智能調光系統在高速公路隧道照明控制中的具體應用

吳江潦

（望城經開區建設開發公司，湖南 長沙 410200）

0 引 言

隨著照明燈具和工業控制技術的不斷革新，公路隧道照明控制系統日漸趨于智能化、高節能等方向發展，公路隧道智能調光自動控制也逐漸成為主流的控制方法[1-3]。

1 公路隧道照明智能調光系統的設計思路

1.1 隧道照明區段劃分

基于隧道內的視覺適應，公路隧道內的照明是依據不同的區段、時段、氣候條件和交通運營情況所需的照明要求對每個區段設置相應的照明方案。我國的隧道照明區段參照國際照明委員會的劃分，分為接近段、入口段、過渡段、中間段和出口段，各照明段亮度與長度都有不同的要求，其關系如圖1所示[4]。

圖1 各照明段區段劃分

1.2 隧道照明節能方法選擇

現行隧道照明節能的方法有如下7種，（1）改善照明燈具的效能；（2）提高洞外亮度的測量精度；（3）應用智能調光系統；（4）合理設計燈具的分布情況；（5）減少接近段光線強度；（6）調高洞內能見度；（7）改善路面以及洞壁的反射系數。公路隧道智能調光控制系統依據隧道內采集的亮度、車速、車流量和可見度等參數，經智能算法綜合計算后，形成具體控制策略交由控制器完成各個照明燈具的調節，使洞內的照明亮度與駕駛人員的適應曲線相匹配，故在節能和照明效果上優于其他的控制方法。相比于傳統的照明燈具，LED燈擁有節能、耐用、良好的無極調光和快速啟動性能，已成為智能調光自動控制首選照明工具。

2 智能調光的控制系統總體設計

2.1 LED照明控制策略判定

公路隧道LED照明總體控制方案如圖2所示。控制系統由3種控制方案組成，即手動控制方法、時序控制方法及自動實時控制方法。手動控制方案由前臺操作完成，一般用于隧道內調試和緊急狀態使用。時序控制方案是自動實時控制方法的一種補充。本系統對自動實時控制方法的調整響應進行評估，當檢測裝置和燈具出線損壞時，在一定設定時間內隧道內的亮度無法調整到系統認定的合理范圍內，系統將在異常區段運行時序控制方案，并向控制中心提示報警，確保隧道內車輛的安全行車。

2.2 LED無級調光控制模式

隧道LED照明智能化自動實時控制模型如圖3所示。隧道內外亮度、隧道內交通量、隧道內車速、隧道內可見度以及預留其他可能的變量作為整個控制系統的輸入條件。其中，隧道外亮度即接近段亮度，采用數碼相機法分多點檢測，隧道內交通量與車速由對應的檢測器檢測，隧道內可見度由能見度檢測器獲取。通過各區段照明要求綜合算法輸出對隧道各區段的亮度控制需求，然后控制策略結合反饋及相關因素判斷智能調光系統的調節方案，最后LED無級調光系統執行燈具的亮度調整。各段的亮度檢測實時反饋至控制策略處，實現對入口段、過渡段、中間段及出口段的LED燈具照明的閉環控制。

圖2 隧道LED照明總體控制方案

2.3 照明控制網絡系統的構建

工業以太網具有傳輸距離遠、傳輸速率快、適應環境惡劣和抗干擾要求高的通信場合等特點，是隧道照明通信優選方案。本系統通信采用SMIATIC NET工業以太網技術，用于管理層和現場層的控制器之間或控制器與PC之間的通信。智能化照明控制設備組網總共分為3層，即網絡層、控制層及現場層。光纖通信系統、服務器、控制中心和以太網交換機構建總體網絡上層結構，PLC控制器與太網交換機組成控制層，現場檢測設備、LED照明設備組成現場層。

3 智能調光系統在公路工程中的應用

本文以某段高速公路的智能調光系統應用為例進行分析介紹，在進行工程擴建過程中，隧道照明系統進行相應的升級和調整，確保隧道內的照明條件能夠滿足相應的國家要求。為了實現這一目的，技術設計人員需要對隧道內的照明設備進行相應的更新換代，實現照明系統可以按照需求進行調整。如果只是對燈具進行降低功率，收到的效果甚微。在智能調光系統的應用過程中，系統中的監測設備對隧洞外的光照強度、隧道內車流量、車速和能見度進行實時監測，如果某時段無車輛通過，照明系統會自動進入節能模式，將照明設備的功率降到最低，實際功率降到額定功率的20%左右；如果有車輛通過隧道，但是車輛較少，功率將提升至40%～60%；當車流量較大時，控制系統將進入正常工作模式，燈具亮度最大，實際功率接近額定功率。最終，工程擴建采用智能調光系統。對系統進行運營測算，結果如下。（1）傳統照明設備在能源消耗方面比智能調光系統高出近60%，存在嚴重的能源浪費現象；（2）對LED照明亮度實行智能無級控制比分級控制的同類燈具更節能40%[5]。

圖3 隧道LED照明智能化自動實時控制模型

4 結 論

高速公路隧道照明系統主要是利用智能控制來實現節能降耗和減少交通事故發生的頻率。實際應用時，可利用照明智能控制系統來實現對燈具亮度的調節，同時還使用應急照明系統來充分保障隧道內光照的持續，進而實現節能降耗和減少交通事故發生的可能。