（山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司（山西省自動(dòng)化研究所），山西 太原 030012）

一、引言

一般情況下，公路隧道運(yùn)營(yíng)經(jīng)費(fèi)中占比最高的是用電費(fèi)。在當(dāng)前國(guó)家大力推行綠色發(fā)展、節(jié)能減排的態(tài)勢(shì)下，隧道內(nèi)的照明系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)降耗增效就顯得尤為重要。隨著高等級(jí)公路的迅速發(fā)展及坑道開(kāi)挖技術(shù)的不斷成熟，我國(guó)每年修建的隧道數(shù)量都在大幅增加。如此一來(lái)，高速公路運(yùn)營(yíng)管理單位的運(yùn)營(yíng)經(jīng)費(fèi)（尤其是隧道運(yùn)營(yíng)經(jīng)費(fèi)）將不斷增長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了高速公路的發(fā)展。

目前，公路隧道照明普遍使用鈉燈，雖然可通過(guò)調(diào)節(jié)電源電壓控制燈具亮度，但調(diào)節(jié)范圍僅有10%左右，無(wú)法滿足按需照明的要求。近年來(lái)，LED光源憑借節(jié)能、高效等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于公路隧道照明中。全國(guó)大部分省份都已經(jīng)或正在嘗試采用LED光源進(jìn)行隧道照明，并圍繞燈具亮度調(diào)節(jié)開(kāi)展了相關(guān)技術(shù)研究，以達(dá)到節(jié)約資源的目的。

本文對(duì)車行隧道智能照明系統(tǒng)進(jìn)行了研究，該系統(tǒng)可在無(wú)級(jí)調(diào)光照明基礎(chǔ)上，將隧道長(zhǎng)時(shí)間無(wú)車行駛情況下的照明能耗降至最低，從而延長(zhǎng)隧道照明燈具的使用壽命，最大限度地降低隧道的運(yùn)營(yíng)成本，促進(jìn)高速公路運(yùn)營(yíng)管理單位實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

這款車行隧道智能照明系統(tǒng)中的隧道照度儀和隧道亮度儀會(huì)對(duì)接收到的光信號(hào)進(jìn)行比較，然后將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?mA～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流值，再傳給調(diào)節(jié)器；車檢器將現(xiàn)場(chǎng)的車流量信息通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至調(diào)節(jié)控制器上。調(diào)節(jié)控制器對(duì)接收的信息進(jìn)行運(yùn)算后，分別輸出兩路0V～5V的直流模擬電信號(hào)，其中一路電信號(hào)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)控制隧道中部照明燈具的電源電壓和隧道出口側(cè)照明燈具的電源電壓，另一路電信號(hào)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)控制隧道入口照明燈具的電源電壓。如此一來(lái)，LED照明燈具中的驅(qū)動(dòng)電流值會(huì)不斷調(diào)節(jié)，使得燈具的輸出光通量值和功率值發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求且減少能耗的目的。

該系統(tǒng)能夠根據(jù)行車量、隧道洞內(nèi)照度、隧道洞外亮度以及是否有車行駛等參數(shù)智能調(diào)節(jié)燈光。行車量越大，洞外亮度值就越高，照明燈的亮度則越高，反之則亦然。當(dāng)無(wú)車輛行駛時(shí)，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)調(diào)節(jié)電源電壓，使燈具的亮度達(dá)到最暗；當(dāng)有車輛行駛時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)前端傳感器信息調(diào)整燈具亮度，調(diào)光的距離在500m～1000m之間；當(dāng)車輛離開(kāi)后，系統(tǒng)會(huì)延遲一段時(shí)間再將燈具調(diào)整至節(jié)能狀態(tài)。

公路隧道洞口外亮度儀的光強(qiáng)值與一個(gè)系數(shù)相乘，就能得到公路隧道入口加強(qiáng)段照明燈具的亮度值。入口段亮度計(jì)算公式如下：

Lth=k·L

其中，Lth為隧道入口段光強(qiáng)值，系數(shù)k由隧道內(nèi)行車量和設(shè)計(jì)行車時(shí)速確定，L為洞外亮度儀的光強(qiáng)值，是一項(xiàng)實(shí)時(shí)變化的值。由于L為自然變量，因此本系統(tǒng)通過(guò)判斷隧道洞口外的車流量就可以調(diào)整系數(shù)k，使得隧道入口加強(qiáng)段的照明燈具亮度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

如何計(jì)算隧道中部基本照明段LED燈的調(diào)光功率，可以使用以下公式：

Pb=Pbmax·N·Km

其中，Pbmax為隧道中部照明段燈具的最大功率值，Pb為隧道中部照明段燈具的調(diào)光功率值，N為養(yǎng)護(hù)比系數(shù)，Km為燈具亮度的變化系數(shù)。系統(tǒng)則根據(jù)隧道洞內(nèi)車流量檢測(cè)情況來(lái)調(diào)節(jié)Km，來(lái)實(shí)現(xiàn)基本照明段燈具的調(diào)光功能。

三、系統(tǒng)測(cè)試

該系統(tǒng)試運(yùn)行階段，研究組選取了某地長(zhǎng)約4179m的隧道，將其分為7段，每段分別設(shè)有一套紅外車檢器和車檢控制箱。控制箱根據(jù)是否有車輛行駛決定所控照明段是采用無(wú)級(jí)調(diào)光照明（按需照明）模式，還是采用待機(jī)照明（功率在5%～10%之間）模式。車輛進(jìn)入隧道后，會(huì)依次駛?cè)敫髡彰鞫危臆囕v前方至少有1～2個(gè)照明段依次調(diào)亮；如果系統(tǒng)檢測(cè)到后方再無(wú)車輛，已行駛過(guò)的照明段將相繼變暗。

在行車安全方面，該系統(tǒng)特別考慮了以下幾點(diǎn)，確保照明系統(tǒng)在安全運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能：

（1）最暗亮度接近應(yīng)急照明亮度，比國(guó)標(biāo)規(guī)定的住宅小區(qū)照明平均亮度略高，可確保監(jiān)控系統(tǒng)正常監(jiān)測(cè)，也可讓因故滯留的車輛和人員看清周邊路況。

（2）當(dāng)隧道內(nèi)有車輛停滯不動(dòng)時(shí)，如后方來(lái)車，停滯車輛所在的照明段會(huì)自動(dòng)調(diào)亮燈具亮度，從而使后方駕駛員能夠看清滯留車輛，確保了滯留車輛的安全。

（3）滯留車輛開(kāi)始向出口行駛時(shí)，初期車速較低，憑借自身車燈及洞內(nèi)最低維持亮度，可安全行駛到下一個(gè)紅外車檢器處，并觸發(fā)系統(tǒng)調(diào)高燈具亮度，從而安全駛出隧道。

四、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)車行隧道智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)敘述，該系統(tǒng)創(chuàng)新性地采用了多點(diǎn)車輛位置檢測(cè)，分區(qū)段照明調(diào)光的工作模式，在四川省某高速公路隧道投入應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)了來(lái)車按需照明，大大降低了通行量較小的公路隧道的照明能耗，使得節(jié)能效率達(dá)到了80%。如智能化照明控制系統(tǒng)能全面推廣至高速公路領(lǐng)域，將極大提升高速公路運(yùn)營(yíng)管理單位的經(jīng)營(yíng)水平，為下一步智慧交通網(wǎng)絡(luò)的組建奠定基礎(chǔ)。