隧道LED照明智能控制節能效果分析

高 建 山

(山西省交通信息通信有限公司，山西 太原 030006)

為了保證行車安全，隧道內部必須有足夠的亮度。隧道照明需要耗費大量的電能，為了節約能源，近年來隧道照明選用高亮度低能耗的LED燈具。以往隧道照明控制采用人工控制模式，能耗較高。隨著技術的進步，智能控制模式被應用到隧道照明控制中，可有效節約電能消耗，節能效果好。

1 工程概況

貴州省都勻至安順公路第DAJD-1合同段，設計起訖點樁號為DYK0+053.255～DYK39+090，本合同段共有隧道8 座，其中短隧道2座、中隧道6座，1 000 m以上的隧道2座，隧道內設計車速為80 km/h。為了保證隧道內部照明亮度，通過計算確定隧道引入段、過渡段、中間段、出口段照明燈具的類型、功率和數量。隧道LED照明燈具選用大品牌大功率白光產品，發光效率不低于105 lm/W。LED的色溫范圍應控制在5 000K±500，使用50 000 h光通量衰減不得超過30%。LED燈具輻射小，質量好，單只燈具損壞不會影響其他燈具照明。與其他燈具相比，LED照明亮度大、功率低，為了節約能源，提高運營管理經濟效益，采用智能控制對隧道照明進行控制。

2 隧道照明設計方案

在保證行車安全和舒適性的前提下，根據JTG/T D70/2—01—2014公路隧道照明設計細則和技術標準，根據隧道的位置、地形、地貌等因素，開展隧道照明設計。以牛角寨隧道為例，在對交通量開展預測的前提下，牛角寨隧道內大功率LED燈具設計數量如下：變色溫120 W LED燈具124套、變色溫60 W LED燈具216套、30 W LED燈具566套，橫洞及停車帶用30 W LED燈具61套。誘導燈采用雙面發光帶6個LED燈，共317套，布置斷面如圖1所示。為了在隧道運營后節約用電，提高隧道運營效率，隧道照明管理采用智能控制系統。

3 隧道照明智能控制模式簡介

智能控制可以根據隧道內部的亮度值對隧道照明亮度進行實時調整，LED等級照明亮度不會長時間保持在某一等級，進一步節約能源。尤其在夜間交流量突然增加的情況下，可有效保證行車安全。以往采用的高壓鈉燈亮度調節難度比較大，可調范圍也比較小。如果采用自動控制需要將照明分級，對燈具進行排列組合，通過燈具的組合確定開關數量實現自動控制。然而，高壓鈉燈啟動時間長，頻繁開關也會縮短其使用壽命，所以通常幾個小時才能調節一次。因此，這種控制模式并不能達到真正的實時控制。

以往的照明自動控制僅考慮了隧道內照明亮度，主要是通過分析隧道內部和外部的亮度檢測值，調節隧道內部的照明亮度，使駕駛員能夠盡快適應隧道內部和外部亮度變化，保證行車安全，但沒有考慮交通量、車速等因素的影響。

照度和亮度是隧道照明計算的兩個重要指標，但隧道內路面和障礙物的亮度是影響行車安全的關鍵。為了提高行車安全，在充分考慮隧道內照明亮度、照度、交通量、車速等因素的情況下，采用智能控制系統對隧道照明進行管理，智能控制流程如圖2所示。

將隧道內交通量、車速、隧道外部亮度等變量輸入控制系統，隧道外部亮度通過洞口的數碼相機采集，交通量和車速通過環形線圈檢測器采集。通過既定控制策略算法計算確定隧道內各路段的亮度值，通過智能控制系統實現各路段LED燈具照明的智能無級控制。智能控制系統可以根據隧道的交通情況和洞口天空亮度隨時間的變化情況，確定各參數的更新時間間隔。如果隧道內部交通量變化較大，更新時間間隔就小，以滿足不同交通流的照明要求。如果隧道洞口處的天空亮度隨時間變化率較大，更新時間間隔可適當增大。隧道照明智能控制可以對隧道內部LED照明燈具亮度進行實時調節，節約能源，保證隧道安全、快速、經濟運行。

4 智能控制節能效果分析

4.1 隧道外部亮度測試

隧道外部亮度測試可采用人工收集、在隧道洞外布置攝像機進行收集，用于與其他隧道照明控制模式進行對比分析，隧道外部平均照度測試結果見表1。本試驗采用亮度采集器對隧道外部環境亮度進行測試，測試頻率為每分鐘檢測一次，計算確定每小時的平均照度。由于夜間隧道外部照度為0，所以本次試驗檢測時間段為6點～18點的白天。本次試驗光照度單位為lux，本地試驗時間為9月，6點～7點和17點～18點照度相對較低，中午照度較高。

表1 隧道外部平均照度測試結果 lux

4.2 隧道車流信息測試

文章以牛角寨隧道為研究對象，模擬分析確定車流量和行車速度，統計各時間段車流信息如表2所示。

表2 各時間段車流信息統計表

分析表1,表2試驗數據，隧道外部最大照度11 826 lux，出現在下午13點～14點，隧道內最大車流量出現在10點～11點，為987 veh/h，最大車速為80 km/h。白天車流量較大，夜間相對較少，車速相差不大。

4.3 智能控制節能分析

本試驗亮度采集器布置在距LED燈具3 m左右的位置，白天隧道內部按照《細則》中亮度曲線進行照明，夜間按中間段亮度進行照明，記錄數據作為節能分析的依據。車速按80 km/h，車流量按照實測值對應國家標準的最大值確定。智能控制模式通過對隧道外亮度、車流信息進行分析計算，確定調光信息，調節隧道內部LED燈具的亮度。模擬隧道人工控制和自動控制數據，將智能控制模式的電能消耗與其他兩種模式進行對比分析，三種隧道照明控制模式電能消耗隨時間變化曲線如圖3所示。

分析圖3所示三種隧道照明控制模式電能消耗各時段變化曲線，人工控制模式電能消耗最高，其中早6點～晚18點這個時間段電能消耗最高。自動控制模式和智能控制模式相比，智能控制模式電能消耗相對較低，節能效果良好。人工控制模式一天的電能消耗為48.753 kW·h，自動控制模式為24.610 kW·h，智能控制模式為17.968 kW·h，說明智能控制模式可有效節約電能，節能效果明顯。

5 結語

結合都勻至安順公路牛角寨隧道LED照明設計與施工實踐，對隧道外部亮度、車流信息進行測試，對比進行節能效果分析，得出以下結論：

1)隧道白天車流量大，隧道內部照明電能消耗也較大，夜間車流量小，電能消耗也較少；

2)與隧道照明人工控制模式和自動控制模式相比，人工控制模式一天電能消耗最高，智能控制模式電能消耗最低，說明該模式可有效減少電能消耗，節能效果明顯。