智慧公路隧道照明控制技術(shù)研究

劉宸雨

西安城市照明管護(hù)中心，陜西 西安 710000

0 引言

在公路隧道建設(shè)過程中，需要對(duì)隧道內(nèi)的照明設(shè)施進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和規(guī)劃，保證其能夠滿足人們的出行需求，同時(shí)需對(duì)隧道內(nèi)的照明控制技術(shù)加以研究，確保其具有良好的可控性，從而有效提升公路隧道的安全性。在具體施工中，還應(yīng)針對(duì)不同的區(qū)域環(huán)境，采取相應(yīng)的控制措施，并結(jié)合實(shí)際的工程情況，制訂科學(xué)的、符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的方案，以實(shí)現(xiàn)智能化的管理模式，進(jìn)而提高公路的整體質(zhì)量，為人們提供一個(gè)更加舒適的交通生活空間。

1 隧道照明系統(tǒng)的燈具類型

（1）白熾燈。白熾燈在我國的應(yīng)用范圍比較廣泛，主要用于公路隧道中，種類繁多，但是其價(jià)格較高，且使用壽命較短，在實(shí)際的安裝過程中，需要對(duì)其進(jìn)行有效的控制和管理。

（2）熒光燈。熒光燈是一種新型節(jié)能燈具，其在公路隧道照明系統(tǒng)中的主要作用是通過光的照射來實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道的照明，還可以起到美化公路環(huán)境的效果。傳統(tǒng)熒光燈主要運(yùn)用電力電子器件的開關(guān)來控制，使其達(dá)到照明的目的。

（3）低壓鈉燈。對(duì)于一些比較特殊的公路隧道，需要在隧道的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)低壓鈉燈，并且在隧道的兩端分別安裝高壓鈉燈，以起到一定的節(jié)能效果。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，以合理調(diào)節(jié)和控制照明的亮度和時(shí)間，保證其達(dá)到最佳的效果和標(biāo)準(zhǔn)。

（4）高壓鈉燈。高壓鈉燈具有高光輸出、高霧透性、性能穩(wěn)定、使用壽命長和品種多樣等優(yōu)勢(shì)，是隧道照明中常見的光源。但由于起步緩慢、閃爍強(qiáng)度高、溫度易升高、功耗高、噪聲大等缺點(diǎn)，高壓鈉燈必須配備鎮(zhèn)流器。傳統(tǒng)晶體管耗電量大，影響其使用的安全性。因此，在使用高壓鈉燈時(shí)，通常采用電子晶體管和節(jié)能晶體管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的晶體管。

（5）無極燈。無極燈又被稱為電磁感應(yīng)燈，其融合了電子等離子體、磁性材料等領(lǐng)域的最新科技成果。這種光源和傳統(tǒng)光源的最大區(qū)別在于它沒有電極，壽命長，光電平低，高效節(jié)能。用電磁感應(yīng)電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高壓鈉燈，可以大大減少光的消耗，保證隧道內(nèi)的光性能。此外，無電極燈泡是一種非常耐用的光源，可以縮短燈泡的更換和維護(hù)時(shí)間，降低管理和維護(hù)成本，降低照明運(yùn)行成本.

（6）LED燈。LED是一種新型節(jié)能光源，目前應(yīng)用非常普遍。與傳統(tǒng)光源相比，LED具有壽命長、易控制、光學(xué)反沖高的優(yōu)點(diǎn)。研究結(jié)果表明，LED在隧道照明中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢(shì)。其原理是通過半導(dǎo)體器件將光能轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)由電力電子線路供電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)照明的智能控制[1]。

2 隧道照明系統(tǒng)的控制方式

2.1 人工手動(dòng)控制

工作人員在控制室內(nèi)需要根據(jù)不同的環(huán)境和情況采取相應(yīng)的控制措施，以達(dá)到更好的效果。在具體設(shè)計(jì)過程中，需合理設(shè)置隧道內(nèi)的照明燈具的安裝位置，盡可能避免駕駛員出現(xiàn)眩光現(xiàn)象，同時(shí)應(yīng)該保證燈具的亮度均勻，從而有效提高隧道內(nèi)的光照度，提升隧道的照明水平，保證隧道內(nèi)相關(guān)人員的安全。在進(jìn)行隧道洞口的設(shè)置時(shí)，應(yīng)考慮洞口的朝向、寬度，洞門的大小等因素，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)洞門的方向、高度，開關(guān)的數(shù)量等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而選擇合適的燈具。

2.2 自動(dòng)化控制

自動(dòng)化控制分為分時(shí)序控制與分級(jí)控制。分時(shí)序控制主要根據(jù)實(shí)時(shí)采集的隧道洞內(nèi)外亮度、交通量、交通工況等參數(shù)進(jìn)行控制，分時(shí)段按照預(yù)設(shè)的組合回路進(jìn)行控制。分時(shí)序控制具有程序化控制特點(diǎn)，且光源不需要調(diào)光。分級(jí)控制則根據(jù)實(shí)時(shí)采集的參數(shù)分亮度或級(jí)別按照預(yù)設(shè)組合回路實(shí)現(xiàn)控制。以上兩種控制形式常用高壓鈉燈或LED照明實(shí)現(xiàn)控制[2]。

2.3 智能控制

智能控制能夠進(jìn)行分級(jí)調(diào)光和無極調(diào)光。分級(jí)調(diào)光根據(jù)不同季節(jié)、交通量、隧道內(nèi)外亮度等參數(shù)進(jìn)行控制，時(shí)序分級(jí)按照組合回路和光源調(diào)光進(jìn)行控制。無極調(diào)光則根據(jù)以上參數(shù)利用回路、光源等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)光，達(dá)到無極調(diào)光控制模式。以上兩種方式均能夠?qū)崿F(xiàn)按需照明，有效突出了節(jié)能理念，達(dá)到理想的調(diào)光目標(biāo)，常用于LED照明控制。

2.4 組合控制

組合控制方式主要包含了手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、智能控制等三種方式的組合，通過組合方式能夠擴(kuò)大隧道照明控制技術(shù)的適用范圍，增強(qiáng)隧道照明的實(shí)用性。

3 隧道照明系統(tǒng)的調(diào)光策略

為了保證隧道內(nèi)的照明質(zhì)量，需要在隧道內(nèi)安裝調(diào)光裝置。在調(diào)光時(shí)，可以根據(jù)不同的環(huán)境和亮度選擇適合的燈光類型。常用的LED燈應(yīng)用方法有兩種，一種是利用電弧放電，另一種是將其與半導(dǎo)體發(fā)光二極管相連接，從而組成電路系統(tǒng)[3]?！豆匪淼勒彰髟O(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01—2014）規(guī)定，可以將一條隧道劃分成入口段、過渡段、中間段和出口段，分別有相對(duì)應(yīng)的亮度值，如圖1所示。

圖1 隧道照明亮度分段圖

4 隧道照明系統(tǒng)的需求分析及其方案設(shè)計(jì)

4.1 需求分析

隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響駕駛員的行車安全和舒適度，因此在進(jìn)行隧道照明設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮隧道的照明需求。在實(shí)際的施工中，需根據(jù)具體的情況來選擇合適的燈具，如采用LED、電子光顯像管等。目前，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來越高，在燈具的選型上也提高了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，需盡可能選用節(jié)能環(huán)保的光源。對(duì)于一些特殊的區(qū)域還應(yīng)設(shè)置專門的應(yīng)急照明，這樣不僅能夠保證隧道的正常運(yùn)營，還能減少因突發(fā)事故而造成的人員傷亡問題，減少不必要的損失。為了確保隧道內(nèi)的照度，還應(yīng)采取有效的措施來保障隧道外的照明亮度。例如，在隧道外的通道處安裝一個(gè)光電傳感器，當(dāng)隧道內(nèi)有較亮的暗光時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)，并將其傳遞給控制器，然后通過限幅開關(guān)的作用將信號(hào)發(fā)送至前方的指示器，由控制器將信號(hào)傳遞給前視墻[4]。

4.2 整體方案

隧道內(nèi)設(shè)置的照明燈具應(yīng)滿足以下要求：（1）燈具的布置應(yīng)盡量與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)；（2）燈具的安裝位置應(yīng)保證與隧道的結(jié)構(gòu)相一致，并能使其具有良好的通風(fēng)效果。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行合理布局和科學(xué)規(guī)劃，同時(shí)應(yīng)考慮隧道內(nèi)的其他設(shè)施，如通道的寬度等[5]。根據(jù)以上分析，考慮到在隧道中情況比較復(fù)雜，需要確保指令可以準(zhǔn)確發(fā)送，因此選擇有線的RS485作為通信方式。隧道洞內(nèi)和洞外的環(huán)境檢測(cè)模塊，需要讀取當(dāng)前環(huán)境亮度值、色溫值、溫度值、濕度值、車流量值等信息，現(xiàn)場工控機(jī)作為數(shù)據(jù)處理核心會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將洞內(nèi)的亮度數(shù)據(jù)和按照細(xì)則處理后的洞外亮度數(shù)據(jù)作為閉環(huán)控制的2個(gè)輸入?yún)?shù)，將閉環(huán)控制系統(tǒng)處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的命令碼發(fā)送到調(diào)光模塊中。調(diào)光模塊接收到命令后，取出所需要的結(jié)果值對(duì)燈具進(jìn)行具體的調(diào)節(jié)，從而保證調(diào)整后的燈具亮度滿足實(shí)際需求。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)論

文章通過對(duì)智慧公路隧道的研究與分析，提出如下建議：（1）在設(shè)計(jì)前，需對(duì)所需要的材料、施工規(guī)范等進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，根據(jù)實(shí)際情況制訂合理的設(shè)計(jì)方案；在進(jìn)行具體的方案論證時(shí)，要充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件；（2）在具體安裝調(diào)試過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，避免出現(xiàn)漏裝或超標(biāo)現(xiàn)象；（3）在施工期間應(yīng)該做好安全防護(hù)措施，確保施工人員的安全。此外，可以利用現(xiàn)有的科技手段，將電子信息與傳感器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化控制，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。