點(diǎn)的方式進(jìn)行自動采集，系統(tǒng)根據(jù)采集數(shù)據(jù)自動計(jì)算平均照度、換算亮度、總均勻度和縱向均勻度，并導(dǎo)出檢測記錄和結(jié)果。

通過對比研究，采用隧道照明智能檢測系統(tǒng)測試的平均照度值重復(fù)偏差低于5%，檢測時(shí)間縮短為15 min以內(nèi)，極大地提高了檢測精確度，降低了隧道照明檢測對民眾出行的影響，這是隧道照明智能控制技術(shù)的顯著特點(diǎn)。

5 結(jié)語

隧道照明智能檢測系統(tǒng)的研制在很大程度上減少了封閉隧道的時(shí)間，提高了檢測工作和出具報(bào)告的效率，填補(bǔ)了國內(nèi)無隧道照度智能檢測系統(tǒng)的空白，提升了我國公路養(yǎng)護(hù)能力，具有良好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。隨著國內(nèi)高速公路的不斷增多，公路管理單位對隧道機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)檢測、管理裝備及技術(shù)的需求不斷增多，有必要繼續(xù)研發(fā)用于快速檢測的相關(guān)裝備和技術(shù)，不斷提高高速公路隧道管養(yǎng)的智能化水平。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 曹佳寶.高速公路隧道照明智能節(jié)電技術(shù)研究[J].公路與汽運(yùn)，2019（6）：39-41.

[2] 柴國彥.高速公路隧道照明智能節(jié)電技術(shù)應(yīng)用探析[J].工程技術(shù)研究，2019，4（2）：30-31.

收稿日期：2020-05-27

作者簡介：程智清（1982—），男，陜西人，碩士研究生，在讀博士，高級工程師，主要從事工程材料、交通工程、智能交通檢測及造價(jià)等方面的研究工作。