車行隧道智能照明系統(tǒng)探討

（山西省信息產業(yè)技術研究院有限公司（山西省自動化研究所），山西 太原 030012）

一、引言

一般情況下，公路隧道運營經費中占比最高的是用電費。在當前國家大力推行綠色發(fā)展、節(jié)能減排的態(tài)勢下，隧道內的照明系統(tǒng)如何實現降耗增效就顯得尤為重要。隨著高等級公路的迅速發(fā)展及坑道開挖技術的不斷成熟，我國每年修建的隧道數量都在大幅增加。如此一來，高速公路運營管理單位的運營經費（尤其是隧道運營經費）將不斷增長，嚴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，雖然可通過調節(jié)電源電壓控制燈具亮度，但調節(jié)范圍僅有10%左右，無法滿足按需照明的要求。近年來，LED光源憑借節(jié)能、高效等優(yōu)點，被廣泛應用于公路隧道照明中。全國大部分省份都已經或正在嘗試采用LED光源進行隧道照明，并圍繞燈具亮度調節(jié)開展了相關技術研究，以達到節(jié)約資源的目的。

本文對車行隧道智能照明系統(tǒng)進行了研究，該系統(tǒng)可在無級調光照明基礎上，將隧道長時間無車行駛情況下的照明能耗降至最低，從而延長隧道照明燈具的使用壽命，最大限度地降低隧道的運營成本，促進高速公路運營管理單位實現降本增效的目標。

二、系統(tǒng)設計

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對接收到的光信號進行比較，然后將光信號轉變?yōu)?mA～20mA的標準電流值，再傳給調節(jié)器；車檢器將現場的車流量信息通過GPRS網絡傳送至調節(jié)控制器上。調節(jié)控制器對接收的信息進行運算后，分別輸出兩路0V～5V的直流模擬電信號，其中一路電信號負責調節(jié)控制隧道中部照明燈具的電源電壓和隧道出口側照明燈具的電源電壓，另一路電信號負責調節(jié)控制隧道入口照明燈具的電源電壓。如此一來，LED照明燈具中的驅動電流值會不斷調節(jié)，使得燈具的輸出光通量值和功率值發(fā)生變化，從而實現滿足標準要求且減少能耗的目的。

該系統(tǒng)能夠根據行車量、隧道洞內照度、隧道洞外亮度以及是否有車行駛等參數智能調節(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。當無車輛行駛時，系統(tǒng)會主動調節(jié)電源電壓，使燈具的亮度達到最暗；當有車輛行駛時，系統(tǒng)將根據前端傳感器信息調整燈具亮度，調光的距離在500m～1000m之間；當車輛離開后，系統(tǒng)會延遲一段時間再將燈具調整至節(jié)能狀態(tài)。

公路隧道洞口外亮度儀的光強值與一個系數相乘，就能得到公路隧道入口加強段照明燈具的亮度值。入口段亮度計算公式如下：

Lth=k·L

其中，Lth為隧道入口段光強值，系數k由隧道內行車量和設計行車時速確定，L為洞外亮度儀的光強值，是一項實時變化的值。由于L為自然變量，因此本系統(tǒng)通過判斷隧道洞口外的車流量就可以調整系數k，使得隧道入口加強段的照明燈具亮度實現自動調節(jié)。

如何計算隧道中部基本照明段LED燈的調光功率，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光功率值，N為養(yǎng)護比系數，Km為燈具亮度的變化系數。系統(tǒng)則根據隧道洞內車流量檢測情況來調節(jié)Km，來實現基本照明段燈具的調光功能。

三、系統(tǒng)測試

該系統(tǒng)試運行階段，研究組選取了某地長約4179m的隧道，將其分為7段，每段分別設有一套紅外車檢器和車檢控制箱。控制箱根據是否有車輛行駛決定所控照明段是采用無級調光照明（按需照明）模式，還是采用待機照明（功率在5%～10%之間）模式。車輛進入隧道后，會依次駛入各照明段，且車輛前方至少有1～2個照明段依次調亮；如果系統(tǒng)檢測到后方再無車輛，已行駛過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，確保照明系統(tǒng)在安全運行的前提下實現節(jié)能：

（1）最暗亮度接近應急照明亮度，比國標規(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，也可讓因故滯留的車輛和人員看清周邊路況。

（2）當隧道內有車輛停滯不動時，如后方來車，停滯車輛所在的照明段會自動調亮燈具亮度，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）滯留車輛開始向出口行駛時，初期車速較低，憑借自身車燈及洞內最低維持亮度，可安全行駛到下一個紅外車檢器處，并觸發(fā)系統(tǒng)調高燈具亮度，從而安全駛出隧道。

四、結語

本文對車行隧道智能照明系統(tǒng)的設計進行了詳細敘述，該系統(tǒng)創(chuàng)新性地采用了多點車輛位置檢測，分區(qū)段照明調光的工作模式，在四川省某高速公路隧道投入應用后，實現了來車按需照明，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域，將極大提升高速公路運營管理單位的經營水平，為下一步智慧交通網絡的組建奠定基礎。