淺談隧道照明智能控制方式

馬俊

摘 要：隧道照明是隧道運營的重要組成部分，既是隧道安全運營的保證，又是隧道運營電能損耗的主要負載。如何在運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在保證運營安全的情況下，實現隧道運營節能減排，并提高司乘人員視覺舒適度。

關鍵詞：智能控制;無級調光;變色溫

中圖分類號：U453.7 文獻標識碼：A 文章編號：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間開啟，這就造成隧道運營期間的電能損耗較大。雖然目前已廣泛使用LED節能燈具，采用傳統照明控制方式仍存在過度照明的情況，還存在節能的空間。本文從照明控制方式的角度，討論隧道照明在運營安全和減能降耗的平衡點，確保在安全運營的情況下，實現隧道運營節能減排[1]。

1 分級調光控制方式

根據規范《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01-2014）中的規定，隧道加強照明應根據洞外亮度和交通量變化，進行入口段、過渡段和出口段的調光方案，具體調光分級組合如表1。

由表1可知，加強照明調光分級主要分為4級。雖然根據不同的季節和天氣對照明進行的調節，但仍存在過度照明的情況。例如夏季晴天，設計過程中，洞外亮度結合洞口朝向和天空占比進行取值，洞外亮度的取值一般為3000cd/m2～ 4000cd/m2;實際運營中，洞外亮度按照3000cd/m2～4000cd/m2設定，但早晨和傍晚的洞外亮度應小于正午的洞外亮度，這就導致采用分級調光控制，早晨和傍晚的設置亮度大于實際需求，造成過度照明，產生電能的浪費。由此可見，在傳統分級調光控制的基礎上仍有節能的空間。

2 無級調光控制方式

無級調光控制通過檢測隧道洞外亮度，對洞內LED的加強照明燈具亮度進行實時無級調光;早晨控制器自動開啟加強照明燈具，其后入口各段照明強度就隨著洞外亮度的增加而漸漸加強，午后又會隨著太陽的偏西而漸漸減弱，直至關閉。對于洞內的基本照明，白天可使其接近滿功率工作，下半夜可根據規范要求將功率同步減半[2]。

無級調光控制從基本照明、加強照明提出了公路隧道LED燈無級調光控制應用方案，分為加強照明控制和基本照明控制。

2.1 基本照明控制

公路隧道內基本照明燈工作時間長，需要24小時持續工作。根據這一特點，在設計基本照明亮度時考慮了足夠的冗余量。為避免過度照明造成電能浪費，同時減小LED燈光衰，延長LED光源和驅動電源使用壽命，在實際運營時，可將基本照明的功率設定在額定功率的80%（該值應根據實測數據確定）[3]。

2.2 加強照明控制

公路隧道加強照明燈早晨開啟和晚上關閉的時間以及燈具開啟后的亮度調節均由無級調光控制器完成。控制系統根據洞外亮度檢測數據，經計算分析后，控制LED燈的輸出功率。這種自動跟蹤洞外亮度，調節洞內亮度的照明方式，有效避免了過度照明，實現了按需照明的目標，最大限度地節約了電能。具體控制方式如下：

白天（6：00-17：00）：基本照明+加強照明（加強照明根據亮度要求進行調節）;

夜間（17：00-23：00）：基本照明;

深夜（23：00-次日6：00）：基本照明（可適當調低燈具功率）;

在發生火災情況下：開啟所有照明回路。

2.3 控制原則

光強度檢測器的檢測周期小于30秒;照明控制周期大于10分鐘;深夜的判斷依據系統實時時間，加強段亮度依據光強能檢測值確定（早上6點后開啟檢測，達到闕值開啟加強照明;下午4點半后檢測達到闕值關閉加強照明），使司乘人員出隧道無明顯的不適應感。為防止值班人員的誤操作關閉隧道內某一區段的所有照明燈具引起隧道“黑洞”，基本和應急照明始終是開啟的;只有在維修狀態時，能夠關閉。具體控制原則可根據建設單位要求及實際使用情況進行調整。

無級調光控制又可細分為人工無級調光控制法、實時無級調光控制法、時序無級調光控制法三種。

2.3.1 人工無級調光控制法

人工照明回路控制是通過公路隧道照明監控軟件完成，公路隧道管理人員可根據交通量、平均車速的變化等實際情況，修改公路隧道入口段亮度折減系數（k），以此實現基于洞外亮度、交通量和平均車速的動態無級調光控制。此外，公路隧道內發生的火災一旦得到確認，公路隧道管理人員需立即下達“將隧道內所有照明設備開啟到最大程度”的指令。

2.3.2 實時無級調光控制法

白天采用實時無級調光控制，即根據實測的公路隧道洞外亮度值，實時調節LED燈照明亮度，以滿足駕駛員適應公路隧道內外亮度差異的需要。入口段亮度折減系數k值一旦確定便不再頻繁變化，公路隧道管理人員可根據交通量的變化進行修正。調節洞內照明亮度時，應考慮適當的時間延遲，以避免在臨界狀態下過于頻繁的轉換，延遲時間取5～10min為宜。當無級調光控制器發生故障時，LED燈應全部開啟到最大程度。

2.3.3 時序無級調光控制法

進入夜晚（如00：00～08：00），實時調光控制轉入時序調光控制狀態，即根據交通量大小分為夜間（上半夜）控制和深夜（下半夜）控制，無級調光控制器根據時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，時序控制也可以作為光亮度檢測設施出現故障的情況下的轉入執行控制法，這與傳統時序配電回路控制類似，即將洞外亮度值按日、周、月、年實測得到的規律值輸入照明監控計算機，用以調控洞內照明亮度。

當公路隧道火情確認無誤后，無論照明現狀如何，在照明控制系統沒有失效的前提下，應將公路隧道內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撲救。

3 變色溫調光控制方式

變色溫調光控制是在無級調光控制的基礎上，增加了變色溫調光的控制功能，更好地提高司乘人員視覺舒適度。

根據檢測到的洞內外光亮、色溫數據、交通量變化以及白天、黑夜等情況，控制隧道的照明系統，調節隧道入、出口加強照明燈具的亮度和色溫。

參照圖1，可以確定其各個時間段對應的色溫，再按洞外色溫越高，洞內燈具色溫也越高的原則。

根據色溫變化情況，將隧道內色溫分為六級進行調控，每級色溫調控時間小于0.2s，在接近每一級的色溫數值均可作為所接近級數進行處理，具體為：一級：色溫為2750～3250K，按3000K調控;二級：色溫為3250～3750KK，按3500K調控;三級：色溫為3750～4250K，按4000K調控;四級：色溫為4250～4750K，按4500K調控;五級：色溫為4750～5250K，按5000K調控;六級：色溫為5750～6250K，按6000K調控。

4 結語

目前，隧道智能調光技術已經越來越多的應用于公路隧道中，尤其是無級調光控制技術，這種控制技術不僅可以在前期降低線纜的投資，后期運營過程中也能做到按需照明、節能減排。變色溫調光技術尚未在全國范圍內得到廣泛應用，主要是因為現行規范中尚未對于色溫的調控進行明確要求，色溫的調控沒有相應的設計標準，下一步需對變色溫調控的策略提出標準和要求，從而能夠推廣變色溫調光技術。

參考文獻

[1] 中華人民共和國交通運輸部[S].公路隧道照明設計細則（JTG/T D70/2-01-2014）.2014：37-40.

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

[3] 胡江碧，馬文倩.基于駕駛視認需求的隧道入口段光環境研究[J].上海交通大學學報，2015（4）：464-469.