【基于客流預(yù)測(cè)的地鐵站照明系統(tǒng)節(jié)能控制探究13000字（論文）】

STYLEREF"標(biāo)題1"目錄緒論1.1選題背景改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。如今，城市化的快速發(fā)展導(dǎo)致城市人口密度不斷增加，公共交通問(wèn)題也隨之出現(xiàn)。許多城市的道路都很擁擠。隨著我國(guó)各大城市地鐵交通的快速發(fā)展，地鐵交通系統(tǒng)已成為城市交通系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。此外，國(guó)家近年來(lái)倡導(dǎo)“綠色出行”。由于機(jī)動(dòng)車數(shù)量急劇增加，出現(xiàn)了交通堵塞和污染等一系列問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，地鐵交通可以有效地作為一種新的交通工具，為人們減少煙霧和城市擁堵。快速環(huán)保的地鐵交通系統(tǒng)已成為中國(guó)許多大城市人們的首選。在地鐵交通系統(tǒng)的快速發(fā)展中，地鐵運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的能耗一直是地鐵交通系統(tǒng)成本的一大部分。由于地鐵的特殊性，大多數(shù)地鐵車站都設(shè)置在地下，因此不可能通過(guò)自然光（如公交車站）為地鐵車站提供照明。同時(shí)，地鐵運(yùn)營(yíng)期間，地鐵站內(nèi)照明需要電氣照明，因此地鐵站內(nèi)照明時(shí)間長(zhǎng)，能耗大，約占整個(gè)地鐵系統(tǒng)能耗的20%。在中國(guó)，有相關(guān)法規(guī)和文件對(duì)地鐵照明系統(tǒng)有明確規(guī)定。地鐵照明系統(tǒng)的設(shè)備負(fù)荷為地鐵站平均設(shè)備負(fù)荷的14.2%~16.1%。然而，一些城市的地鐵照明系統(tǒng)甚至達(dá)到了20%-30%，特別是在一些大城市，這種能源浪費(fèi)更為嚴(yán)重。由于控制不當(dāng)或不考慮地鐵車站的照明系統(tǒng)，如果不加以管理，將導(dǎo)致嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。因此，改善地鐵照明系統(tǒng)具有重要意義。1.2選題的目的與意義大量歷史數(shù)據(jù)顯示，地鐵客流增長(zhǎng)非?？?，大客流時(shí)代悄然到來(lái)，智能控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地鐵客流變得非常重要，因?yàn)闇?zhǔn)確的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可以導(dǎo)致地鐵系統(tǒng)有更充分的安排和計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)降低地鐵能耗和降低整個(gè)地鐵系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本的目標(biāo)。因此，有必要找到一種能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地鐵客流的方法，通過(guò)這種方法提高地鐵系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)水平，既能讓乘客更喜歡地鐵出行類型，又能降低地鐵系統(tǒng)的能耗。這表明有必要對(duì)地鐵交通系統(tǒng)進(jìn)行研究。如果能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地鐵客流，將對(duì)交通運(yùn)營(yíng)管理部門發(fā)揮重要作用。一方面，交通運(yùn)營(yíng)管理部門可以根據(jù)客流合理安排列車發(fā)車間隔，為乘客提供更便捷的駕駛決策，提高地鐵交通系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量；另一方面，交通運(yùn)營(yíng)管理部門可以根據(jù)客流規(guī)模合理安排人力、物力資源，將地鐵運(yùn)營(yíng)成本降低到合理范圍內(nèi)，最大限度節(jié)約資源、降低能耗。1.3研究現(xiàn)狀1.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)地下空間照明節(jié)能的研究和應(yīng)用比較早。早在20世紀(jì)50年代，英國(guó)科學(xué)家J.M.waldram就指出了“地下空間黑洞現(xiàn)象”的危險(xiǎn)。世界各地的科學(xué)家都感到害怕，因?yàn)樗麄兗瓤床灰?jiàn)也摸不著。研究越深入，就越復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)，高速公路隧道和地下鐵路的照明必須全天工作。如何使照明更節(jié)能是我們面臨的一個(gè)重要課題。LakshyaSharma等人指出，光纖照明是對(duì)傳統(tǒng)光設(shè)計(jì)的改進(jìn)和優(yōu)化，更多的光通過(guò)管實(shí)現(xiàn)。這包括對(duì)光導(dǎo)中的若干結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變化進(jìn)行建模，并評(píng)估光導(dǎo)照明在平均室內(nèi)照明、光導(dǎo)的光傳輸和節(jié)能效果方面的優(yōu)勢(shì)。Byun、Jinsung等。提出了一種節(jié)能照明控制系統(tǒng)，不僅可以通過(guò)使用不同的傳感器和通信技術(shù)提高照明的成本效率，還可以考慮乘客滿意度。研究表明，通過(guò)使用現(xiàn)有的燈光控制，能耗降低了43%。王衛(wèi)民、zmeureanu等人提出了多目標(biāo)遺傳算法在綠色建筑優(yōu)化中的應(yīng)用。強(qiáng)調(diào)生命周期分析方法是評(píng)估經(jīng)濟(jì)和生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的一種實(shí)用方案，并使用多目標(biāo)遺傳算法尋找最優(yōu)解。JoonhoChoi和其他研究人員指出了環(huán)境給空間節(jié)能評(píng)估帶來(lái)的變化?？梢愿淖儨囟取穸群涂諝饬鲃?dòng)性，以對(duì)房間節(jié)能評(píng)估產(chǎn)生一定影響。類似地，環(huán)境參數(shù)的變化提供了評(píng)估節(jié)能的實(shí)用方案。1.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)地下室照明節(jié)能技術(shù)起步較晚。由于我們?nèi)狈?jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)不完善，設(shè)計(jì)規(guī)范不可用。為了開(kāi)發(fā)我們自己的地下空間照明技術(shù)，如公路隧道，一些中國(guó)科學(xué)家在兩個(gè)方面進(jìn)行了研究：第一，確定照明時(shí)間表，減少燈具數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能；另一方面，設(shè)計(jì)合理的地下室照明控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)控制地下空間的照明，達(dá)到節(jié)能的目的。年，張軍認(rèn)為，隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通已完全進(jìn)入快速建設(shè)階段。軌道交通作為一種高能耗、客運(yùn)密集型公共交通，在當(dāng)前節(jié)能減排的大政治背景下，軌道交通能耗是城市交通建設(shè)不可避免的討論內(nèi)容。如何在軌道交通中節(jié)約能源已成為運(yùn)營(yíng)、管理、設(shè)計(jì)等多方面的現(xiàn)實(shí)考慮。龔偉解釋了地鐵交通的主要能耗，并從管理制度和技術(shù)改造方面提出了節(jié)能措施，包括照明系統(tǒng)的改造。王玉明從運(yùn)營(yíng)角度分析了城市軌道交通能耗因素占比，指出軌道交通照明占比較大。本工作使用各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來(lái)分析影響城市軌道交通的因素。朱樹(shù)偉指出，車站照明用電負(fù)荷隨著車站數(shù)量的增加而增加。如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧車木W(wǎng)格資源就會(huì)被浪費(fèi)。在此背景下，提出了車站照明節(jié)能的有效措施。高亞春指出，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視照明節(jié)能。要建立一個(gè)實(shí)用的照明評(píng)估系統(tǒng)，必須以實(shí)用的方式對(duì)待社會(huì)能源的焦點(diǎn)?；诠?jié)能綠色照明的重要性和發(fā)展趨勢(shì)，本文研究了民用建筑項(xiàng)目綠色照明評(píng)價(jià)體系。1.3.3小結(jié)綜上所述，我國(guó)地下室照明節(jié)能技術(shù)發(fā)展滯后。國(guó)外在地下室照明節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域比我國(guó)更早，并取得了深入的研究成果。高效節(jié)能LED技術(shù)的發(fā)展也走在了中國(guó)的前面，在節(jié)能評(píng)級(jí)體系中有相對(duì)成熟的體系。雖然中國(guó)地鐵起步相對(duì)較晚，但近年來(lái)中國(guó)地鐵發(fā)展速度相對(duì)較快。在該計(jì)劃的影響下，該國(guó)在地鐵車站照明節(jié)能方面也取得了巨大進(jìn)步。通過(guò)以上對(duì)國(guó)內(nèi)外地鐵車站照明系統(tǒng)能耗的分析，我們了解了我國(guó)地鐵交通的快速發(fā)展及其帶來(lái)的能耗問(wèn)題，并學(xué)習(xí)了前人的一些思路和方法。本文研究了基于深度學(xué)習(xí)的地鐵客流短期預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了地鐵照明系統(tǒng)的合理控制。1.4研究?jī)?nèi)容本論文的章節(jié)結(jié)構(gòu)分為以下內(nèi)容：第一章主要介紹了客流預(yù)測(cè)和地鐵車站能耗的研究背景和重要性，介紹了我國(guó)地鐵的持續(xù)發(fā)展以及地鐵車站能耗嚴(yán)重問(wèn)題，特別是照明系統(tǒng)能耗過(guò)高的問(wèn)題，然后總結(jié)了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地鐵車站照明能耗的研究方法。并介紹了照明能耗的研究現(xiàn)狀和未來(lái)研究方向，最后給出了本論文各章節(jié)的內(nèi)容安排。第二章主要介紹了深度學(xué)習(xí)的一些基本概念、理論和發(fā)展，然后介紹了一些常用的深度學(xué)習(xí)模型，并描述了這些模型的原理，為照明控制系統(tǒng)的后續(xù)研究做準(zhǔn)備。第三章主要介紹了系統(tǒng)的控制策略和整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本文首先描述了地鐵車站照明與客流數(shù)據(jù)之間的變化關(guān)系，然后從硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分實(shí)現(xiàn)了對(duì)地鐵車站照明系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，地鐵車站照明系統(tǒng)隨著客流的變化而變化，達(dá)到節(jié)能的目的。第四章總結(jié)了整個(gè)工作的研究成果。2基于深度學(xué)習(xí)模型的地鐵站客流預(yù)測(cè)2.1客流量概述與客流量分析2.1.1客流量概述客流通常定義為單位時(shí)間內(nèi)特定地點(diǎn)或區(qū)域的人數(shù)。在本文中，地鐵車站的客流是指單次進(jìn)出地鐵車站的乘客數(shù)量。客流預(yù)測(cè)是基于過(guò)去一段時(shí)間的客流數(shù)據(jù)，通過(guò)建立模型和方法對(duì)未來(lái)客流進(jìn)行預(yù)測(cè)。地鐵車站短期客流是指一定時(shí)間間隔內(nèi)地鐵車站的客流。由于短期客流出現(xiàn)和消失很快，且短期客流具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，在一般客流預(yù)測(cè)方案中很難找到短期客流的規(guī)律性。短期地鐵客流預(yù)測(cè)是指通過(guò)地鐵站的歷史客流數(shù)據(jù)，找出地鐵站客流數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，然后預(yù)測(cè)未來(lái)某段時(shí)間內(nèi)地鐵站的客流數(shù)據(jù)，以供相關(guān)部門使用，實(shí)現(xiàn)地鐵車站照明系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，降低地鐵能耗。2.1.2影響客流量因素地鐵客流分為車站客流、OD客流、換乘客流、斷面客流等。車站客流表示進(jìn)出車站的客流。一般來(lái)說(shuō)，影響客流的因素分為以下五類：環(huán)境因素、時(shí)間因素、政府因素、票價(jià)因素和交通因素。詳見(jiàn)圖2.1：圖2.1地鐵站客流影響因素時(shí)間因素是指客運(yùn)因素，主要是地鐵線路面積、地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間、車輛發(fā)車間隔等?？紤]影響客流的因素之一。政府因素主要是政府對(duì)地鐵線路的規(guī)劃，因?yàn)樵谝粋€(gè)城市建設(shè)一條地鐵和多條地鐵需要政府的支持，這是由城市人口密度和經(jīng)濟(jì)水平等因素決定的。地鐵票價(jià)也是影響客流的原因之一。地鐵票價(jià)由相關(guān)政府部門確定。對(duì)于乘客來(lái)說(shuō)，地鐵票價(jià)也影響人們的出行選擇，因此地鐵票價(jià)水平也會(huì)影響地鐵客流。在這些因素中，環(huán)境因素也是影響地鐵客流的最重要因素，因?yàn)榄h(huán)境因素包括各種情況，包括天氣、節(jié)假日和大型活動(dòng)。因此，可以得出結(jié)論，無(wú)論影響因素是什么，它們都將對(duì)地鐵站的客流產(chǎn)生重要影響。2.1.3客流量隨時(shí)間和空間分布在城市地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，地鐵車站的客流與乘客的出行面積和出行時(shí)間有很大關(guān)系。總的來(lái)說(shuō)，車站的客流夜間較少，白天較多。特別是在早晚，地鐵站的客流將是一天中的亮點(diǎn)。此外，地鐵客流與整個(gè)城市軌道網(wǎng)絡(luò)布局、車站位置和車站類型也有很大關(guān)系。由于地鐵站的地理位置不同，客流也可能非常不同。例如，西安地鐵2號(hào)線鐘樓站位于西安市中心，周圍有許多旅游景點(diǎn)和大型購(gòu)物中心，因此該站客流較大；北大街站和小寨站都在交通樞紐，都是地鐵換乘站，所以客流也很大；與地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的北苑站相比，前往北苑站的客流明顯較低，不會(huì)出現(xiàn)明顯的客流高峰。2.2地鐵站客流的預(yù)測(cè)方法客流預(yù)測(cè)一般按預(yù)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短分為長(zhǎng)期客流預(yù)測(cè)、中期客流預(yù)測(cè)和短期客流預(yù)測(cè)。在目前的理論研究中，短期客流預(yù)測(cè)研究較多。短期客流預(yù)測(cè)一般指30分鐘內(nèi)的客流預(yù)測(cè)。選擇短期客流預(yù)測(cè)的主要原因是，盡管短期客流的隨機(jī)性很強(qiáng)，但預(yù)測(cè)越困難，然而，短期客流預(yù)測(cè)研究可以更快地對(duì)客流變化做出反應(yīng)，并更快地控制和調(diào)整照明設(shè)備，以改善地鐵系統(tǒng)的運(yùn)行，改善地鐵站的照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更節(jié)能、更環(huán)保的出行模式。目前，地鐵車站短期客流預(yù)測(cè)方法有三種：第一種預(yù)測(cè)方法是基于統(tǒng)計(jì)的預(yù)測(cè)方法。這些預(yù)測(cè)方法是相對(duì)簡(jiǎn)單的線性預(yù)測(cè)模型，如時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型（包括自回歸、移動(dòng)平均、自回歸移動(dòng)平均等）、線性回歸預(yù)測(cè)模型和卡爾曼濾波模型。預(yù)測(cè)客流的第二種方法是基于非線性理論的客流預(yù)測(cè)模型。非線性預(yù)測(cè)主要包括混沌理論、小波理論和其他非線性理論，如基于混沌理論的預(yù)測(cè)模型、基于小波理論的預(yù)測(cè)模塊和基于非參數(shù)回歸的預(yù)測(cè)模型。第三種客流預(yù)測(cè)方法是基于機(jī)器學(xué)習(xí)理論的人工智能客流預(yù)測(cè)方法，如支持向量機(jī)（SVM）模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型。盡管在上述客流模型中，線性預(yù)測(cè)模型相對(duì)容易建立，但線性預(yù)測(cè)模型不能完全保持?jǐn)?shù)據(jù)的特征，并且不能獲得大量復(fù)雜數(shù)據(jù)問(wèn)題的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)結(jié)果；雖然非線性預(yù)測(cè)模型可以預(yù)測(cè)非線性數(shù)據(jù)，但它只能用于具有少量數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)問(wèn)題，無(wú)法獲得地鐵客流數(shù)據(jù)的更多屬性。雖然組合模型可以具有更好的預(yù)測(cè)結(jié)果，但難以建立模型，這使得組合模型更不穩(wěn)定。為了預(yù)測(cè)地鐵客流，不僅必須提高預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且預(yù)測(cè)模型的穩(wěn)定性必須更強(qiáng)，才能在實(shí)際中應(yīng)用。由于前兩種客流預(yù)測(cè)模型具有不同的明顯缺陷，一些科學(xué)家和專家認(rèn)為，深度學(xué)習(xí)方法更適合處理地鐵車站的客流預(yù)測(cè)問(wèn)題，因?yàn)槠矫鏅C(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型難以獲得數(shù)據(jù)的內(nèi)在屬性。隨著處理數(shù)據(jù)量的不斷增加和預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的提高，深度學(xué)習(xí)模型可以用作預(yù)測(cè)方法，以更快、更準(zhǔn)確地進(jìn)行預(yù)測(cè)。該模型在智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域的類似交通流預(yù)測(cè)中進(jìn)行了測(cè)試。例如，LVy等人使用堆疊式自動(dòng)編碼器（SAE）預(yù)測(cè)交通流量，這是首次將深度學(xué)習(xí)模型應(yīng)用于交通領(lǐng)域。與其他平面模型相比，這些深度學(xué)習(xí)模型的預(yù)測(cè)方法顯著提高了客流預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，使深度學(xué)習(xí)模型在地鐵交通領(lǐng)域具有巨大的研究前景和潛力。因此，本文選擇了基于深度學(xué)習(xí)的地鐵客流短期預(yù)測(cè)模型，以獲得更準(zhǔn)確的地鐵客流預(yù)測(cè)值。2.3深度學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)2.3.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其原理是根據(jù)人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性創(chuàng)建不同連接模式的模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型由許多相互連接的節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)輸出，節(jié)點(diǎn)之間的連接具有權(quán)重來(lái)表示兩者之間的關(guān)系。神經(jīng)元結(jié)構(gòu)如圖2.2所示：在圖2.2中，神經(jīng)元的輸入向量的n個(gè)分量設(shè)為，每個(gè)輸入神經(jīng)元的權(quán)重為，B是偏移，f是傳遞函數(shù)，Y是神經(jīng)元的輸出。神經(jīng)元的輸出是通過(guò)根據(jù)輸入向量X加權(quán)和求和加權(quán)向量W作為系數(shù)獲得的，并通過(guò)偏移量B更好地?cái)M合數(shù)據(jù)。最后，通過(guò)傳遞函數(shù)F獲得。該公式可以表示為：（2-1）根據(jù)連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可分為前向網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)。前網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)神經(jīng)元是前后的，輸入來(lái)自前平面，輸出來(lái)自后平面。網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有反饋機(jī)制。這種類型的網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。反饋網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元具有反饋，從而通過(guò)反饋將網(wǎng)絡(luò)調(diào)整到平衡位置。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可分為無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)和有監(jiān)督學(xué)習(xí)。無(wú)人值守學(xué)習(xí)意味著將網(wǎng)絡(luò)置于其中，并根據(jù)具體特征對(duì)其進(jìn)行分類，但這并不適用于所有問(wèn)題。監(jiān)控學(xué)習(xí)模式是將預(yù)期輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以獲得誤差，然后連續(xù)調(diào)整權(quán)重，直到模型收斂。如果樣本數(shù)據(jù)發(fā)生變化，則可以隨時(shí)改變連接權(quán)重，以使模型達(dá)到預(yù)測(cè)效果。2.3.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BPNN）由Rumelhart和McClelland周圍的科學(xué)家提出，是一種非常典型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之一。它是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有根據(jù)誤差后向傳播的反饋特性。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的主要特征是信號(hào)通過(guò)神經(jīng)元以正向傳輸，然后將網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果與期望值進(jìn)行比較，以獲得誤差值。該誤差值將沿相反方向傳播，然后調(diào)整初始權(quán)重和閾值，直到誤差達(dá)到期望值。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2.3所示：圖2.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2.10所示，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總共分為三層，其中第一層是輸入層，輸入層的輸入為，第二層是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的隱含層，隱含層中有隱藏層節(jié)點(diǎn)，第三層為輸出層，通過(guò)對(duì)隱含層的計(jì)算，其網(wǎng)絡(luò)的輸出，每個(gè)神經(jīng)元與神經(jīng)元之間都有連接權(quán)重。雖然BP網(wǎng)絡(luò)的收斂速度慢，但BP算法有其自身的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)扎實(shí)的基礎(chǔ)理論和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬚撟C過(guò)程，許多科學(xué)家提出了許多改進(jìn)BP算法的方法，如添加脈沖項(xiàng)、選擇可變學(xué)習(xí)速度、引入陡坡因子等。因此，BP網(wǎng)絡(luò)是訓(xùn)練前向多層網(wǎng)絡(luò)的良好選擇。BP算法通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值，使網(wǎng)絡(luò)的輸出達(dá)到預(yù)期值，達(dá)到預(yù)期效果。2.3.3深度學(xué)習(xí)的原理深度學(xué)習(xí)的概念源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，它是一種具有多個(gè)隱藏層的深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)。與之前介紹的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相比，深度學(xué)習(xí)是一種更復(fù)雜和層次化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。深度學(xué)習(xí)的模式是模仿人腦視覺(jué)系統(tǒng)處理視覺(jué)信息的方式，并構(gòu)建具有更多隱藏層的結(jié)構(gòu)模型。深度學(xué)習(xí)是一種學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)表示的方法。與平面學(xué)習(xí)相比，深度學(xué)習(xí)模型結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)深度，通常有5、6甚至更多級(jí)別。深度學(xué)習(xí)在每一層之間傳遞信息，并逐層提取輸入數(shù)據(jù)的屬性，使得隱藏層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有更多的數(shù)據(jù)函數(shù)，這些數(shù)據(jù)特征更抽象。雖然每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有輸入數(shù)據(jù)的屬性，但通過(guò)平面結(jié)構(gòu)提取數(shù)據(jù)特征相對(duì)復(fù)雜。深度學(xué)習(xí)的本質(zhì)是創(chuàng)建具有多個(gè)隱藏層的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。深度學(xué)習(xí)模型明確強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)特征學(xué)習(xí)的重要性：通過(guò)變換每一層的特征，原始空間中樣本的特征表示被變換為新的特征空間。僅從模型結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，與平面學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)相比，深度學(xué)習(xí)可以更好地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)部關(guān)系。因此，深層結(jié)構(gòu)更適合解決大型復(fù)雜問(wèn)題。在實(shí)際問(wèn)題中，通常存在大量數(shù)據(jù)和復(fù)雜的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。因此，有必要建立一個(gè)合理的模型來(lái)解決高維輸入問(wèn)題。深度學(xué)習(xí)模型可以逐層提取每個(gè)數(shù)據(jù)層的屬性。如果模型的深度足夠，可以盡可能地建議數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征。因此，深度學(xué)習(xí)模型是預(yù)測(cè)地鐵車站客流的良好選擇。2.3.4深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)與其他模型相比，深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)有其自身的特點(diǎn)。具體而言，深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)具有以下三個(gè)特征：a、無(wú)人值守的自底向上學(xué)習(xí)。在深度結(jié)構(gòu)上，我們從底層開(kāi)始，逐層訓(xùn)練每個(gè)層的參數(shù)，提取數(shù)據(jù)特征，不斷抽象數(shù)據(jù)特征，找到數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)系。b、無(wú)人值守的學(xué)習(xí)過(guò)程。在無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)過(guò)程中，每次只訓(xùn)練一個(gè)級(jí)別，調(diào)整一個(gè)級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重，然后將較低級(jí)別的輸出作為較高級(jí)別的輸入，并訓(xùn)練下一級(jí)別。每次只訓(xùn)練深度結(jié)構(gòu)模型的一層，并且從層到層只分析一層數(shù)據(jù)特征，因此每個(gè)隱藏層的特征提取基于從先前隱藏層提取的數(shù)據(jù)特征。c、自上而下的監(jiān)督學(xué)習(xí)。通過(guò)監(jiān)督學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)通過(guò)特征標(biāo)簽從上到下傳輸，然后微調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重。深度學(xué)習(xí)模型通過(guò)評(píng)估輸出值和實(shí)際值之間的誤差來(lái)優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型，然后微調(diào)整個(gè)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重。3地鐵站照明系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1地鐵站照明系統(tǒng)的照度控制和調(diào)節(jié)3.1.1當(dāng)前地鐵站照明系統(tǒng)的節(jié)能方式由于地鐵運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較高，節(jié)能已成為地鐵系統(tǒng)亟待解決的問(wèn)題。在有限條件下，地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，兩個(gè)最重要的能耗因素是地鐵車輛的電力需求和車站的照明設(shè)備。前者是硬需求，難以改變。后者可以通過(guò)其他方式減少電能的消耗。在之前的研究中，人們只考慮從以下措施降低地鐵車站照明系統(tǒng)的能耗：（1）改進(jìn)燈具布置，采用節(jié)能燈具隨著我國(guó)地鐵的快速發(fā)展，地鐵車站的數(shù)量也不斷增加。由于大多數(shù)地鐵車站設(shè)置在地下，地鐵車站照明系統(tǒng)的能耗問(wèn)題更加突出。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，如果出發(fā)時(shí)間不算長(zhǎng)，人們進(jìn)入地鐵站所花費(fèi)的時(shí)間不超過(guò)5分鐘，下車和離開(kāi)車站的時(shí)間甚至更短，不超過(guò)3分鐘。因此，燈具的布置應(yīng)分為關(guān)鍵區(qū)域和非關(guān)鍵區(qū)域。燈應(yīng)布置在門、樓梯和自動(dòng)扶梯上。站臺(tái)與站廳之間的位置不需要照明裝置來(lái)美化效果，只需要標(biāo)準(zhǔn)照度的照明裝置。因此，應(yīng)提升地鐵屏蔽門上方的全照明，僅保留門打開(kāi)位置的照明裝置。另一方面，這是照明設(shè)備的選擇。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，照明設(shè)備的質(zhì)量也有所提高。選擇節(jié)能燈也可以節(jié)約能源。（2）廣告燈箱的新設(shè)計(jì)及輔助照明的應(yīng)用地鐵是做廣告的重要場(chǎng)所。許多地鐵廣告燈箱設(shè)計(jì)在站臺(tái)對(duì)面的線路一側(cè)。由于全高度安全門的廣泛使用，這些顯示器在某種程度上被阻擋。因此，為了吸引人們的注意力，一些廣告燈箱被設(shè)計(jì)成盲目增加亮度和色彩，以確保達(dá)到廣告目的，但這浪費(fèi)了無(wú)形的能量。因此，根據(jù)當(dāng)前情況，廣告燈箱的適當(dāng)位置可考慮放置在地鐵站臺(tái)的矩形安全門上方或地鐵通道兩側(cè)。這不僅服務(wù)于廣告的目的，還可以補(bǔ)充平臺(tái)和通道的照明。存儲(chǔ)照明設(shè)備的數(shù)量以實(shí)現(xiàn)功率節(jié)省。目前，解決照明設(shè)備的節(jié)能問(wèn)題主要依靠提高燈具的質(zhì)量和燈具的布局，以提高照明的最大利用率。雖然這些方法在一定程度上降低了照明的能耗，但并沒(méi)有從根本上改善照明的節(jié)能問(wèn)題。例如，在客流較少或客流短期變化較大的地鐵站，也需要更智能地控制和調(diào)整照明系統(tǒng)。因此，尋找更優(yōu)化的解決方案，從根本上解決地鐵車站照明系統(tǒng)的能耗問(wèn)題。本設(shè)計(jì)考慮了各地鐵站的客流，根據(jù)客流對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，以節(jié)約能源。3.1.2地鐵站照明系統(tǒng)的節(jié)能思路如果有合適的照明標(biāo)準(zhǔn)，也將在節(jié)能的實(shí)施中起到規(guī)范作用。由于目前大多數(shù)照明標(biāo)準(zhǔn)是區(qū)域平均照度，因此它們僅實(shí)現(xiàn)地鐵站的照明效果，而沒(méi)有考慮節(jié)能問(wèn)題。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，地鐵站的擁擠區(qū)域是自動(dòng)扶梯和樓梯。由于自動(dòng)扶梯和樓梯是事故多發(fā)區(qū)域，該區(qū)域的照明系統(tǒng)應(yīng)保持足夠的照明。不過(guò)，站臺(tái)區(qū)域和車站大廳區(qū)域相對(duì)平坦，沒(méi)有太多意外因素。因此，車站大廳和站臺(tái)區(qū)域的照明可根據(jù)客流變化。本設(shè)計(jì)的思想是使用適當(dāng)?shù)恼斩仍O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制當(dāng)前地鐵站超過(guò)照度標(biāo)準(zhǔn)值的部分的照度?？刂茀^(qū)域?yàn)檎九_(tái)和車站大廳區(qū)域。如果客流量大，增加該區(qū)域的照明；如果客流較低，則適當(dāng)減少該區(qū)域的照明。3.1.3地鐵站照明系統(tǒng)的控制策略隨著地鐵的發(fā)展，地鐵車站照明系統(tǒng)的能耗越來(lái)越受到重視。然而，地鐵車站照明系統(tǒng)的大部分節(jié)能主要由照明設(shè)備本身和空間的使用來(lái)考慮，這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)有得到根本解決。目前，地鐵車站的照明是大面積的平均照度，這將造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，尤其是在地鐵車站客流較小的情況下。因此，本文在合理選擇和布置地鐵車站照明設(shè)備的前提下，地鐵車站照明系統(tǒng)的控制策略是根據(jù)地鐵車站的客流調(diào)整和控制地鐵車站區(qū)域的照明。如圖3.1所示，本文照明系統(tǒng)的控制策略為：圖3.1照明系統(tǒng)控制策略以地鐵車站的日客流為單位，分析了多個(gè)不同客流類型的地鐵車站，根據(jù)這些地鐵車站的客流特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的智能控制，達(dá)到節(jié)能的目的。我國(guó)城市地鐵車站照明功率密度如下表3.1所示：表3.1地鐵站照明功率密度值表3.1顯示了地鐵站不同位置的照明要求不同。目前，大多數(shù)地鐵車站的照明值高于照明標(biāo)準(zhǔn)，已超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的40%左右。因此，本次設(shè)計(jì)的理念是根據(jù)地鐵站客流數(shù)據(jù)與地鐵站照明設(shè)備之間的關(guān)系，定制和控制照明系統(tǒng)。第2章預(yù)測(cè)了地鐵站的日客流。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，可以確定地鐵700站的客流最多每15分鐘超過(guò)一次乘客，至少只有約10名乘客。然而，這些情況的發(fā)生只是短期的。在客流較多的車站，大部分時(shí)段客流一般為每15分鐘150人左右，而在客流較少的車站，大多數(shù)時(shí)段客流一般是每15分鐘60人左右，因此，一般來(lái)說(shuō)，在大多數(shù)時(shí)段，客流的變化范圍相對(duì)穩(wěn)定。因此，根據(jù)上述研究分析，照度變化范圍在200lx至280lx之間，客流變化范圍為每15分鐘20至220名乘客。本文主要研究地鐵乘客通過(guò)的主要區(qū)域，即車站大廳區(qū)域和站臺(tái)區(qū)域。采用照明變化與客流變化之間的關(guān)系，如圖3.2所示。如圖3.2所示為照明與客流的關(guān)系如圖所示：橫坐標(biāo)表示地鐵車站每15分鐘的客流統(tǒng)計(jì)值，縱坐標(biāo)表示站臺(tái)和車站大廳區(qū)域的照明值。如果乘客流量小于每15分鐘20名乘客，則可將照度設(shè)置為所需的最小默認(rèn)值。隨著地鐵站客流的增加，照度的增加與客流成線性關(guān)系。如果每15分鐘客流超過(guò)220人，地鐵站的照度將調(diào)整為默認(rèn)值的140%，即280lx?；谏鲜隹刂撇呗裕罔F站內(nèi)的照度可以根據(jù)客流變化隨時(shí)調(diào)整，這種智能控制模式可以在一定程度上節(jié)省更多電能。3.2照明系統(tǒng)的器件選型3.2.1微處理器選型微處理器是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，因此選擇合適的微處理器非常重要。與8位和16位處理器相比，32位ARM核心處理器具有低功耗、低成本和高性能的優(yōu)勢(shì)。因此，本文選擇stm32f103z作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制核心，負(fù)責(zé)輸入數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)傳輸和照明設(shè)備的控制。因此，本文采用stm32f103z作為整個(gè)照明系統(tǒng)的控制。STM32系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有許多組件，如表3.2所示：表3.2STM32系統(tǒng)內(nèi)部主要組成3.2.2數(shù)據(jù)傳輸方式選型在設(shè)計(jì)中，地鐵車站的預(yù)測(cè)客流數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的輸入，因此需要選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸方法，將數(shù)據(jù)從PC傳輸?shù)絊TM32的控制。在STM32中，通常選擇串行通信作為處理器和外部設(shè)備之間的通信模式。通過(guò)串行端口的通信是通過(guò)串行端口傳輸和接收比特字節(jié)。RS-232通信通過(guò)連接三條線路實(shí)現(xiàn)：TXD、RXD和接地，如圖3.3所示：圖3.3串口與PC機(jī)連接圖在串行通信中，必須設(shè)置兩個(gè)端口的以下參數(shù)：波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。波特率是測(cè)量傳輸速度的參數(shù)。不同的波特率具有不同的傳輸速度，但從兩個(gè)端口接收的數(shù)據(jù)的波特率必須一致。數(shù)據(jù)位是指發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)在數(shù)據(jù)包中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的位數(shù)。數(shù)據(jù)包的大小可以是6位、7位或8位。設(shè)置的位數(shù)取決于傳輸內(nèi)容的需求。停止位是每個(gè)數(shù)據(jù)包的最后一位。停止位表示傳輸結(jié)束，同時(shí)同步接收端和發(fā)送端的時(shí)間，使傳輸和接收同步，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性；奇偶校驗(yàn)位是檢查串行通信中未對(duì)準(zhǔn)的一種方法。測(cè)試方法可分為四種類型：奇數(shù)、直線、高和低，或不設(shè)置測(cè)試位。在串行通信中，根據(jù)通信方式分為同步通信和異步通信。同步通信意味著接收機(jī)和發(fā)射機(jī)協(xié)調(diào)和同步數(shù)據(jù)，如SPI和IIC通信接口，而異步通信不使用時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，如UART。雖然同步通信的大部分傳輸內(nèi)容是有效數(shù)據(jù)，同步效率高，但同步通信兩側(cè)的時(shí)鐘允許誤差較小，因此本文選擇了具有高容錯(cuò)性的異步通信模式UART作為數(shù)據(jù)傳輸模式。串口的通訊過(guò)程如圖3.4所示：圖3.4串口數(shù)據(jù)的接收過(guò)程如上圖3.5的描述，外圍設(shè)備通過(guò)串行通信將數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器的接收端，然后進(jìn)入Rx的接收移位寄存器，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)緩沖器，最后由處理器讀取。3.2.3照明控制器選型照明模塊部分由驅(qū)動(dòng)電路與控制電路組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具開(kāi)關(guān)的控制和對(duì)燈具發(fā)光強(qiáng)度的調(diào)控。在照明設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路部分，PT4115芯片是一個(gè)很好的選擇。電流的變化會(huì)影響燈具的溫度、光通量，從而影響燈具的照明效果甚至燈具的壽命，而PT4115芯片是一種保持電流不變改變電壓的芯片，而且PT4115內(nèi)部有過(guò)溫保護(hù)功能，可以對(duì)照明設(shè)備有一層保護(hù)作用，所以使用PT4115芯片作為驅(qū)動(dòng)電路的核心，對(duì)照明設(shè)備的使用有很好的效果。在照明設(shè)備的控制部分，選用繼電器作為照明設(shè)備的控制器件，繼電器是一種自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，可以對(duì)照明設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。繼電器的工作原理利用電磁感應(yīng)控制觸電的通斷，實(shí)現(xiàn)以一個(gè)小電流的回路控制一個(gè)大電流的回路通斷的目的。所以繼電器在電路中可以保護(hù)電路以及控制電路的通斷，對(duì)整個(gè)電路起著很重要的作用，因此在本文中用繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)。3.2.4照明設(shè)備選型對(duì)于地鐵車站照明設(shè)備的選擇，選擇的光源主要是LED燈和無(wú)電極燈。無(wú)電極燈是一種磁能燈。燈里沒(méi)有燈絲。無(wú)電極燈的發(fā)光原理是，高頻發(fā)生器通過(guò)電磁感應(yīng)形成的等離子體最終產(chǎn)生可見(jiàn)光。作為一種新型光源，無(wú)電極燈具有壽命長(zhǎng)、顯色性好的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是成本高。因此，即使節(jié)能效果好，高成本也會(huì)阻礙無(wú)電極燈的普及。此外，無(wú)電極燈仍然存在散熱和沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的guifa的缺點(diǎn)。LED，中文意思是發(fā)光二極管，也是生活中常見(jiàn)的LED燈。LED有許多優(yōu)點(diǎn)：1.體積?。篖ED燈由環(huán)氧樹(shù)脂封裝的晶片組成，體積小，操作和安裝方便。2、使用壽命長(zhǎng)：LED燈的使用壽命一般在10萬(wàn)小時(shí)以上，基本可以更換。3、環(huán)保：LED燈無(wú)有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，LED燈材料可回收利用。4、節(jié)能效果好：與普通白熾燈相比，可以節(jié)省80%以上的電能，在相同功率下，LED燈的發(fā)光頻率是白熾燈的10倍。通過(guò)以上對(duì)比分析，LED燈性能更好，應(yīng)用范圍更廣，節(jié)能效果明顯。因此，本文選擇LED燈作為測(cè)試對(duì)象。3.3照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作。為了更好地控制照明設(shè)備的照明，設(shè)計(jì)穩(wěn)定的硬件電路和硬件選擇尤為重要。圖3.5系統(tǒng)硬件原理圖圖3.5為系統(tǒng)的硬件原理圖，選擇STM32主控制器作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，包括晶體振蕩器電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。整個(gè)原理圖還包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集開(kāi)關(guān)模塊、照明設(shè)備模塊等。3.3.1最小系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)（1）時(shí)鐘電路如圖3.6所示，系統(tǒng)的晶體振蕩器電路為系統(tǒng)提供基本時(shí)鐘信號(hào)。通常，MCU需要主頻率和時(shí)鐘頻率。主頻基本為4.16mhz，ARM@Cortex-M系列MCU是用于PLL倍頻的8MHz晶體振蕩器；時(shí)鐘頻率為32.768KHz，通常用作RTC的低速外部時(shí)鐘源。圖3.6晶振電路（2）復(fù)位電路復(fù)位電路的功能是將電路恢復(fù)到其原始狀態(tài)，并保持系統(tǒng)再次運(yùn)行。復(fù)位示意圖如下圖3.7所示。復(fù)位電路的工作原理如下：當(dāng)VCC系統(tǒng)接通時(shí)，電容器C20開(kāi)始充電。此時(shí)，在1K電阻器R14上產(chǎn)生電壓以重置系統(tǒng)；幾秒鐘后，電容器C20完全充電，1K電阻器R14上沒(méi)有電流和電壓，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)在操作過(guò)程中按下復(fù)位按鈕時(shí)，電容器C20開(kāi)始放電，此時(shí)1K電阻器R14上出現(xiàn)電壓以復(fù)位系統(tǒng)。釋放復(fù)位按鈕后，電容器C20再充電，幾毫秒后，系統(tǒng)再次工作。圖3.7復(fù)位電路圖3.3.2數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)STM32的串口通信通常是PC通過(guò)RS232接口與STM32芯片通信。PC通過(guò)串行接口將上一節(jié)預(yù)測(cè)的客流從地鐵站傳輸至STM32。硬件連接圖如圖3.8所示：圖3.8串口通訊硬件原理圖3.3.3照明模塊電路設(shè)計(jì)照明模塊電路的設(shè)計(jì)主要是驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，即驅(qū)動(dòng)照明設(shè)備并改變燈的發(fā)光強(qiáng)度。在本文照明模塊的電路設(shè)計(jì)中，選用pt4115芯片作為驅(qū)動(dòng)電路的核心。Pt4115是一個(gè)8-30v寬電壓輸入，其擊穿電壓為45V，最大輸出電流可達(dá)1200Ma。Pt4115通過(guò)連續(xù)電感和電流線模式在電流保持恒定的同時(shí)改變電壓值。將pt4115中的調(diào)光器接頭連接至控制器I。O連接器，并根據(jù)輸出PWM波調(diào)整照明設(shè)備的光強(qiáng)。整個(gè)照明模塊電路的設(shè)計(jì)如圖3.9所示：圖3.9驅(qū)動(dòng)電路硬件設(shè)計(jì)圖如圖3.9顯示了驅(qū)動(dòng)電路的硬件設(shè)計(jì)圖。C1是用于將脈沖直流轉(zhuǎn)換為平滑直流的輸入濾波電容器；R1是感測(cè)電阻器，其值與負(fù)載電流相關(guān)并用于控制輸出電流。L1是整流器電感，電感值影響電路的工作頻率。由于其工作在高頻脈沖狀態(tài)，所以選擇具有高恢復(fù)速度的肖特基二極管作為二極管。3.3.4繼電器控制電路設(shè)計(jì)繼電器控制電路設(shè)計(jì)用于控制燈開(kāi)關(guān)。由于STM32穩(wěn)壓器的輸出電壓僅為3.3V，如圖1所示。如圖3.10所示，添加了NPN三極管。繼電器用于根據(jù)輸入信號(hào)評(píng)估照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)。繼電器斷開(kāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反向電流，損壞設(shè)備。因此，反向二極管必須并聯(lián)到繼電器的兩端。如果輸入信號(hào)是開(kāi)啟照明設(shè)備，則繼電器處于開(kāi)啟狀態(tài)；而繼電器斷開(kāi)。圖3.10繼電器控制電路圖3.4照明系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.4.1照明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體方案在照明系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，選擇KeilMDK作為本實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)軟件。KeilMDK軟件適用于ARM微控制器，是一款功能強(qiáng)大的軟件。此外，KeilMDK軟件易于使用，使其廣泛應(yīng)用于軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。因此，選擇KeilMDK軟件設(shè)計(jì)整個(gè)照明控制系統(tǒng)的軟件部分。圖3.11智能化照度調(diào)節(jié)流程圖軟件設(shè)計(jì)思想主要是根據(jù)地鐵車站客流的變化，控制和調(diào)整地鐵車站的照明。如圖。如圖3.11所示，這是區(qū)域照度智能調(diào)整的流程圖。整個(gè)過(guò)程首先初始化控制系統(tǒng)，將燈設(shè)置為自動(dòng)控制模式，然后將基于深度信任網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的客流值作為系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)，然后根據(jù)輸入客流評(píng)估與該區(qū)域?qū)?yīng)的照明值。通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路的PWM占空比來(lái)改變輸出電壓值，以調(diào)整照明，最后，地鐵站內(nèi)的照明可以根據(jù)客流的變化而改變。3.4.2串口通信程序設(shè)計(jì)串口通信的功能是將地鐵車站客流預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)。整個(gè)過(guò)程如圖3.12所示：圖3.12串口通訊程序設(shè)計(jì)流程圖串行接口通信部分的軟件設(shè)計(jì)首先初始化串行接口，包括設(shè)置串行接口的波特率、寄存器設(shè)置、校驗(yàn)位設(shè)置等操作，然后激活串行接口。控制系統(tǒng)通過(guò)串行接口向PC發(fā)送讀取數(shù)據(jù)的命令，PC收到命令后通過(guò)串行接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制系統(tǒng)。接下來(lái)，控制系統(tǒng)處理傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并完成串行接口通信。最后，關(guān)閉串行端口。3.4.3照明系統(tǒng)照度調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)照度調(diào)整程序的目的是將地鐵站內(nèi)照明設(shè)備的照度快速調(diào)整到入口乘客電流，以節(jié)省不必要的能耗。目前，地鐵站內(nèi)照明設(shè)備的照度處于恒定值，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因此，如果客流不大，可以調(diào)整照明設(shè)備的照度，以達(dá)到節(jié)能的目的。如圖3.13所示，這是照明設(shè)備的控制流程圖。如果地鐵站處于關(guān)閉狀態(tài)，應(yīng)關(guān)閉地鐵站內(nèi)的照明設(shè)備，僅保留應(yīng)急照明；地鐵車站運(yùn)行時(shí)，打開(kāi)地鐵站內(nèi)所有照明設(shè)備，然后根據(jù)客流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)整。如果乘客電流小于預(yù)設(shè)值，則降低照明設(shè)備的照明值，否則增加照明設(shè)備的發(fā)光值。圖3.13照明設(shè)備照度調(diào)節(jié)流程圖4結(jié)論本工作的目的是預(yù)測(cè)地鐵車站的客流。首先，分析了當(dāng)前地鐵車站客流，提出了當(dāng)前客流預(yù)測(cè)方法，分析了其他預(yù)測(cè)方法的不足，選擇了基于深度學(xué)習(xí)的模型。介紹了深度學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)和每個(gè)模型的特點(diǎn)，然后介紹了地鐵車站照明的節(jié)能方法。然后介紹了地鐵車站照明設(shè)備的節(jié)能思想和控制策略，然后描述了具體的設(shè)計(jì)方案，主要分為三個(gè)部分：設(shè)備選型、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。整個(gè)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程是先選擇主要部件，選擇合適的部件更有利于模型的構(gòu)建，然后進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。地鐵車站照明系統(tǒng)