公路隧道自動控制節能方案設計

王勇　黃維豪

【摘 要】 公路隧道照明系統是公路隧道機電系統中非常重要的一個組成部分。在全國提倡“節能降耗”的今天，如何降低隧道的能源消耗是運營單位迫切需要解決的問題。本文以此為前提，通過對方案設計前后的數據對比來闡述如何實現節能降耗。

【關鍵詞】 節能降耗 自動控制 隧道管理

1 摘要

為了保證隧道內行車安全，根據國家標準，長度超過100米的公路隧道都必須安裝照明系統。然而在高速公路運營后，卻發現隧道耗電占據了運營成本的很大一部分。廣西六寨至河池段的高速公路（以下簡稱六河路）全長約109公里，共有隧道17座，單幅總長度為13.4公里，每月照明用電量高達43萬元。以六河路的要亮隧道為例：要亮隧道全長0.4公里，平均通行的單邊車流量約為1270輛，平均核算以后約為53輛/小時。但是經過對隧道實際通行車輛的觀測，重型貨車車流大多集中在夜間21點至凌晨7點左右，小型車流基本上集中在上午9：30-11：30和15：40-18：60的時間段，根據車輛通行情況，全天24小時的隧道照明有效使用率僅為40%左右。針對六河高速公路上這一高能耗的照明問題，根據路段的實際通行情況，提出一套較為可行的隧道自動控制節能系統的方案。

2 設計方案

隧道自動控制節能系統的設計方案是圍繞在確保隧道內車輛行車安全，通過有選擇性的進行隧道照明，來實現節約隧道照明用電開支，達到降低運營管理成本的目的。

整個系統主要分為三個部分：車輛感應單元、中央控制單元、隧道照明單元。

2.1 車輛感應單元

車輛感應單元主要是用來判斷在檢測點是否存在車輛通行的信息，它主要分兩個部分：

2.1.1 隧道入口車輛感應模塊

隧道入口車輛感應模塊主要是利用在隧道前方設置車輛檢測器，在感應到車輛后向中央控制單元發送車輛通行的信號。中央控制單元在接收到前方來車的指令后，則根據已設定的模式，向隧道照明單元發送開啟照明的信號，在車輛即將抵達隧道時，開啟隧道內照明。

2.1.2 隧道出口車輛感應模塊

隧道出口車輛感應模塊主要是利用在隧道出口處設置車輛檢測器，在感應到車輛駛離出隧道口后，向中央控制單元發送車輛離開的信號。中央控制單元則向隧道照明單元發送關閉隧道內照明的信號。

車輛檢測器主要是采用紅外線車檢器來獲取車輛通行信息，同時也能順利判斷出該車屬于大型車輛還是小型車輛。

2.2 中央控制單元

中央控制單元的主要功能是接收隧道出入口車輛感應模塊發來的車輛通行信息，并根據這些信息向照明控制單元傳送開啟或者關閉照明的信號。它類似于一臺計算機的中央控制器，按照一定的要求對接收到的信息進行分析處理，并將最終結果發送到被控單元。

（1）隧道入口車輛感應模塊設置點的要求。為了確保在車輛到達時隧道照明能夠正常開啟，按照高速公路隧道通行車輛時速80公里/時計算，給予系統較多的反應時間（6秒-10秒），因此隧道入口車輛感應模塊主要設置在距離隧道入口前方大約150米至200米的范圍。

（2）對多車輛進入隧道的控制要求。入口中央控制單元將從車輛感應單元接收到的車輛通行信息進行分析，根據預先設定的規則，隧道入口車輛感應模塊發來的車輛通行信息具有優先處置權的原則，可以屏蔽從隧道出口車輛感應模塊發來的車輛通行信息，以確保多輛車輛通行隧道時，在第一輛車駛離隧道口后，隧道內照明不熄滅。

中央控制單元采用的是STC89系列的單片機，可以將需要實現的功能通過編程寫入單片機中，通過對信號的捕捉就能實現對照明單元的控制。

2.3 照明控制單元

照明控制單元主要是通過接收中央控制單元發送過來的開啟或關閉照明信號，控制隧道內照明設備的運行。目前六河路采用的照明設備主要是隧道專用LED燈，按照設計的要求，隧道內照明燈具分為以下三種：加強燈、全日燈、應急燈。為確保隧道內基本照明條件，因此，在設計中只對加強燈和全日燈進行控制。

3 方案實施的可行性分析

本設計方案是通過技術改造，在確保隧道內車輛通行正常照明的前提下，采用觸發式照明的原理，通過控制加強燈和全日燈兩組照明電路，實現節約能源，降低企業的管理成本。

整個方案改造簡單快捷，不破壞和變更原來的設備及設計，只在適當的位置通過技術手段，增加信號控制模塊，用于控制兩組照應電路，在信號控制模塊出現故障時，照明電路也可自動回復原照明設計的要求。

加強燈日照功耗為J，全日燈日照功耗為R，應急燈日照功耗為Y，照明使用率為M，照明總功耗為W。

W=（J+R）*M+Y（表1）

通過對要亮隧道改造前后的數據對比不難看出，通過技術改造后的能源消耗只占改造前的能源消耗的44%。雖然改造后的能源消耗還僅僅是一個理論數值，在改造完畢后肯定會出現一定的偏差，但是根據對隧道內照明燈具的核算，數值應該不會差不大。同時由于照明時間的縮短，可以大大延緩LED照明燈的衰減幅度，延長LED的使用壽命。

整個系統改造的成敗關鍵在于如何控制好車輛在進入隧道前開啟照明，以及如何確保同時有多部車輛進入隧道后的燈光照明控制。

4 結語

目前國家提倡“低碳生活”，實際上是為了節約能源和保護環境，我們要用實際行動，從身邊事做起，努力降低能源消耗，提高能源利用率。

參考文獻：

[1]夏迎.《交通行業標準匯編·公路機電工程卷》.人民交通出版社，2008年6月.

[2]張智勇，朱立偉，編著.《高速公路機電系統新技術及應用》，人民交通出版社，2006年1月.

[3]趙忠杰，編著.《公路隧道機電工程》.人民交通出版社，2007年2月.endprint