高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)研究

摘要：隨著我國經濟飛速發(fā)展，公路交通規(guī)模不斷擴大，隧道數(shù)量也隨之增多。高速公路隧道照明系統(tǒng)除了要為駕駛員提供舒適的燈光環(huán)境，還要節(jié)省運營開支。當前高速公路普遍缺乏節(jié)能控制系統(tǒng)，因此提供照明功能的同時降低隧道運營開支是隧道照明系統(tǒng)研究建設中的重要課題，實現(xiàn)高速公路隧道照明節(jié)能控制對節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：高速公路隧道；照明系統(tǒng)；節(jié)能減排；系統(tǒng)控制；公路交通 文獻標識碼：A

中圖分類號：U453 文章編號：1009-2374（2016）02-0087-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.043

公路交通正隨著經濟發(fā)展與社會進步不斷擴大著自身規(guī)模，近幾年，憑借施工技術不斷進步與勘察設計理念日益成熟，我國公路隧道工程建設也邁向了一個新的臺階。據(jù)不完全統(tǒng)計，近十年以來，公路橋梁隧道渡口里程總長度已經達到512.2551萬米，已建成通車的隧道多達7384處，短隧道4544處、中隧道1357處、長隧道1218處、特長隧道265處（如圖1所示）。其中秦嶺終南山公路隧道長度達到18.02公里，被譽為“亞洲第一”。

圖1 近十年我國公路隧道渡口里程統(tǒng)計圖

通過上述數(shù)據(jù)可知，公路隧道現(xiàn)今已成為我國實現(xiàn)快捷、安全、高速運輸?shù)闹匾O施，并作為實現(xiàn)環(huán)境交通友好型的核心措施，在我國現(xiàn)代化交通運輸發(fā)展與進步中起著不可撼動的作用。

1 國內外高速公路隧道照明系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀50年代，國外就開展了公路隧道照明技術的研究，至今已有六十余年。諸多國家經過不斷的探索與創(chuàng)新，其高速公路隧道照明技術已經相當成熟。當時間發(fā)展至現(xiàn)代，國外發(fā)達國家隧道照明系統(tǒng)漸漸從高科技智能向可持續(xù)人性化方面發(fā)展。僅東歐各國，高速公路隧道已經普遍開始使用“二次配光”和“逆光照明”技術。在充分利用光源的同時，節(jié)約了電力能源與照明工具等資源。在照明工具選擇上，歐美等發(fā)達國家摒棄了高壓鈉燈，轉而使用光纖維隧道燈、電子感應無極燈等新型設備。

1.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀

國內隧道照明系統(tǒng)發(fā)展起步較晚，雖然當前時代下，我國公路隧道發(fā)展勢頭十分迅猛，但依舊比不上國外成熟的技術與理念。差距不僅表現(xiàn)在技術與經驗上，基礎性的工程建設也存在一定的不足。我國于2000年1月頒布了《公路隧道通風照明設計規(guī)范》，詳細規(guī)定了隧道調光分級、光源分級、總均勻度以及燈具布置等。但是由于最近幾年電能資源浪費極為嚴重，有關部門已經開始廣泛關注隧道照明系統(tǒng)節(jié)能設計問題。我國在深入研究理論的同時，在高速公路隧道建設中也運用了相應的節(jié)能設計，例如廣東龍頭山隧道、河北司馬臺隧道、安徽前家山隧道等已先后將LED燈與無極調光技術應用于公路隧道照明中。

1.3 高速公路隧道照明發(fā)展趨勢

高速公路隧道照明質量影響著行車安全，多年以來，高速公路隧道建設者們一直將照明質量作為工程設計的核心內容與研究重點，卻忽視了能源浪費問題。因此，我國現(xiàn)階段高速公路隧道照明系統(tǒng)在保證行車安全的前提下，進行節(jié)能降耗設計是公路隧道照明系統(tǒng)發(fā)展的必然要求，人性化、經濟化、科學化是照明技術發(fā)展以及社會發(fā)展的必然趨勢。

2 高速公路隧道照明系統(tǒng)設計方案

2.1 高速公路隧道照明系統(tǒng)的特點

高速公路大體上是半封閉空間，空間內部由特殊管狀結構構成。這種設計容易造成隧道內外交通環(huán)境差別過大，導致車輛通過隧道時產生明暗交替，影響行車視覺。所以，以隧道通行安全性與運行環(huán)境舒適性為前提，高速公路隧道設計過程中需要綜合考慮影響照明質量的因素，例如閃爍現(xiàn)象、亮度均勻、視覺特效、路面亮度等。根據(jù)國際照明委員會規(guī)定，高速公路隧道在設計過程中需要考慮到駕駛員的暗適應、明適應能力。因此可以將隧道照明分為五個部分：接近段、入口段、過渡段、中間段、出口段。如圖2所示：

2.2 高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能設計要求

2.2.1 接近段設計。接近段作為接近隧道洞口的一段道路，主要起到對駕駛員視覺初步調解作用。接近段空間亮度接近洞外亮度，所以不需要設置照明。一般情況下，接近段路基兩側會種植大量樹木或設置百葉天棚、斷墻洞口等減光措施。該設計目的在于減弱“黑洞”效應，節(jié)省能源。

2.2.2 入口段設計。高速公路隧道洞口第一段路便是入口段，該路段光照設計目的在于消除“黑洞”效應對駕駛員的影響，避免交通事故的發(fā)生，并起到一定優(yōu)化節(jié)能作用。根據(jù)《公路隧道通風照明設計規(guī)范》規(guī)定K值計算法計算亮度，即：

Lth=L20（S）·K

2.2.3 過渡段設計。車輛經過入口段后，隧道照明亮度便會漸漸降至中間段照明水平，這個過程中照明由亮變暗的區(qū)域被稱為過渡段。過渡段照明設計目的在于幫助駕駛員適應較低亮度，克服“適應滯后”效應。根據(jù)《公路隧道通風照明設計規(guī)范》規(guī)定，過渡段共有TR1、TR2、TR3三段，過渡段長度根據(jù)隧道設計最高時速，并依照CIE適應曲線函數(shù)進行計算，即：

Ltr=Lth*（1.9+t）-1.4

2.2.4 中間段設計。高速公路隧道最長的一段道路即為中間段，駕駛員經過之前三段道路后已經完全適應隧道內照明程度，所以中間段照明為基本照明。《公路隧道通風照明設計規(guī)范》規(guī)定高速公路隧道中間段最低亮度要求為2.5cd/m2。一般情況下，中間段照明亮度設計按表1設計取值即可。

2.2.5 出口段設計。出口段作為高速公路隧道最后一段道路，通過該路段適應時間較短，所以在出口段照明設計上應以消除“白洞”效應為主。根據(jù)《公路隧道通風照明設計規(guī)范》相關規(guī)定，出口段亮度應為中間段照明亮度5倍，長度取值60m。

3 高速公路隧道節(jié)能控制系統(tǒng)設計

3.1 主程序設計

高速公路隧道節(jié)能控制系統(tǒng)設計核心在于為車輛提供按需照明，并以此為基礎，實現(xiàn)高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能控制。具體流程為：開啟主程序并進行開機自檢，排除組件故障，在系統(tǒng)運行正常情況下開始系統(tǒng)初始化；當系統(tǒng)存在異常時，先對系統(tǒng)進行故障修理，并退出主程序。節(jié)能控制系統(tǒng)完成自檢與初始化過程后，即可開始正常運行，主程序將通過脈沖信號預估車輛行駛速度，并運用數(shù)據(jù)云對車輛位置進行模擬，保證系統(tǒng)誤差控制在1%以內，以誤差修正后的車輛位置作為啟動區(qū)域，開始照明調節(jié)，具體流程如圖3所示：

3.2 車輛位置云模擬系統(tǒng)計算

云模擬系統(tǒng)是控制高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能程序的核心部分，程序系統(tǒng)將采集到的車輛位置信息傳至DSP，在車輛位置預估程序完成數(shù)據(jù)處理后，交由TMS320F/28035發(fā)送至繼電器輸入端，從而完成照明控制。高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)車輛位置估計程序具體流程如圖4所示。

3.3 高速公路隧道照明控制程序設計

本系統(tǒng)將繼電器控作為控制核心，通過系統(tǒng)前端所采集到的車輛經過DSP處理后位置數(shù)據(jù)，發(fā)出對應動作控制照明燈具。當接收到的控制信號輸出為低電平時，繼電器將斷開，反之，繼電器則吸合。

4 結語

隨著我國經濟的快速發(fā)展，高速公路隧道數(shù)量日益增多，現(xiàn)代隧道照明系統(tǒng)大多存在能源浪費、無效照明等缺點，因為這些原因所以引發(fā)的隧道運營開支浪費情況有增無減。本文針對高速隧道照明系統(tǒng)資源浪費情況做出了針對性的分析并制定了相應策略，為降低隧道運營成本、提高照明系統(tǒng)工作效率提供了有力保障。在滿足高速公路隧道基本照明需求的同時，保證了隧道依據(jù)車輛行駛實際情況提供必要照明，從而達到了節(jié)能減耗、提高效益的目的。

參考文獻

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作者簡介：李霞（1982-），女，供職于廣西交通投資集團欽州高速公路運營有限公司，研究方向：高速公路管理。

（責任編輯：秦遜玉）