藍(lán)福東

(福建省高速公路集團(tuán)有限公司 龍巖管理分公司，福建 龍巖 364000)

0 前言

在高速公路建設(shè)中，隧道照明需耗費(fèi)龐大的資金，對(duì)于運(yùn)營(yíng)單位而言，需承受較大的經(jīng)濟(jì)壓力。隨著節(jié)能減排理念的提出，加上為了提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，減少隧道照明的費(fèi)用便成了企業(yè)的重要目標(biāo)。在以往的隧道照明中，鈉燈為首要的選擇，但資源損耗較大，系統(tǒng)的啟動(dòng)速度還需優(yōu)化，且難以達(dá)到智能化的標(biāo)準(zhǔn)。而隨著LED燈及智能調(diào)光系統(tǒng)的應(yīng)用，改善了隧道照明的現(xiàn)狀，經(jīng)濟(jì)環(huán)保、低能耗，發(fā)展前景廣闊。但在智能調(diào)光系統(tǒng)的應(yīng)用后，也發(fā)現(xiàn)其有一定的不足，還需改進(jìn)優(yōu)化，使智能調(diào)光系統(tǒng)更加先進(jìn)、完善，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

1 智能調(diào)光系統(tǒng)的應(yīng)用背景

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展下，高速公路建設(shè)也在如火如荼地進(jìn)行，而隧道的數(shù)量也在不斷增多，其所產(chǎn)生的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用便成了一項(xiàng)重要的問題。在隧道運(yùn)營(yíng)成本中，隧道照明的占比最大，其所耗費(fèi)的資金超過5成，這也體現(xiàn)了改善隧道照明現(xiàn)狀的重要性。在以往的隧道照明設(shè)計(jì)中，燈具的安裝數(shù)量及功率按隧道最大亮度需求值進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)營(yíng)中，無法達(dá)到按隧道外亮度及車流量變化進(jìn)行智能化控制的要求，管理人員根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)設(shè)置開關(guān)燈的時(shí)序及開關(guān)燈的數(shù)量，為了進(jìn)一步提高隧道通行的安全性，一般按照多開燈的原則進(jìn)行，雖能夠保證汽車在隧道內(nèi)安全通行亮度要求，但對(duì)電能的損耗極大，也造成了能源浪費(fèi)，這也使得隧道的照明成本急劇增加，與節(jié)能減排的理念不符。在節(jié)能減排的理念提出后，減少隧道的照明成本便成了一項(xiàng)重要的問題，而LED燈投入市場(chǎng)后，對(duì)隧道照明的高損耗難題帶來了解決方案，其最顯著的特點(diǎn)便是可調(diào)控，并利用智能調(diào)光系統(tǒng)，準(zhǔn)確的掌控高速公路沿線隧道的各個(gè)時(shí)段、各個(gè)區(qū)域的環(huán)境變化，尤其是隧道內(nèi)外的亮度差異，從而進(jìn)行對(duì)LED燈的調(diào)控，以達(dá)到按需照明的目標(biāo)，減少對(duì)電能的損耗，提高燈具的利用效率。

2 智能調(diào)光系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 經(jīng)濟(jì)性

就高速公路的隧道照明而言，雖然看似簡(jiǎn)單，只需要安裝照明燈即可，但其投入大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜[1]。就投入而言，無論是照明燈、電纜，還是消耗的電能以及后期的維修等，等需要花費(fèi)大量的資金，這些花費(fèi)集中在一起，是一筆不小的數(shù)目。就其結(jié)構(gòu)而言，需要進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還需配備配電箱、應(yīng)急電源等，所連接的單元較多，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。在以往的鈉燈系統(tǒng)照明中，雖其光效較好，但資金投入較大，能源損耗多，后續(xù)的維修也是不小的花費(fèi)，與節(jié)能減排的理念不符。而在LED燈的智能調(diào)光系統(tǒng)中，LED燈本就屬于節(jié)能減排產(chǎn)品，與鈉燈相比，同等的亮度下，耗電量更小，且使用壽命更長(zhǎng)，維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)。使用智能調(diào)光系統(tǒng)后隧道照明系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，效率高，能夠?qū)崿F(xiàn)按需照明，由于對(duì)電能的消耗更少，使得運(yùn)營(yíng)成本大大降低，這便體現(xiàn)了智能調(diào)光系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 更加智能

智能調(diào)光系統(tǒng)相對(duì)于鈉燈分級(jí)調(diào)光系統(tǒng)而言，具有顯著的差異，其中一個(gè)重要的點(diǎn)便是智能調(diào)光系統(tǒng)更加智能，這是鈉燈分級(jí)調(diào)光系統(tǒng)無法比擬的。在智能調(diào)光系統(tǒng)中，其能夠感應(yīng)外部環(huán)境的變化，通過檢測(cè)外部亮度變化適時(shí)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)照明回路燈具功率，從而對(duì)隧道內(nèi)亮度進(jìn)行控制，減少無效能耗，實(shí)現(xiàn)“按需照明”。由于其具備亮度檢測(cè)器，時(shí)刻感知隧道洞口外亮度變化，然后通過系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)，以優(yōu)化內(nèi)部亮度，使得車輛進(jìn)入隧道后增強(qiáng)駕駛舒適性，不會(huì)因?yàn)樗淼纼?nèi)外亮度的差異大及亮度的均勻性差而感到不適或者影響視覺，有效降低了隧道內(nèi)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)隧道通行安全也具有重要的意義。另外，使用智能調(diào)光系統(tǒng)，減輕LED燈的光衰，LED燈的使用壽命可顯著增加，從而減少燈具日常維護(hù)工作量。

3 智能調(diào)光系統(tǒng)的調(diào)光原理

在智能調(diào)光系統(tǒng)中，通過亮度檢測(cè)器感知隧道內(nèi)外亮度的變化，其采集頻率為1次/min，亮度傳感器輸出信號(hào)為4～20 mA模擬量信號(hào)，通過模擬量/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器及以太網(wǎng)光端機(jī)等設(shè)備接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到對(duì)隧道內(nèi)外亮度的監(jiān)控，智能調(diào)光系統(tǒng)智能軟件將獲得的亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其在對(duì)亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析時(shí)，主要依賴以下兩項(xiàng)公式：

Lin=0.035*Ls20*0.014

L=0.027*x+0.43

其中Lin、Ls20、L、x，分別為基本段亮度、洞外亮度、照明亮度、輸出百分比。亮度數(shù)據(jù)需結(jié)合光衰偏移量進(jìn)行計(jì)算比較，確定輸出百分比的數(shù)值。

4 智能調(diào)光系統(tǒng)的優(yōu)化

4.1 優(yōu)化基本段照明控制

智能調(diào)光系統(tǒng)通過檢測(cè)隧道外車輛的通行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，可以了解每天各個(gè)時(shí)段的車輛流量以及各個(gè)季節(jié)的車輛通行變化，評(píng)估車輛流量最多的時(shí)段以及車輛流量最少的時(shí)段，計(jì)算出車輛流量的峰值。

智能調(diào)光系統(tǒng)通過采集的通行數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)某時(shí)段的車輛流量極大，可將調(diào)光信號(hào)調(diào)整至95%以下，75%及以上，使得密集的車輛能夠在隧道內(nèi)安全的通行，保證光效的合理；若發(fā)現(xiàn)此時(shí)段的車輛流量處于一般水平，則只要將調(diào)光信號(hào)調(diào)整至75%以下，55%及以上，由于此時(shí)段車輛流量只是一般水平，則不需要較高的調(diào)光信號(hào)，在保證車輛安全通行的同時(shí)，以減少對(duì)電能的損耗；若發(fā)現(xiàn)此時(shí)段的車輛流量較小，甚至僅僅只有零星的車輛在隧道通行，則可以將調(diào)光信號(hào)調(diào)至55%以下，35%及以上；若某一時(shí)段內(nèi)車輛流量為零，則可以將調(diào)光信號(hào)調(diào)整至最低的數(shù)值，一般設(shè)置為15%左右，使燈具處于低功耗的狀態(tài)，以減少對(duì)電能的損耗。

智能調(diào)光系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)隧道通行模式，比如單向交通或雙向交通等模式，設(shè)置隧道內(nèi)有車輛通行時(shí)最底亮度要求值。

值得一提的是，由于夜晚隧道外的亮度極低，為了讓司機(jī)更加適應(yīng)隧道內(nèi)外的環(huán)境變化，避免隧道內(nèi)強(qiáng)光刺眼的現(xiàn)象，也需要使LED燈維持在較低功率的工作狀態(tài)，通常情況下，只需要保持最高功率的15%～20%即可，一方面能夠讓司乘人員更好地適應(yīng)隧道內(nèi)外的亮度差異，另一方面極大地降低了對(duì)電能的損耗，而且能夠延長(zhǎng)燈具的使用壽命。

4.2 優(yōu)化隧道的出入口照明控制

在智能調(diào)光系統(tǒng)中，不僅需要考慮各個(gè)時(shí)段的車流量，還需要考慮白天與夜晚對(duì)隧道內(nèi)環(huán)境的影響，以及隧道所在區(qū)域天氣的變化，如在陰雨天、烏云密布的時(shí)候，應(yīng)該對(duì)隧道內(nèi)燈光亮度進(jìn)行降檔調(diào)控，降低能耗；在強(qiáng)日照天氣或陽光照射隧道洞口時(shí)，應(yīng)提升隧道出入口亮度，消除車輛進(jìn)出隧道時(shí)的“黑洞”或“白洞”效應(yīng)，確保通行安全。

在以往的通過PLC進(jìn)行的時(shí)序控制，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的晴天或雨天模式設(shè)置開關(guān)燈時(shí)間，在天氣變化時(shí)，無法適時(shí)采取降檔照明或提升照明措施，造成能源浪費(fèi)或隧道出入口亮度不夠現(xiàn)象。

智能調(diào)光系統(tǒng)需要采集實(shí)時(shí)隧道洞外亮度數(shù)據(jù)和滑動(dòng)窗口平均值亮度數(shù)據(jù)?；瑒?dòng)窗口平均值處理，使亮度變化更加平緩，也更適合用于燈具控制。在有云或無云天氣，洞外亮度的變化較大，所以滑動(dòng)窗口初始值可以設(shè)為10分鐘，是可調(diào)節(jié)的參數(shù)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，調(diào)節(jié)出合適值。智能調(diào)光系統(tǒng)在強(qiáng)日照天氣或陽光照射隧道洞口時(shí)，以消除黑洞”或“白洞”效應(yīng)為優(yōu)先，確保通行安全，判斷亮度值處于強(qiáng)光等級(jí)范圍內(nèi)時(shí)，出入口照明回路全開，LED燈保持100%的功率工作。

5 隧道LED照明智能調(diào)光系統(tǒng)的應(yīng)用后的節(jié)能率

隧道照明智能調(diào)光系統(tǒng)在高速公路蘆芝隧道進(jìn)行了測(cè)試，在測(cè)量時(shí)間內(nèi)智能調(diào)光系統(tǒng)應(yīng)用后的能源消耗及采用時(shí)序控制的能源消耗進(jìn)行對(duì)比分析，智能調(diào)光系統(tǒng)應(yīng)用后，節(jié)能率達(dá)20%左右[2]。

節(jié)能率(%)=(時(shí)序控制用電量-智能調(diào)光用電量)/時(shí)序控制用電量*100%，

蘆芝隧道出入口段加強(qiáng)燈還使用了部分高壓鈉燈，該部分功率合計(jì)為56.8kW，如使用LED燈進(jìn)行替換，加強(qiáng)燈合計(jì)功率可以降低到30kW，節(jié)能率預(yù)計(jì)可以達(dá)到30%。

6 結(jié)語

在高速公路建設(shè)中，隧道照明的優(yōu)化是一項(xiàng)重要的課題，不僅要保證對(duì)能源的損耗降到最低，也需要保證隧道內(nèi)車輛通行的安全。而隨著智能調(diào)光系統(tǒng)的應(yīng)用，解決了以往隧道照明的問題，與節(jié)能減排的理念相符。但在以后的發(fā)展中，還需要不斷的優(yōu)化智能調(diào)光系統(tǒng)，使其更加標(biāo)準(zhǔn)、先進(jìn)，以提高經(jīng)濟(jì)效益。