基于交通量和洞內(nèi)外亮度的調(diào)光控制系統(tǒng)應(yīng)用——以楚大高速公路九頂山特長(zhǎng)隧道為例

鮑學(xué)俊， 呂曉峰， 夏　倩， 史玲娜

(1.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 云南 昆明　650011； 2.合肥源輝光電子有限公司,

安徽 合肥　230041； 3.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司交通工程與節(jié)能分院, 重慶　400067)

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基于交通量和洞內(nèi)外亮度的調(diào)光控制系統(tǒng)應(yīng)用
——以楚大高速公路九頂山特長(zhǎng)隧道為例

鮑學(xué)俊1， 呂曉峰2,*， 夏倩2， 史玲娜3

(1.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 云南 昆明650011； 2.合肥源輝光電子有限公司,

安徽 合肥230041； 3.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司交通工程與節(jié)能分院, 重慶400067)

摘要：為將交通量和洞內(nèi)外亮度參數(shù)納入無級(jí)調(diào)光照明算法中，針對(duì)楚大高速公路九頂山特長(zhǎng)隧道交通量較大且不均勻的特點(diǎn)，介紹九頂山隧道在照明系統(tǒng)節(jié)能改造過程中的理論依據(jù)，提出公路隧道無級(jí)調(diào)光的數(shù)學(xué)模型，建立無級(jí)調(diào)光照明控制系統(tǒng)的架構(gòu)。通過對(duì)傳統(tǒng)調(diào)光照明和無級(jí)調(diào)光照明的用電量實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比分析，得出無級(jí)調(diào)光系統(tǒng)照明較傳統(tǒng)調(diào)光方式的LED燈照明系統(tǒng)節(jié)能32.6%。

關(guān)鍵詞：特長(zhǎng)公路隧道； 照明系統(tǒng)； 無級(jí)調(diào)光系統(tǒng)； 交通量變化； 洞外亮度變化

0引言

21世紀(jì)以來，國(guó)內(nèi)高速公路里程越來越大，其公路隧道的總里程也越來越大，因而隧道照明的能耗也越來越高。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外隧道照明領(lǐng)域的研究人員做了大量的研究工作，這些研究多集中在洞外亮度L20(S)的取值和提升燈具光效上。在相關(guān)研究中，周正兵[1]提出了公路隧道照明的理想形式——按需照明；呂曉峰[2]研究了采用回路自動(dòng)多級(jí)調(diào)光照明系統(tǒng)對(duì)交流接觸器造成的損害，并對(duì)公路隧道調(diào)光過程中存在的低于標(biāo)準(zhǔn)值的現(xiàn)象做了分析，提出在公路隧道調(diào)光照明中，應(yīng)盡可能避免利用開閉電源回路進(jìn)行調(diào)光。在自動(dòng)狀態(tài)下，分回路調(diào)光即使采用可瞬間點(diǎn)亮的LED燈，也會(huì)因通電瞬間產(chǎn)生的沖擊電流使交流接觸器觸點(diǎn)加速損壞，甚至引發(fā)電氣火災(zāi)；王少飛等[3]針對(duì)公路隧道LED燈無級(jí)調(diào)光控制系統(tǒng)，建立了公路隧道LED燈無級(jí)調(diào)光控制系統(tǒng)架構(gòu),認(rèn)為采用DC 0～5 V模擬電壓信號(hào)控制LED燈輸出電流，完全能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)大公路隧道照明無級(jí)調(diào)光控制需求。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)無級(jí)調(diào)光的文章雖然較多，但多數(shù)是基于洞外亮度變化條件下如何使洞內(nèi)亮度跟隨洞外亮度變化的研究。這些研究大多只是介紹調(diào)光照明系統(tǒng)的架構(gòu)和方案，并采用遠(yuǎn)程調(diào)光方式，由上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程的調(diào)光操作，較少提及基于車流量和洞內(nèi)亮度的無級(jí)調(diào)光方法。2014年頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]已明確要求公路隧道照明應(yīng)能根據(jù)車流量進(jìn)行調(diào)光；但現(xiàn)有文獻(xiàn)只是從理論上進(jìn)行了特定條件下的分析[5]，而在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，在較大車流量情況下無級(jí)調(diào)光與分級(jí)調(diào)光照明系統(tǒng)的節(jié)能效果尚無實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

本文以九頂山特長(zhǎng)公路隧道節(jié)能改造項(xiàng)目為背景，針對(duì)洞外亮度、交通量、洞內(nèi)亮度參數(shù)的同時(shí)作用，分析公路隧道無級(jí)調(diào)光的數(shù)學(xué)模型和洞外亮度變化的隨機(jī)性，提出基于車流量和洞內(nèi)外亮度的具有實(shí)時(shí)性和精細(xì)化調(diào)光能力的系統(tǒng)架構(gòu)。

1公路隧道照明調(diào)光的理論依據(jù)

《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[4]中規(guī)定隧道入口段1的路面亮度

Lth1=k·L20(S)。

(1)

式中：Lth1為入口段TH1的亮度；k為入口段亮度折減系數(shù)；L20(S)為洞外亮度。

洞外亮度在設(shè)計(jì)時(shí)是按夏天晴天中午的洞外亮度來取值的，它是一年當(dāng)中的最大值，即L20(S)；但在運(yùn)營(yíng)時(shí)，一年當(dāng)中洞外亮度僅有很少的時(shí)間接近或達(dá)到L20(S)，大部分時(shí)間為L(zhǎng)20(S)的10%～80%。圖1是理想晴天條件下的洞外亮度隨時(shí)間的變化曲線，夏至曲線最頂端的亮度值即是L20(S)。在LED隧道燈出現(xiàn)之前，由于燈具無法調(diào)光，因而在當(dāng)時(shí)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中要求利用開閉不同的電源回路來進(jìn)行調(diào)光。隨著無級(jí)調(diào)光燈具及隧道智能照明系統(tǒng)控制器的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)分回路調(diào)光的模式，使公路隧道實(shí)現(xiàn)按需照明成為可能。

圖1　理想晴天條件下的洞外亮度隨時(shí)間的變化曲線

Fig. 1Variations of luminance outside tunnel vs. time under ideal conditions

2加強(qiáng)照明調(diào)光的數(shù)學(xué)模型

白天的洞外亮度每時(shí)每刻都在變化，因此，洞外亮度實(shí)際是一個(gè)隨時(shí)間變化的變量，而非一個(gè)恒定值，即夏天晴天中午的最大值L20(S)。既然是一個(gè)隨時(shí)間變化的變量，洞外亮度實(shí)際可表示為L(zhǎng)20(t)，即是時(shí)間t的函數(shù)，L20(t)max=L20(S)。因而式(1)可表示為

Lth1(t)=k·L20(t)。

(2)

式(2)就是根據(jù)洞外亮度進(jìn)行無級(jí)調(diào)光的智能化照明的雛形，是早期無級(jí)調(diào)光的數(shù)學(xué)表達(dá)式。依據(jù)式(2)，《LED照明燈亮度控制裝置》[6]中闡述了調(diào)光控制系統(tǒng)的構(gòu)成，并在廈蓉高速公路貴州格龍隧道中進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐。圖1是理想晴天條件下的L20(t)隨時(shí)間的變化曲線，而實(shí)際的洞外亮度變化曲線與此相差很大。圖2為廈蓉高速公路貴州格龍隧道無級(jí)調(diào)光照明系統(tǒng)記錄下的某一天的L20(t)實(shí)際變化曲線。從圖2可以看出，洞外亮度的變化是完全隨機(jī)的。洞外亮度不僅會(huì)隨著云系以及日出日落的變化而變化,還與隧道朝向及洞門形式關(guān)系密切；因此,用式(2)來表征洞外亮度變化,能夠較好地體現(xiàn)洞外亮度變化的實(shí)際情況,若用式(1)來表征,則差距很大。

圖2　格龍隧道某一天的洞外亮度實(shí)際變化曲線

式(2)雖然能夠較好地表征公路隧道洞外亮度變化情況，但在公路隧道入口照明中，其路面亮度不僅與洞外亮度有關(guān)，而且還與其交通量密切相關(guān)。交通量越大，洞外亮度折減系數(shù)k越大；交通量越小，則亮度折減系數(shù)也相應(yīng)地減小?！豆匪淼勒彰髟O(shè)計(jì)細(xì)則》[4]要求隧道入口加強(qiáng)照明不僅能根據(jù)洞外亮度調(diào)光，還要求根據(jù)交通量調(diào)光。圖3是設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km的公路隧道的洞外亮度折減系數(shù)隨交通量變化的曲線圖。從圖3可以看出： 交通量N≤350 veh/(h·ln)時(shí)，亮度折減系數(shù)k=0.025；交通量N≥1 200 veh/(h·ln)時(shí)，亮度折減系數(shù)k=0.035；交通量在350～1 200 veh/(h·ln)時(shí)，亮度折減系數(shù)k為一線性遞增的斜線。這表明洞外亮度折減系數(shù)是交通量N的函數(shù)，即有

[k(N)-0.025]/(N-350)=(0.035-0.025)/(1 200-350)。

整理得

k(N)=1.18×10-5N-4.12×10-3。

(3)

將式(3)中的k(N)值代入式(2)中，得

Lth1(t)=k(N)·L20(t)。

(4)

式(4)是現(xiàn)代公路隧道無級(jí)調(diào)光的數(shù)學(xué)模型之一，即入口段路面亮度的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

圖3　洞外亮度折減系數(shù)隨交通量變化曲線

Fig. 3Variation of reduction factor of luminance outside tunnel vs. vehicle amount

3基本照明調(diào)光的數(shù)學(xué)模型

在《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[4]中，基本照明亮度按表1取值。雖然交通量為350 veh/(h·ln)

表1　中間段Lin亮度表

注： 1)當(dāng)設(shè)計(jì)速度為100 km/h時(shí)，中間段亮度可按80 km/h時(shí)對(duì)應(yīng)的亮度取值； 2)當(dāng)設(shè)計(jì)速度為120 km/h時(shí)，中間段亮度可按100 km/h時(shí)對(duì)應(yīng)的亮度取值。

圖4　洞內(nèi)基本照明亮度隨交通量變化曲線

Fig. 4Variation of basic lighting luminance inside tunnel vs. vehicle amount

根據(jù)表1和圖4，可以列出Lin(N)隨N變化的函數(shù)關(guān)系式為

[Lin(N)-1]/(N-350)=(1.75-1)/(1 200-350)。

整理得

Lin(N)=8.82×10-4N+0.69。

(5)

式(5)是現(xiàn)代公路隧道無級(jí)調(diào)光數(shù)學(xué)模型之一，即基本照明路面亮度的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

4無級(jí)調(diào)光照明系統(tǒng)

4.1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)智能化精細(xì)調(diào)光照明系統(tǒng)的應(yīng)用

在《公路隧道LED照明燈具》第1、2部分[7-8]和《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[4]中，對(duì)公路隧道的照明設(shè)計(jì)及燈具的生產(chǎn)均提出了調(diào)光的具體要求。前者要求公路隧道照明系統(tǒng)應(yīng)依據(jù)車流量和洞外亮度進(jìn)行調(diào)光；后者要求公路隧道LED照明燈具應(yīng)設(shè)置控制信號(hào)接收端，可隨控制信號(hào)的變化而調(diào)節(jié)發(fā)光亮度，其燈具宜采用無級(jí)調(diào)光，當(dāng)采用有級(jí)調(diào)光時(shí)，不宜低于24級(jí)。這就意味著公路隧道將不再使用傳統(tǒng)的恒定亮度的LED燈。在《公路隧道LED照明燈具： 第5部分： 照明控制器》[9]中對(duì)公路隧道照明專用控制器的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等做了具體規(guī)定，為公路隧道照明系統(tǒng)加速采用新技術(shù)進(jìn)行節(jié)能減排提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

4.2云南楚大高速九頂山特長(zhǎng)隧道無級(jí)調(diào)光照明系統(tǒng)

云南楚大高速公路九頂山特長(zhǎng)隧道全長(zhǎng)3 200 m，雙洞雙車道單向交通。2014年下半年對(duì)隧道的照明系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能改造。項(xiàng)目要求調(diào)光系統(tǒng)依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]進(jìn)行設(shè)計(jì)，加強(qiáng)照明能夠根據(jù)車流量和洞外亮度進(jìn)行調(diào)光；基本照明能夠根據(jù)車流量及時(shí)間段進(jìn)行調(diào)光，同時(shí)還要求能夠?qū)Χ磧?nèi)亮度進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)修正洞內(nèi)亮度。

圖5為九頂山隧道智能化精細(xì)調(diào)光照明系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)由洞外亮度檢測(cè)儀、車流量檢測(cè)儀、洞內(nèi)亮度檢測(cè)儀、LED亮度智能無級(jí)控制裝置(隧道智能照明系統(tǒng)控制器，下同)、亮度可控型LED隧道燈、通訊系統(tǒng)、上位機(jī)及隧道照明監(jiān)控管理軟件等組成。為了使調(diào)光系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)的亮度儀輸出采用4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。在采用何種信號(hào)傳輸調(diào)光控制指令方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者已做了大量的研究工作。周健等[10]針對(duì)公路隧道照明的特點(diǎn)以及安全需求，分析了采用DC 0～5 V模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、電力載波以及微波方式傳輸控制信號(hào)的優(yōu)劣，認(rèn)為采用DC 0～5 V的直流模擬電壓信號(hào)控制燈具亮度的方式優(yōu)于其他信號(hào)控制模式；楊天沖等[11]針對(duì)近年來逐漸進(jìn)入公路隧道照明系統(tǒng)的LED燈各種調(diào)光控制的調(diào)光范圍、調(diào)光分級(jí)、電源效率、信號(hào)傳輸性能等影響因素進(jìn)行了對(duì)比分析，并提出了采用DC 0～5 V模擬電壓信號(hào)傳輸調(diào)光控制指令的調(diào)光方式，具有調(diào)光范圍廣、電源效率高、信號(hào)傳輸性能好等特點(diǎn)。課題組在對(duì)有關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行考察論證的基礎(chǔ)上，選定了具有實(shí)時(shí)性和精細(xì)化調(diào)光能力的DC 0～5 V模擬調(diào)光控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在洞外亮度變化時(shí)，洞內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生亮度跳變，其洞內(nèi)亮度能夠很好地跟隨洞外亮度實(shí)時(shí)變化。與此同時(shí)，課題組對(duì)數(shù)字調(diào)光和模擬調(diào)光的優(yōu)缺點(diǎn)做了對(duì)比，表2即是2種調(diào)光方式的技術(shù)性能對(duì)比。根據(jù)表2的對(duì)比分析，結(jié)合云南省的氣候條件，為了能讓公路隧道在確保行車安全的前提下節(jié)能，決定將DC 0～5 V模擬信號(hào)調(diào)光控制系統(tǒng)應(yīng)用于九頂山公路特長(zhǎng)隧道。

圖5　九頂山隧道智能化精細(xì)調(diào)光照明系統(tǒng)原理圖

Fig. 5Principle diagram of intelligent and fine dimming and illumination system used in Jiudingshan tunnel

表2　數(shù)字調(diào)光與模擬調(diào)光的技術(shù)性能對(duì)比

4.3系統(tǒng)工作原理

根據(jù)前述調(diào)光的數(shù)學(xué)模型和洞外亮度變化的隨機(jī)性特點(diǎn)： 首先需要在洞外設(shè)置亮度傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)洞外亮度的變化，并將其轉(zhuǎn)換為4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送至LED亮度智能無級(jí)控制裝置上；其次需要在隧道外距洞口3～10 km處設(shè)置交通量檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)即將駛?cè)胨淼赖能囕v數(shù)并計(jì)算出交通量。由于交通量檢測(cè)裝置距隧道變電站約數(shù)km，如將信息通過光纜傳輸，施工費(fèi)用相對(duì)較高，因此，現(xiàn)場(chǎng)采用GPRS移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳送至LED亮度智能無級(jí)控制裝置上。LED亮度智能無級(jí)控制裝置根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)和時(shí)間段等信息，分別按式(2)和式(5)進(jìn)行計(jì)算，然后輸出2路DC 0～5 V的直流模擬信號(hào)，分別控制基本照明燈具和入口側(cè)加強(qiáng)照明燈具，從而實(shí)現(xiàn)控制隧道洞內(nèi)亮度的目的。

系統(tǒng)的核心部分——隧道智能照明系統(tǒng)控制器設(shè)于隧道洞口外的變電站內(nèi)，它內(nèi)置功能強(qiáng)大的微處理器，可根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)要求，自行完成各種復(fù)雜的識(shí)別、判斷、計(jì)算、輸出和通訊等日常工作。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[9]中規(guī)定了隧道照明控制器應(yīng)具備遠(yuǎn)程控制和本地控制2種工作方式，隧道照明控制器即使與上位機(jī)通訊中斷也不能影響其正常調(diào)光。由于調(diào)光設(shè)備設(shè)于現(xiàn)場(chǎng)，從而確保了公路隧道照明調(diào)光的精細(xì)化和實(shí)時(shí)性，也使得調(diào)光更有意義。

圖6是九頂山隧道最終實(shí)施的控制系統(tǒng)原理圖，也是基于車流量和洞內(nèi)外亮度的具有實(shí)時(shí)性和精細(xì)化調(diào)光能力的系統(tǒng)架構(gòu)。

圖6　九頂山隧道最終實(shí)施的控制系統(tǒng)原理圖

Fig. 6Principle diagram of dimming system used in Jiudingshan tunnel

4.4無級(jí)調(diào)光控制工作流程

圖7為無級(jí)調(diào)光控制工作流程圖。系統(tǒng)首先對(duì)洞外亮度和車流量信息進(jìn)行采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并根據(jù)時(shí)序信息和各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后輸出DC 0～5 V的模擬信號(hào)去控制LED隧道燈亮度。設(shè)于洞內(nèi)入口段和中間段的亮度儀分別采集相應(yīng)位置的路面亮度信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如符合標(biāo)準(zhǔn)要求，則程序繼續(xù)運(yùn)行；如不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，則重新調(diào)節(jié)后輸出。與此同時(shí)，各測(cè)量數(shù)據(jù)和調(diào)光數(shù)據(jù)每隔20 s向中控室上傳一次，中控室可隨時(shí)向下位機(jī)下發(fā)指令，修改參數(shù)。

4.5上位機(jī)監(jiān)控管理軟件

國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用的隧道照明控制軟件幾乎都是基于傳統(tǒng)的分回路調(diào)光，而基于LED無級(jí)調(diào)光照明方面的研究，國(guó)內(nèi)還比較少。呂曉峰[12]提出了適用于智能照明系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控管理軟件界面，在此基礎(chǔ)上，課題組還參照了《公路LED照明燈具： 第5部分： 照明控制器》[9]對(duì)上位機(jī)監(jiān)控管理軟件的要求，并根據(jù)山區(qū)的特殊地理、氣象條件以及運(yùn)營(yíng)管理的需要，對(duì)監(jiān)控管理軟件提出了以下要求： 1)自動(dòng)化程度高；2)操作簡(jiǎn)單，非特殊情況無須人工操作；3)調(diào)光數(shù)據(jù)具有透明性和可追溯性。

圖7　無級(jí)調(diào)光控制工作流程圖

基于上述原則，課題組設(shè)計(jì)出如圖8所示的監(jiān)控管理軟件。雖然軟件界面內(nèi)容較多，但在運(yùn)營(yíng)階段無須人工操作，只有在故障狀態(tài)下才需要人工點(diǎn)擊“故障處理”按鍵并使照明系統(tǒng)滿功率工作。故障排除后，再點(diǎn)擊“故障解除”，即可恢復(fù)正常的調(diào)光方式。所謂故障，即隧道運(yùn)營(yíng)故障，包括交通事故，火災(zāi)事故，其他事故，檢修、養(yǎng)護(hù)等需要良好照明條件的工況，將這些工況統(tǒng)一歸類為一種工況，目的在于減少緊急情況下確認(rèn)所屬工況的時(shí)間和在屏幕上尋找工況對(duì)應(yīng)位置的時(shí)間。

在調(diào)光數(shù)據(jù)的透明性和可追溯性方面，界面能將調(diào)光曲線和洞內(nèi)外亮度曲線顯示在主界面上，以方便觀察、校驗(yàn)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示；同時(shí)還將各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電腦硬盤上，其存儲(chǔ)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)半年以上，只要有需要，就可以隨時(shí)調(diào)閱。

上位機(jī)通常設(shè)于中控室內(nèi)，通過光纜與現(xiàn)場(chǎng)的隧道智能照明系統(tǒng)控制器實(shí)現(xiàn)通訊，上位機(jī)利用無級(jí)調(diào)光監(jiān)控管理軟件，實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，下達(dá)指令，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取、顯示與儲(chǔ)存，并可進(jìn)行緊急故障處理操作。

圖8　上位機(jī)監(jiān)控軟件主界面

52種照明方式能耗對(duì)比

九頂山隧道節(jié)能改造項(xiàng)目已于2014年11月全部完成，有關(guān)單位對(duì)隧道采用不同調(diào)光方式的照明能耗進(jìn)行了實(shí)測(cè)。為了使2種照明方式的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有可比性，洞內(nèi)調(diào)光亮度是在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下進(jìn)行測(cè)試。在開燈時(shí)間的確定上，加強(qiáng)照明燈具每日均開燈10 h，基本照明及應(yīng)急照明燈具每日按白天亮度開燈18 h、下半夜亮度開燈6 h，其照明能耗見表3。每種調(diào)光方式各通過2個(gè)周期的運(yùn)行(48 h),得出上行線無級(jí)調(diào)光較分級(jí)調(diào)光節(jié)能36.7%，下行線無級(jí)調(diào)光較分級(jí)調(diào)光節(jié)能28.4%。下行線節(jié)能幅度較低的主要原因是路面為瀝青路面，要求照度較高。測(cè)試是在晴天條件下進(jìn)行的,如遇陰天或多云天氣，節(jié)能幅度還將進(jìn)一步提高。呂曉峰[12]詳細(xì)研究了公路隧道照明中由于車流量不足而造成的電能浪費(fèi)，其加強(qiáng)照明電能浪費(fèi)最高可達(dá)30%，而基本照明電能浪費(fèi)最高可達(dá)55%。由于楚大高速公路交通量大，由交通量變化所產(chǎn)生的節(jié)能效益并不顯著。如果系統(tǒng)應(yīng)用于車流量較小的公路隧道，將會(huì)產(chǎn)生更大的節(jié)能效果。

6結(jié)論與討論

1)在車流量較大的條件下，無級(jí)調(diào)光照明系統(tǒng)比LED分級(jí)調(diào)光照明系統(tǒng)節(jié)能32.6%。

表3九頂山隧道LED無級(jí)調(diào)光與LED分級(jí)調(diào)光照明節(jié)能對(duì)比

Table 3Comparison and contrast between LED stepless dimming system and LED stepped dimming system used in Jiudingshan tunnel in terms of energy conservation

隧道名稱調(diào)光模式照明總能耗/kWh節(jié)能率/%九頂山上行線無級(jí)調(diào)光572分級(jí)調(diào)光90436.7九頂山下行線無級(jí)調(diào)光648分級(jí)調(diào)光90528.4

注： 隧道上行線和下行線平均節(jié)能率為32.6%。

2)本文介紹的調(diào)光系統(tǒng)是具有實(shí)時(shí)性的精細(xì)化調(diào)光系統(tǒng)，它的照明控制器設(shè)于現(xiàn)場(chǎng)，解決了遠(yuǎn)程調(diào)光的亮度等級(jí)低和實(shí)時(shí)性差的問題。

3)論述了公路隧道洞內(nèi)入口段和中間段亮度的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它將為云南乃至全國(guó)未來的公路隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供有益的借鑒。

4)本系統(tǒng)如應(yīng)用于交通量較小的公路隧道，理論上其節(jié)能幅度將還將有進(jìn)一步提升，但提升幅度有待繼續(xù)研究。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1]周正兵．按需照明： 隧道照明的理想形式[J]．中國(guó)交通信息產(chǎn)業(yè)，2009(1): 85-87.(ZHOU Zhengbing.Lighting according to need: Ideal form of tunnel lighting[J]．China ITS Journal,2009(1): 85-87. (in Chinese))

[2]呂曉峰. 公路隧道無級(jí)調(diào)光照明節(jié)能原理及投資分析: 中[J]．交通建設(shè)與管理，2012(7): 92-93．(LYU Xiaofeng. Energy saving principle and investment analysis for the use of stepless dimming lighting in highway tunnel: 2[J].Transportation Construction & Management, 2012(7): 92-93．(in Chinese))

[3]王少飛,鄧欣. 公路隧道LED燈無級(jí)調(diào)光控制[C]// 海峽兩岸第十八屆照明科技與營(yíng)銷研討會(huì)論文集.北京: 中國(guó)照明學(xué)會(huì)，2011: 118-120.(WANG Shaofei,DENG Xin.Stepless dimming control of LED light in highway tunnel[C]//Proceedings for the Session of the Two Sides of the Taiwan Strait Lighting Technology and Marketing Seminar (The 18th).Beijing: China Illuminating Engineering Society,2011: 118-120.(in Chinese))

[4]招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)研究院有限公司.公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則: JTG/T D 70/2-01—2014[S]. 北京: 人民交通出版社，2014: 1-46.(China Merchants Chongqing Communications Technology Research & Design Institute. Guidelines for design of lighting of highway tunnels: JTG/T D 70/2-01—2014[S]. Beijing: China Communications Press，2014: 1-46.(in Chinese))

[5]呂曉峰. 公路隧道無級(jí)調(diào)光照明節(jié)能原理及投資分析: 上[J]．交通建設(shè)與管理，2012(6): 94-96．(LYU Xiaofeng. Energy saving principle and investment analysis for the use of stepless dimming lighting in highway tunnel: 1[J].Transportation Construction & Management, 2012(6): 94-96．(in Chinese))

[6]合肥源輝光電子有限公司.LED照明燈亮度控制裝置: ZL200820032022.6[P].2009-06-03[2015-08-01].(Hefei Yuanhui Optoelectronic Co.,Ltd. Device for controlling the brightness of LED lamp: ZL200820032022.6[P]. 2009-06-03[2015-08-01].(in Chinese))

[7]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.公路LED照明燈具: 第1部分: 總則: JT/T 939.1—2014[S]. 北京: 人民交通出版社，2015: 1-11.(Research Institute of Highway Ministry of Transport. LED lighing luminaires for highway: Part 1: General

rules: JT/T 939.1—2014[S]. Beijing: China Communications Press，2015: 1-11.(in Chinese))

[8]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院. 公路LED照明燈具: 第2部分: 公路隧道LED照明燈具: JT/T 939.2—2014[S]. 北京： 人民交通出版社，2015: 1-12.(Research Institute of Highway Ministry of Transport. LED lighting luminaires for highway: Part 2: Highway tunnel LED lighting luminaires: JT/T 939.2—2014[S].Beijing: China Communications Press，2015: 1-12.(in Chinese))

[9]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.公路LED照明燈具: 第5部分: 照明控制器: JT/T 939.5—2014[S]. 北京： 人民交通出版社，2015: 1-19.(Research Institute of Highway Ministry of Transport. LED lighing luminaires for highway: Part 5: Lighting controller: JT/T 939.5—2014[S]. Beijing：China Communications Press,2015: 1-19.(in Chinese))

[10]周健，侯鵬，林利安，等.公路隧道LED燈照明系統(tǒng)無級(jí)調(diào)光控制方式研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2009(11): 105-108.(ZHOU Jian,HOU Peng,LIN Li’an,et al. Research on the control method of stepless dimming of LED lighting system for highway tunnel[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development (The Application of Technology Edition), 2009(11): 105-108. (in Chinese))

[11]楊天沖，張?zhí)K東,陶俊，等. 新型隧道LED燈照明系統(tǒng)無級(jí)調(diào)光控制方式[C]//2013中國(guó)(國(guó)際)建筑電氣節(jié)能技術(shù)論壇論文集. 北京: 中國(guó)建筑學(xué)會(huì)，2013: 48-51.(YANG Tianchong, ZHANG Sudong,TAO Jun,et al.The new tunnel LED lamp lighting system stepless adjustable light control mode[C]//Proceedings for the 2013 China (International) Technology Forum on Building Electrical Effiency (The 8th). Beijing: Architectural Society of China, 2013: 48-51.(in Chinese))

[12]呂曉峰.公路隧道LED智能化無級(jí)調(diào)光照明節(jié)能分析 [J]．中國(guó)交通信息化，2012(2): 195-201．(LYU Xiaofeng. Energy saving analysis of LED intelligent stepless dimming lighting in highway tunnel[J].China ITS Journal,2012(2): 195-201. (in Chinese))

Application of Dimming System Based on Vehicle Amount and Luminance Inside/Outside Tunnel: A Case Study on Jiudingshan Extra-long Tunnel on Chuxiong-Dali Expressway

BAO Xuejun1, LYU Xiaofeng2,*, XIA Qian2, SHI Lingna3

(1.YunnanBroadvisionEngineeringConsultants,Kunming650011,Yunnan,China; 2.HefeiYuanhuiOptoelectronicCo.,Ltd.,Hefei230041,Anhui,China; 3.TrafficEngineeringandEnergy-savingDepartment,ChinaMerchants

ChongqingCommunicationsTechnologyResearch&DesignInstituteCo.,Ltd.,Chongqing400067,China)

Abstract:The traffic characteristics of Jiudingshan Tunnel on Chuxiong-Dali Expressway are described; the theoretical reference of the adjustment of energy conservation of lighting system of the tunnel is presented. The mathematical model with stepless dimming system of the expressway tunnel is proposed; and then the structure of the stepless dimming system is established. Comparison and contrast is made between conventional dimming system and stepless dimming system in terms of power supply. The results show that by using stepless dimming system, 32.6% energy can be saved compared to the conventional dimming system.

Keywords:extra-long expressway tunnel; lighting system; stepless dimming system; vehicle amount variation; luminance variation outside tunnel

中圖分類號(hào)：U 453.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-741X(2016)02-0143-07

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.02.004

作者簡(jiǎn)介：第一 鮑學(xué)俊(1973—)，男，云南香格里拉人，1996年畢業(yè)于西安公路交通大學(xué)，工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)與研究工作。E-mail: 743392965@qq.com。*通訊作者: 呂曉峰, E-mail: hefeiyh@126.com。

收稿日期：2015-08-17; 修回日期: 2015-11-02