淺談隧道照明智能控制方式

馬俊

摘 要：隧道照明是隧道運(yùn)營的重要組成部分，既是隧道安全運(yùn)營的保證，又是隧道運(yùn)營電能損耗的主要負(fù)載。如何在運(yùn)營安全和減能降耗之間做出平衡，本文從隧道照明控制方式的角度，討論隧道照明智能控制系統(tǒng)在保證運(yùn)營安全的情況下，實(shí)現(xiàn)隧道運(yùn)營節(jié)能減排，并提高司乘人員視覺舒適度。

關(guān)鍵詞：智能控制;無級(jí)調(diào)光;變色溫

中圖分類號(hào)：U453.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）01-0028-02

隧道照明的目的是為了保證車輛能夠舒適、安全地通過隧道，因此隧道照明是隧道運(yùn)營的重要組成部分。但是，由于隧道照明的重要性，隧道照明燈具需要長時(shí)間開啟，這就造成隧道運(yùn)營期間的電能損耗較大。雖然目前已廣泛使用LED節(jié)能燈具，采用傳統(tǒng)照明控制方式仍存在過度照明的情況，還存在節(jié)能的空間。本文從照明控制方式的角度，討論隧道照明在運(yùn)營安全和減能降耗的平衡點(diǎn)，確保在安全運(yùn)營的情況下，實(shí)現(xiàn)隧道運(yùn)營節(jié)能減排[1]。

1 分級(jí)調(diào)光控制方式

根據(jù)規(guī)范《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01-2014）中的規(guī)定，隧道加強(qiáng)照明應(yīng)根據(jù)洞外亮度和交通量變化，進(jìn)行入口段、過渡段和出口段的調(diào)光方案，具體調(diào)光分級(jí)組合如表1。

由表1可知，加強(qiáng)照明調(diào)光分級(jí)主要分為4級(jí)。雖然根據(jù)不同的季節(jié)和天氣對(duì)照明進(jìn)行的調(diào)節(jié)，但仍存在過度照明的情況。例如夏季晴天，設(shè)計(jì)過程中，洞外亮度結(jié)合洞口朝向和天空占比進(jìn)行取值，洞外亮度的取值一般為3000cd/m2～ 4000cd/m2;實(shí)際運(yùn)營中，洞外亮度按照3000cd/m2～4000cd/m2設(shè)定，但早晨和傍晚的洞外亮度應(yīng)小于正午的洞外亮度，這就導(dǎo)致采用分級(jí)調(diào)光控制，早晨和傍晚的設(shè)置亮度大于實(shí)際需求，造成過度照明，產(chǎn)生電能的浪費(fèi)。由此可見，在傳統(tǒng)分級(jí)調(diào)光控制的基礎(chǔ)上仍有節(jié)能的空間。

2 無級(jí)調(diào)光控制方式

無級(jí)調(diào)光控制通過檢測隧道洞外亮度，對(duì)洞內(nèi)LED的加強(qiáng)照明燈具亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)無級(jí)調(diào)光;早晨控制器自動(dòng)開啟加強(qiáng)照明燈具，其后入口各段照明強(qiáng)度就隨著洞外亮度的增加而漸漸加強(qiáng)，午后又會(huì)隨著太陽的偏西而漸漸減弱，直至關(guān)閉。對(duì)于洞內(nèi)的基本照明，白天可使其接近滿功率工作，下半夜可根據(jù)規(guī)范要求將功率同步減半[2]。

無級(jí)調(diào)光控制從基本照明、加強(qiáng)照明提出了公路隧道LED燈無級(jí)調(diào)光控制應(yīng)用方案，分為加強(qiáng)照明控制和基本照明控制。

2.1 基本照明控制

公路隧道內(nèi)基本照明燈工作時(shí)間長，需要24小時(shí)持續(xù)工作。根據(jù)這一特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)基本照明亮度時(shí)考慮了足夠的冗余量。為避免過度照明造成電能浪費(fèi)，同時(shí)減小LED燈光衰，延長LED光源和驅(qū)動(dòng)電源使用壽命，在實(shí)際運(yùn)營時(shí)，可將基本照明的功率設(shè)定在額定功率的80%（該值應(yīng)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)確定）[3]。

2.2 加強(qiáng)照明控制

公路隧道加強(qiáng)照明燈早晨開啟和晚上關(guān)閉的時(shí)間以及燈具開啟后的亮度調(diào)節(jié)均由無級(jí)調(diào)光控制器完成?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)洞外亮度檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算分析后，控制LED燈的輸出功率。這種自動(dòng)跟蹤洞外亮度，調(diào)節(jié)洞內(nèi)亮度的照明方式，有效避免了過度照明，實(shí)現(xiàn)了按需照明的目標(biāo)，最大限度地節(jié)約了電能。具體控制方式如下：

白天（6：00-17：00）：基本照明+加強(qiáng)照明（加強(qiáng)照明根據(jù)亮度要求進(jìn)行調(diào)節(jié)）;

夜間（17：00-23：00）：基本照明;

深夜（23：00-次日6：00）：基本照明（可適當(dāng)調(diào)低燈具功率）;

在發(fā)生火災(zāi)情況下：開啟所有照明回路。

2.3 控制原則

光強(qiáng)度檢測器的檢測周期小于30秒;照明控制周期大于10分鐘;深夜的判斷依據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)間，加強(qiáng)段亮度依據(jù)光強(qiáng)能檢測值確定（早上6點(diǎn)后開啟檢測，達(dá)到闕值開啟加強(qiáng)照明;下午4點(diǎn)半后檢測達(dá)到闕值關(guān)閉加強(qiáng)照明），使司乘人員出隧道無明顯的不適應(yīng)感。為防止值班人員的誤操作關(guān)閉隧道內(nèi)某一區(qū)段的所有照明燈具引起隧道“黑洞”，基本和應(yīng)急照明始終是開啟的;只有在維修狀態(tài)時(shí)，能夠關(guān)閉。具體控制原則可根據(jù)建設(shè)單位要求及實(shí)際使用情況進(jìn)行調(diào)整。

無級(jí)調(diào)光控制又可細(xì)分為人工無級(jí)調(diào)光控制法、實(shí)時(shí)無級(jí)調(diào)光控制法、時(shí)序無級(jí)調(diào)光控制法三種。

2.3.1 人工無級(jí)調(diào)光控制法

人工照明回路控制是通過公路隧道照明監(jiān)控軟件完成，公路隧道管理人員可根據(jù)交通量、平均車速的變化等實(shí)際情況，修改公路隧道入口段亮度折減系數(shù)（k），以此實(shí)現(xiàn)基于洞外亮度、交通量和平均車速的動(dòng)態(tài)無級(jí)調(diào)光控制。此外，公路隧道內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)一旦得到確認(rèn)，公路隧道管理人員需立即下達(dá)“將隧道內(nèi)所有照明設(shè)備開啟到最大程度”的指令。

2.3.2 實(shí)時(shí)無級(jí)調(diào)光控制法

白天采用實(shí)時(shí)無級(jí)調(diào)光控制，即根據(jù)實(shí)測的公路隧道洞外亮度值，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)LED燈照明亮度，以滿足駕駛員適應(yīng)公路隧道內(nèi)外亮度差異的需要。入口段亮度折減系數(shù)k值一旦確定便不再頻繁變化，公路隧道管理人員可根據(jù)交通量的變化進(jìn)行修正。調(diào)節(jié)洞內(nèi)照明亮度時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲，以避免在臨界狀態(tài)下過于頻繁的轉(zhuǎn)換，延遲時(shí)間取5～10min為宜。當(dāng)無級(jí)調(diào)光控制器發(fā)生故障時(shí)，LED燈應(yīng)全部開啟到最大程度。

2.3.3 時(shí)序無級(jí)調(diào)光控制法

進(jìn)入夜晚（如00：00～08：00），實(shí)時(shí)調(diào)光控制轉(zhuǎn)入時(shí)序調(diào)光控制狀態(tài)，即根據(jù)交通量大小分為夜間（上半夜）控制和深夜（下半夜）控制，無級(jí)調(diào)光控制器根據(jù)時(shí)間將基本照明燈具的功率同步控制至額定功率的一定比例（如50%）。此外，時(shí)序控制也可以作為光亮度檢測設(shè)施出現(xiàn)故障的情況下的轉(zhuǎn)入執(zhí)行控制法，這與傳統(tǒng)時(shí)序配電回路控制類似，即將洞外亮度值按日、周、月、年實(shí)測得到的規(guī)律值輸入照明監(jiān)控計(jì)算機(jī)，用以調(diào)控洞內(nèi)照明亮度。

當(dāng)公路隧道火情確認(rèn)無誤后，無論照明現(xiàn)狀如何，在照明控制系統(tǒng)沒有失效的前提下，應(yīng)將公路隧道內(nèi)所有照明燈具開啟到最大程度，以利于人員車輛疏散和火災(zāi)撲救。

3 變色溫調(diào)光控制方式

變色溫調(diào)光控制是在無級(jí)調(diào)光控制的基礎(chǔ)上，增加了變色溫調(diào)光的控制功能，更好地提高司乘人員視覺舒適度。

根據(jù)檢測到的洞內(nèi)外光亮、色溫?cái)?shù)據(jù)、交通量變化以及白天、黑夜等情況，控制隧道的照明系統(tǒng)，調(diào)節(jié)隧道入、出口加強(qiáng)照明燈具的亮度和色溫。

參照?qǐng)D1，可以確定其各個(gè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)的色溫，再按洞外色溫越高，洞內(nèi)燈具色溫也越高的原則。

根據(jù)色溫變化情況，將隧道內(nèi)色溫分為六級(jí)進(jìn)行調(diào)控，每級(jí)色溫調(diào)控時(shí)間小于0.2s，在接近每一級(jí)的色溫?cái)?shù)值均可作為所接近級(jí)數(shù)進(jìn)行處理，具體為：一級(jí)：色溫為2750～3250K，按3000K調(diào)控;二級(jí)：色溫為3250～3750KK，按3500K調(diào)控;三級(jí)：色溫為3750～4250K，按4000K調(diào)控;四級(jí)：色溫為4250～4750K，按4500K調(diào)控;五級(jí)：色溫為4750～5250K，按5000K調(diào)控;六級(jí)：色溫為5750～6250K，按6000K調(diào)控。

4 結(jié)語

目前，隧道智能調(diào)光技術(shù)已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于公路隧道中，尤其是無級(jí)調(diào)光控制技術(shù)，這種控制技術(shù)不僅可以在前期降低線纜的投資，后期運(yùn)營過程中也能做到按需照明、節(jié)能減排。變色溫調(diào)光技術(shù)尚未在全國范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)楝F(xiàn)行規(guī)范中尚未對(duì)于色溫的調(diào)控進(jìn)行明確要求，色溫的調(diào)控沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，下一步需對(duì)變色溫調(diào)控的策略提出標(biāo)準(zhǔn)和要求，從而能夠推廣變色溫調(diào)光技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國交通運(yùn)輸部[S].公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則（JTG/T D70/2-01-2014）.2014：37-40.

[2] 周建，呂曉峰，楊洋.公路隧道LED燈照明系統(tǒng)無級(jí)調(diào)光控制方式研究[J].城市照明，2012（2）：25-27.

[3] 胡江碧，馬文倩.基于駕駛視認(rèn)需求的隧道入口段光環(huán)境研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（4）：464-469.