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专利名称：一种公路交叉口的出口过渡区照明方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410715877.2

专利申请（专利权）人：东北林业大学
权利人地址：黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号

专利发明（设计）人：李洪涛,刘原志,周宝,王瀚立

专利摘要：一种公路交叉口的出口过渡区照明方法，它属于道路照明控制技术领域。本发明的目的是解决现有方法未考虑驾驶人在视觉暗适应中的驾驶行为特性，影响夜间行车安全的问题。本发明方法具体为：步骤一、初始化出口过渡照明区的参考长度和备选长度集合；步骤二、在照明参考长度和各个照明备选长度下，分别进行D组独立重复试验，得到照明参考长度下各组独立重复试验中的驾驶人视距以及各个备选长度下各组独立重复试验中的驾驶人视距；步骤三、根据步骤二中得到的视距计算出口过渡照明区的布设长度；步骤四、根据布设长度确定出口过渡照明区设置的路灯数量以及各路灯的照度值。本发明方法可以应用于交叉口的出口过渡区照明。

主权利要求：
1.一种公路交叉口的出口过渡区照明方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、初始化出口过渡照明区的参考长度为Lc，初始化出口过渡照明区的备选长度的集合为 是出口过渡照明区的第i个备选长度，M是集合中照明备选长度的总个数；
步骤二、在照明参考长度和各个照明备选长度下，分别进行D组独立重复试验；将照明参考长度下，第j组独立重复试验中的驾驶人视距记为 将第i个照明备选长度下，第j组独立重复试验中的驾驶人视距记为步骤三、根据 和 计算出口过渡照明区的布设长度所述步骤三的具体过程为：
步骤三一、将 和 组合成为新数据集SDkj，其中k＝1,2,…,M+1，根据SDkj计算视距组间平方和SSb以及视距组内平方和SSw；
步骤三二、利用SSb计算组间均方MSb，利用SSe计算组内均方MSe；
MSb＝SSb/M
MSw＝SSw/((M+1)(D?1))步骤三三、利用MSb和MSe计算出口过渡照明区判别因子F，F＝MSb/MSw；
将F与F0.05(M,(M+1)(D?1))进行比较，其中，F0.05(M,(M+1)(D?1))是显著水平为0.05时，M和(M+1)(D?1)的值对应的上行概率；
若F＜F0.05(M,(M+1)(D?1))，则第1个照明备选长度 为最佳的出口过渡照明区长度，即公路交叉口照明区域不需要设置出口过渡照明区；
若F≥F0.05(M,(M+1)(D?1))，则执行步骤三四；
步骤三四、初始化i＝1；
步骤三五、计算出口过渡照明区的照明安全阈值ST，计算第i个照明备选长度对应的检验因子Qi；
步骤三六、比较Qi与ST的大。
若Qi小于ST，则公路交叉口需要设置的出口过渡照明区长度 为否则Qi大于等于ST，则令i＝i+1，再返回执行步骤三五；
步骤四、根据布设长度 确定出口过渡照明区设置的路灯数量以及各路灯的照度值。
2.根据权利要求1所述的一种公路交叉口的出口过渡区照明方法，其特征在于，所述出口过渡照明区的参考长度Lc的计算方法为：其中，V是交叉口的夜间限速值，单位是km/h。
3.根据权利要求1所述的一种公路交叉口的出口过渡区照明方法，其特征在于，所述M≥4，且第1个照明备选长度 第2个照明备选长度 第M个照明备选长度 是依次递增的，且第1个照明备选长度 的取值为0m； 的计算公式具体为：
4.根据权利要求1所述的一种公路交叉口的出口过渡区照明方法，其特征在于，所述出口过渡照明区的照明安全阈值ST为：式中：t0.05((M+1)(D?1))是显著水平为0.05时，(M+1)(D?1)值对应的双尾临界t值。
5.根据权利要求4所述的一种公路交叉口的出口过渡区照明方法，其特征在于，所述第i个照明备选长度对应的检验因子Qi为：其中，|·|代表取绝对值。
6.根据权利要求5所述的一种公路交叉口的出口过渡区照明方法，其特征在于，所述步骤四的具体过程为：m
出口过渡照明区设置的路灯数量N为：
式中： 表示计算大于等于x的最小整数，Dl为相邻两盏路灯之间的距离；
出口过渡照明区设置的第h盏路灯的照度值Eh为：其中，E为公路交叉口照明区域的照度值。 说明书 : 一种公路交叉口的出口过渡区照明方法技术领域[0001] 本发明属于道路照明控制技术领域，具体涉及一种公路交叉口的出口过渡区照明方法。背景技术[0002] 为公路交叉口的出口过渡区设置合适的照明方案对保障夜间安全行车至关重要。但是目前绝大部分的公路上并没有为出口过渡区设置照明，而且目前暂无针对公路交叉口的出口过渡区照明方案的相关标准。现有针对道路照明过渡区路灯设置方法的研究主要分为以下四个方面：[0003] (1)基于光学仿真软件的设置方法：利用光学仿真软件和优化算法，模拟道路照明系统中过渡照明区域的亮度分布，通过调整灯具的位置、类型和参数，以及照明布局和反射特性等因素，控制过渡照明区域的亮度分布；[0004] (2)基于人工智能的设置方法：应用机器学习、深度学习等人工智能算法，通过分析大量的道路照明数据和环境参数训练控制模型，进而对道路照明过渡照明区域的亮度进行设置；[0005] (3)基于多源数据融合及反馈控制的设置方法：使用光感应器、运动传感器和环境传感器等多种传感设备来实时监测道路环境的亮度，通过反馈控制系统，根据实际需求调整过渡照明区域的照明方案；[0006] (4)考虑能源效率的设置方法：以道路照明系统的能耗函数为依据，通过调整照明能耗的影响因素，如路灯功率、光效、色温、光束角、路灯间距、灯杆高度等参数，以最大程度地减少能源消耗为优化目标，建立照明过渡区域的照明设置优化方法。[0007] 综上所述，尽管现有研究考虑了光学仿真、人工智能控制、多源数据融合和能源效率等因素，但未充分考虑驾驶人因素，而驾驶人的行为受到照明环境变化的影响较大，照明过渡区域设置不当会影响驾驶人的注意力、反应时间及对于距离的感知，进而影响驾驶行为和行车安全。因此，提出一种考虑驾驶人在视觉暗适应中的驾驶行为特性的出口过渡区照明方案，对于减少公路交叉口的照明出口区的交通安全隐患，提高夜间行车安全性具有十分重要的意义。发明内容[0008] 本发明的目的是为解决现有方法未考虑驾驶人在视觉暗适应中的驾驶行为特性，影响夜间行车安全的问题，而提出的一种公路交叉口的出口过渡区照明方法。[0009] 本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：[0010] 一种公路交叉口的出口过渡区照明方法，所述方法具体包括以下步骤：[0011] 步骤一、初始化出口过渡照明区的参考长度为Lc，初始化出口过渡照明区的备选长度的集合为 是出口过渡照明区的第i个备选长度，M是集合中照明备选长度的总个数；[0012] 步骤二、在照明参考长度和各个照明备选长度下，分别进行D组独立重复试验；将照明参考长度下，第j组独立重复试验中的驾驶人视距记为 将第i个照明备选长度下，第j组独立重复试验中的驾驶人视距记为[0013] 步骤三、根据 和 计算出口过渡照明区的布设长度[0014] 步骤四、根据布设长度 确定出口过渡照明区设置的路灯数量以及各路灯的照度值。[0015] 进一步地，所述出口过渡照明区的参考长度Lc的计算方法为：[0016][0017] 其中，V是交叉口的夜间限速值，单位是km/h。[0018] 进一步地，所述M≥4，且第1个照明备选长度 第2个照明备选长度 ……、第M个照明备选长度 是依次递增的，且第1个照明备选长度 的取值为0m； 的计算公式具体为：[0019][0020] 进一步地，所述步骤三的具体过程为：[0021] 步骤三一、将 和 组合成为新数据集SDkj，其中k＝1,2,…,M+1，根据SDkj计算视距组间平方和SSb以及视距组内平方和SSw；[0022] 步骤三二、利用SSb计算组间均方MSb，利用SSe计算组内均方MSe；[0023] 步骤三三、利用MSb和MSe计算出口过渡照明区判别因子F，将F与F0.05(M,(M+1)(D?1))进行比较，其中，F0.05(M,(M+1)(D?1))是显著水平为0.05时，M和(M+1)(D?1)的值对应的上行概率；[0024] 若F＜F0.05(M,(M+1)(D?1))，则第1个照明备选长度 为最佳的出口过渡照明区长度，即公路交叉口照明区域不需要设置出口过渡照明区；[0025] 若F≥F0.05(M,(M+1)(D?1))，则执行步骤三四；[0026] 步骤三四、初始化i＝1；[0027] 步骤三五、计算出口过渡照明区的照明安全阈值ST，计算第i个照明备选长度对应的检验因子Qi；[0028] 步骤三六、比较Qi与ST的大。篬0029] 若Qi小于ST，则公路交叉口需要设置的出口过渡照明区长度 为[0030] 否则Qi大于等于ST，则令i＝i+1，再返回执行步骤三五。[0031] 进一步地，所述视距组间平方和SSb以及视距组内平方和SSw的计算方法为：[0032][0033][0034] 进一步地，所述MSb和MSe的计算方法分别为：[0035] MSb＝SSb/M[0036] MSw＝SSw/((M+1)(D?1))。[0037] 进一步地，所述出口过渡照明区的判别因子为F＝MSb/MSw。[0038] 进一步地，所述出口过渡照明区的照明安全阈值ST为：[0039][0040] 式中：t0.05((M+1)(D?1))是显著水平为0.05时，(M+1)(D?1)值对应的双尾临界t值。[0041] 进一步地，所述第i个照明备选长度对应的检验因子Qi为：[0042][0043] 其中，|·|代表取绝对值。[0044] 更进一步地，所述步骤四的具体过程为：[0045] 出口过渡照明区设置的路灯数量Nm为：[0046][0047] 式中： 表示计算大于等于x的最小整数，Dl为相邻两盏路灯之间的距离；[0048] 出口过渡照明区设置的第h盏路灯的照度值Eh为：[0049][0050] 其中，E为公路交叉口照明区域的照度值。[0051] 本发明的有益效果是：[0052] 本发明方法可用于优化公路交叉口的出口过渡照明区的路灯设置方案，避免车辆从公路交叉口照明区域进入无照明或照明设置不合理的公路路段后，驾驶人的视觉系统出现暗适应现象，确保驾驶人的应激反应能力能够保持在正常水平，降低安全隐患，保障夜间行车安全。本发明对于减少公路交叉口出口区交通事故，提高公路夜间行车安全性具有重要意义。附图说明[0053] 图1是出口过渡照明区的示意图；[0054] 图2是本发明的一种公路交叉口的出口过渡区照明方法的流程图；具体实施方式[0055] 具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式。本实施方式所述的一种公路交叉口的出口过渡区照明方法，所述方法具体包括以下步骤：[0056] 步骤一、初始化出口过渡照明区的参考长度为Lc，初始化出口过渡照明区的备选长度的集合为 是出口过渡照明区的第i个备选长度，M是集合中照明备选长度的总个数；[0057] 步骤二、在照明参考长度和各个照明备选长度下，分别进行D组独立重复试验(D为正整数，且D≥30)；将照明参考长度下，第j组独立重复试验中的驾驶人视距记为 j＝1,2,…,D，将第i个照明备选长度下，第j组独立重复试验中的驾驶人视距记为[0058] 由于本发明中只关注出口过渡照明区的长度，因此对于某个交叉口来说，将该交叉口的其它影响视距的参数固定不变，仅考虑出口过渡照明区长度对视距的影响，进而选择出最佳的出口过渡照明区长度，在最佳的出口过渡照明区长度下，既可以最大程度保证夜间行车安全，又最大程度地降低了照明的成本；[0059] 步骤三、根据 和 计算出口过渡照明区的布设长度[0060] 步骤四、根据布设长度 确定出口过渡照明区设置的路灯数量以及各路灯的照度值。[0061] 当车辆以较快速度从公路交叉口照明区域进入无照明公路路段后，驾驶人的视觉系统会出现暗适应现象，并导致驾驶人的应激反应能力下降，进而产生安全隐患。采用本发明设计的出口过渡区照明方案可以逐渐降低照明设施的亮度，避免驾驶人的应激反应能力下降，可以提升夜间行车安全性。[0062] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述出口过渡照明区的参考长度Lc的计算方法为：[0063][0064] 其中，V是交叉口的夜间限速值，单位是km/h。[0065] 其它步骤及参数与具体实施方式一相同。[0066] 考虑到人眼在道路照明环境下的暗适应时间约为9s，因此采用本实施方式的参考长度设置方法可以在保证照明效果的同时，最大程度的节省照明成本。[0067] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述M≥4，且第1个照明备选长度 第2个照明备选长度 ……、第M个照明备选长度 是依次递增的，且第1个照明备选长度 的取值为0m； 的计算公式具体为：[0068][0069] 其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。[0070] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三的具体过程为：[0071] 步骤三一、将 和 组合成为新数据集SDkj(例如可以将 作为新数据集中的SD1j，SD2j，…，SDMj，将 作为新数据集中的SD(M+1)j)，其中k＝1,2,…,M+1，根据SDkj计算视距组间平方和SSb以及视距组内平方和SSw；[0072] 步骤三二、利用SSb计算组间均方MSb，利用SSe计算组内均方MSe；[0073] 步骤三三、利用MSb和MSe计算出口过渡照明区判别因子F，将F与F0.05(M,(M+1)(D?1))进行比较，其中，F0.05(M,(M+1)(D?1))是显著水平为0.05时，M和(M+1)(D?1)的值对应的上行概率(可通过查询统计学中的F检验表获得)；[0074] 若F＜F0.05(M,(M+1)(D?1))，则第1个照明备选长度 为最佳的出口过渡照明区长度，即公路交叉口照明区域不需要设置出口过渡照明区；[0075] 若F≥F0.05(M,(M+1)(D?1))，则执行步骤三四；[0076] 步骤三四、初始化i＝1；[0077] 步骤三五、计算出口过渡照明区的照明安全阈值ST，计算第i个照明备选长度对应的检验因子Qi；[0078] 步骤三六、比较Qi与ST的大。篬0079] 若Qi小于ST，则公路交叉口需要设置的出口过渡照明区长度 为[0080] 否则Qi大于等于ST，则令i＝i+1，再返回执行步骤三五。[0081] 其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。[0082] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述视距组间平方和SSb以及视距组内平方和SSw的计算方法为：[0083][0084][0085] 其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。[0086] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述MSb和MSe的计算方法分别为：[0087] MSb＝SSb/M[0088] MSw＝SSw/((M+1)(D?1))[0089] 其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。[0090] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述出口过渡照明区的判别因子为F＝MSb/MSw。[0091] 其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。[0092] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述出口过渡照明区的照明安全阈值ST为：[0093][0094] 式中：t0.05((M+1)(D?1))是显著水平为0.05时，(M+1)(D?1)值对应的双尾临界t值(该值可通过查询统计学中的t检验表获得)。[0095] 其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。[0096] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述第i个照明备选长度对应的检验因子Qi为：[0097][0098] 其中，|·|代表取绝对值。[0099] 其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。[0100] 具体实施方式十：结合图1说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述步骤四的具体过程为：[0101] 出口过渡照明区设置的路灯数量Nm为：[0102][0103] 式中： 表示计算大于等于x的最小整数，Dl为相邻两盏路灯之间的距离；[0104] 按照距离交叉口由近及远的顺序，出口过渡照明区设置的第h盏路灯的照度值Eh为：[0105][0106] 其中，E为公路交叉口照明区域的照度值。[0107] 其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。[0108] 实验部分[0109] 采用双向四车道公路交叉口作为研究对象，对本发明的一种公路交叉口的出口过渡区照明方法进行算例分析。所选公路交叉口的夜间限速为70km/h，其交叉口照明区域的照度为35lx。首先针对该交叉口照明区域设计了5种出口过渡区照明方案，包括4个试验组以及1个参考组，其中参考组的出口过渡区长度为175m，4个试验组的出口过渡区长度分别为0、43.75、87.5和131.25m。然后采集机动车在驶离公路交叉口照明区域后的暗适应过程中驾驶人的应激反应时间。最后采用有效照明半径为35m的LED路灯作为照明设备，灯杆长度为12m，路灯间距为30m，利用本发明提出的方法分别对上述公路交叉口的出口照明过渡区内路灯设置方案进行了求解。结果表明，在70km/h的车速场景下，131.25m出口区长度的试验组与参考组的应激反应时间的组间样本差异性不显著，因此对于夜间限速为70km/h，照明区域照度为35lx的公路交叉口，其出口过渡照明区内的路灯数为3盏，且3盏路灯的照度依次为26.25lx，17.5lx和8.75lx。[0110] 本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

专利地区：黑龙江

专利申请日期：2024-06-04

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118574285B