曹偉星

（福建省高速公路監(jiān)控中心馬尾分中心）

高速公路隧道照明智能控制系統(tǒng)的研究

曹偉星

（福建省高速公路監(jiān)控中心馬尾分中心）

在“7918”國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃和鼓勵、支持中西部發(fā)展的政策機遇下，公路隧道數(shù)量保持著高速增加的趨勢姿態(tài)。通過公路隧道的車輛車速較快，視野內(nèi)光亮度變化強烈，且車輛密度大，加之隧道內(nèi)車輛排放尾氣等問題影響，嚴重威脅著行車安全。平衡隧道內(nèi)照明亮度和公路隧道運行成本之間的關(guān)系，成為隧道照明控制研究的關(guān)鍵點。由于公路隧道特殊的管狀結(jié)構(gòu)決定了隧道內(nèi)外亮度相差懸殊，車輛通過隧道時有“暗適應(yīng)”、“亮適應(yīng)”、“適應(yīng)性滯后”等問題。設(shè)計時都是按最大亮度需求考慮，因此隧道普遍存在過度照明，電能浪費巨大高達50～90％。比如在隧道較多的省份如廣西、福建、江西等，隧道照明系統(tǒng)的設(shè)置成為了耗資巨大的系統(tǒng)工程，而隧道的智能控制系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)置能節(jié)約運營成本。通過“文獻調(diào)研、理論分析、實驗分析”等手段，結(jié)合國內(nèi)隧道照明技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，系統(tǒng)地解決照明智能控制系統(tǒng)的問題。并基于現(xiàn)狀和存在的問題，提出一些關(guān)于隧道照明智能控制系統(tǒng)的整改措施。

高速公路；隧道；照明；節(jié)能；安全；智能控制

1　隧道照明電能節(jié)能控制低效的主要因素

（1）洞外亮度大范圍變化而洞內(nèi)亮度相對固定隧道的智能控制系統(tǒng)設(shè)置時，其亮度往往是按照夏季中午最亮?xí)r作為默認計算值，沒有考慮維護系數(shù)，特別是洞外的亮度隨著季節(jié)、氣候、時間而時刻變化，洞外連續(xù)而相對規(guī)律的亮度變化沒有被考慮在內(nèi)，主要是系統(tǒng)控制不穩(wěn)定，以及能源的浪費，而采用晴天分級系統(tǒng)和亮度曲線調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠有效控制電能的浪費，同時通過分析隧道智能控制能耗比值曲線可以求出浪費的電能和實際的電能需求，目前大多數(shù)隧道照明控制系統(tǒng)的耗能都是電能需求的兩倍以上。當(dāng)采用四級調(diào)光的LED燈時可以節(jié)約40％的電能，這是隧道照明智能控制系統(tǒng)節(jié)能照明的目標(biāo)。

（2）燈具功率規(guī)格少，隧道照明燈具功率規(guī)格少是不爭的事實，隧道照明的標(biāo)準(zhǔn)值在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有具體規(guī)定的，若照度大幅超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水平則屬于過度照明，隧道高速公路照明燈往往只需采用30～120W的燈具，燈具功率的配備并不成熟，比如單側(cè)亮度控制不夠、雙側(cè)出現(xiàn)過度照明屢見不鮮。而選用LED燈具、其設(shè)計功率一般在30～70W之間，但依舊存在過度照明，若采用智能無極控制可有效的避免過度控制，達到節(jié)能的效果。

（3）由于社會發(fā)展的需要，經(jīng)濟落后人員稀少的地區(qū)也通上的高速公路。這種地區(qū)的高速公路往往隧道眾多且大多都是長隧道，車流量非常的少，尤其是晚上基本沒有車。如果按傳統(tǒng)的開燈方式會造成巨大的電能浪費。浪費率達到95％以上。如果能通過車流量檢測配合開燈模式，大大的減少不必要的電能浪費達到節(jié)能的目的。

2　隧道智能照明控制方式

（1）傳統(tǒng)型控制系統(tǒng)作為隧道照明控制的開端，其工作方式是通過安裝在照明控制系統(tǒng)配電回路中接觸器來控制照明。

（2）分時段照明智能控制方式分時段照明控制方式吸納了傳統(tǒng)照明控制方式，具有節(jié)約電能、靈活多變的特點，通過預(yù)先設(shè)置好的時間程序，目前我國隧道智能照明設(shè)計主要是分時段照明控制模式，設(shè)計依據(jù)是四季和全天的光照強度的不同經(jīng)驗式的劃分時段。其控制方式邏輯簡單且易于集中管理而獲得了業(yè)內(nèi)的一致好評。

（3）綜合智能自動化控制模式超長隧道的照明系統(tǒng)不僅要滿足行車的視覺亮度，更是要給人視覺享受，創(chuàng)造出豐富的視覺空間，而傳統(tǒng)的智能照明控制系統(tǒng)無法滿足長隧道“安全、多樣化、節(jié)能、高效”的需求，全智能自動化控制模式方式呼之欲出，其實也就是在傳統(tǒng)智能控制模式上效能的提升。

3　如何提升隧道智能控制系統(tǒng)的效能

①針對大型隧道和隧道群設(shè)置環(huán)境檢測設(shè)備、車流量車速檢測設(shè)備，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。②把握主流的隧道空間照明控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和照明控制方式，結(jié)合隧道空間特點，打造新型的隧道照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計。③通過對隧道內(nèi)視覺模糊的光環(huán)境研究，建立視覺網(wǎng)絡(luò)分析模型，在實驗室中通過視覺仿真工具設(shè)計出與隧道現(xiàn)狀相符的光源亮度控制系統(tǒng)，采用模糊控制技術(shù)對隧道照明人工光環(huán)境進行分析研究，得出的實驗結(jié)果才能真正實現(xiàn)全智能照明控制系統(tǒng)兼顧對行車視覺各個波段、亮度的照明需求。

圖1　

綜上所述，綜合智能照明控制方式結(jié)合了現(xiàn)代照明控制設(shè)計的思想和隧道節(jié)能照明技術(shù)，通過測量相關(guān)的環(huán)境參數(shù)結(jié)合國家相關(guān)的照明規(guī)范，通過相關(guān)模擬軟件，實現(xiàn)隧道的全智能照明控制。技術(shù)的發(fā)展完善，需要綜合考慮到隧道的照明節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計和隧道流動性的空間特點，綜合考慮隧道照明的車流量、天氣狀況、行車速度等影響因素，設(shè)計出一個安全、舒適的隧道照明空間并最大限度的減少電能和人力的浪費。

4　本課題的特色與創(chuàng)新之處

（1）運用行車時人的光感合理科學(xué)的選擇燈具和燈具的布置。

（2）結(jié)合隧道的空間特點布置合理科學(xué)的布置光傳感器。

（3）摒棄的傳統(tǒng)時序控制照明，運用環(huán)境條件實時控制照度更科學(xué)、安全、經(jīng)濟。

5　結(jié)束語

本系統(tǒng)已在福建高速馬尾隧道啟用，目前運行穩(wěn)定達到預(yù)期效果.隨著高速公路里程的不斷增長，車輛數(shù)的不斷增加。傳統(tǒng)的隧道照明控制被智能控制系統(tǒng)取代是必然的趨勢

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《.公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》（026.1-1999）[S].北京：人民交通出版社，2000.

[2]周正兵.LED隧道燈如何實現(xiàn)節(jié)能80％[J].交通建設(shè)與管理，2008（4）：79～82.

[3]王霞.LED照明亮度智能無級控制系統(tǒng)在城市隧道中的應(yīng)用[J].交通科技，2009（1）：92～94.

[4]崔豐曦，王茂文，黎福海.基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隧道照明控制系統(tǒng)[J].微計算機信息（測控自動化），2009，25（31）：13～14.

[5]羅智佳，舯漢樞，毛宗源.公路隧道照明控制系統(tǒng).交通與計算機，2005.

[6]吳強，滕歡，王凱富.城市照明監(jiān)控管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn)，2005.

[7]《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》（JTJ026.1-1999）.

[8]周正兵.按需照明——隧道照明的理想形式[J].中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2009（01）.

[9]韓直.基于等效亮度的公路隧道照明需求研究.中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2007（11）.

[10]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

[11]Siemens AG.Prodave Operating Instructions，2004（14）.

[12]陳粵初，等.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1992.

[13]Siemens AG.Statement List（STL）for S7-300 and S7-400 Programming Referenc Manual，2002.

[14]王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[15]《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2004）.

[16]沈洪波.大功率LED燈在隧道照明中的應(yīng)用.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2010.

U453.7

A

1673-0038（2015）29-0300-02

2015-7-4