山區(qū)隧道智能型分級光控系統(tǒng)設(shè)計方案研究

李靈愛 陳 蔚（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，400074）

山區(qū)隧道智能型分級光控系統(tǒng)設(shè)計方案研究

李靈愛 陳 蔚
（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，400074）

“眩光”和“黑洞”兩種現(xiàn)象常見于我國公路隧道的行車環(huán)境中，也是隧道事故高發(fā)的重要原因之一。筆者結(jié)合駕駛員隧道行車時的人眼亮度適應(yīng)曲線，對公路隧道照明進(jìn)行智能光控系統(tǒng)設(shè)計，達(dá)到光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)作用，有效消除車輛進(jìn)入隧道或者駛出隧道時出現(xiàn)的不利現(xiàn)象，使得車輛在行車過程中，司機(jī)能夠擁有較為舒適的肉眼識別環(huán)境，從而減少隧道行車交通事故的發(fā)生。

隧道照明；分級光控；系統(tǒng)設(shè)計；

0 引言

公路作為交通運輸?shù)闹饕d體，經(jīng)過近年來的不斷建設(shè)，已逐漸構(gòu)成陸地交通網(wǎng)絡(luò)。對于西部地區(qū)而言，山區(qū)公路網(wǎng)絡(luò)最大的特點是所涵蓋的隧道眾多，由此在公路設(shè)計中不可避免的一個重點就是如何解決隧道行車照明問題。目前，我國公路隧道大多采用簡單的人工控制方式來實現(xiàn)分級照明的效果，這種方式最大的缺陷在于不能連續(xù)調(diào)光，調(diào)節(jié)作用下的隧道內(nèi)光照強(qiáng)度與隧道外部環(huán)境條件無法構(gòu)成正相關(guān)，此外，上述調(diào)節(jié)方式在很大程度上容易造成資源分配的不合理性，從而導(dǎo)致資源的浪費。

1 系統(tǒng)設(shè)計思路

隧道交通事故的發(fā)生在很大程度上與隧道照明設(shè)計的不合理有著密不可分的關(guān)系，對駕駛員行車通過隧道時人眼適應(yīng)亮度曲線的研究表明，隧道光照亮度變化與駕駛員人眼適應(yīng)亮度曲線之間在不同照明段存在較大的差異。

為解決光照強(qiáng)度差異性問題，本次論文的研究旨在設(shè)計具備連續(xù)光照調(diào)節(jié)作用的智能型光控系統(tǒng)，通過對隧道進(jìn)、出口側(cè)光照信息的采集，結(jié)合隧道通行實時車流量監(jiān)測結(jié)果以及隧道外部環(huán)境條件參數(shù)，由控制單元進(jìn)行信息的綜合處理，并控制照明驅(qū)動電路，實現(xiàn)第一、第二照明段以及隧道中間照明段的實時智能調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)設(shè)計原理如圖1.1所示，其中：

（1）在隧道入口側(cè)和出口側(cè)適宜位置安置太陽能和風(fēng)能采集裝置，并與隧道內(nèi)設(shè)置電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，通過遠(yuǎn)程操作實現(xiàn)對該節(jié)能環(huán)?；パa(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的控制；

圖1.1 智能分級光控系統(tǒng)設(shè)計原理圖

（2）通過隧道入口側(cè)第一檢測單元的設(shè)置，使其第一比較電路將第一環(huán)境光傳感器輸出的環(huán)境光強(qiáng)度值與設(shè)定的照明亮度比較得到環(huán)境光-設(shè)定照明差值，利用第一中央處理電路將其與照明變化等級真值表對比確定的照明燈亮度變化等

級，由控制單元根據(jù)這一確定的照明燈亮度變化等級實現(xiàn)對第一照明段LED照明燈的亮度調(diào)節(jié)，隧道出口側(cè)同樣要求達(dá)到此效果；

（3）通過對設(shè)置于本照明控制系統(tǒng)中的車流量監(jiān)測模塊及隧道信息獲取模塊所采集的信息進(jìn)行匯總和綜合處理分析，將其確定的車流-照明等級反饋至控制單元，完成中間照明段的照明控制。

2 研究內(nèi)容

根據(jù)分級光控系統(tǒng)的設(shè)計目的，本文采用模塊化研究，主要包含三個子系統(tǒng)模塊。其一，分別在隧道入口側(cè)和出口側(cè)構(gòu)建第一、第二檢測處理模塊，使之能夠通過傳感器及比較電路等內(nèi)置子模塊，實時采集隧道內(nèi)外側(cè)的光照信息，并將其處理結(jié)果反饋至控制單元；其二，設(shè)置隧道信息監(jiān)測模塊和車流信息監(jiān)測模塊，將其實時監(jiān)測的隧道環(huán)境信息（主要為天氣信息）與第一、第二檢測處理模塊的數(shù)據(jù)處理結(jié)果在控制單元進(jìn)行綜合處理，比對人眼光照適應(yīng)曲線，使其控制LED照明段亮度等級變化。其三，將以上的處理信息反饋至所構(gòu)建的交通管理服務(wù)器，便于后續(xù)交通分析。其中，主系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的構(gòu)建內(nèi)容如下：

（1）第一、第二檢測單元主系統(tǒng)構(gòu)建

該系統(tǒng)主要由兩個模塊組成：光照信息采集模塊和信息處理傳輸模塊。通過設(shè)置于隧道入口側(cè)和出口側(cè)（避免隧道內(nèi)照明燈所影響的位置）的環(huán)境光傳感器采集到隧道外光照強(qiáng)度信息，經(jīng)由前置處理電路對環(huán)境光信號進(jìn)行放大、濾波以及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，處理結(jié)果傳輸至比較電路中，與預(yù)先設(shè)定的照明亮度比較，確定環(huán)境光-設(shè)定照明差值，并于中央處理電路中與照明變化等級真值表對比，確定第一、第二照明段的照明燈亮度變化等級，將此信息傳輸至控制單元，由控制單元驅(qū)動電路控制照明段運行。

（2）車流、隧道環(huán)境信息監(jiān)測輔助系統(tǒng)的構(gòu)建

該輔助系統(tǒng)主要通過對車流信息監(jiān)測模塊實時采集的車流量信息，經(jīng)由預(yù)處理電路進(jìn)行有效信息的提取，利用比較電路與設(shè)定的車流量閾值進(jìn)行比較，進(jìn)而通過該模塊中的中央處理器確定車流-照明等級，并將最終結(jié)果反饋至控制單元。同時，由隧道環(huán)境信息獲取模塊通過無線方式與氣象服務(wù)器連接，獲取當(dāng)前隧道附近的氣象參數(shù)，包括隧道附近的空氣能見度參數(shù)等，同樣傳輸至控制單元。最終由控制單元進(jìn)行綜合選擇中間照明段亮度等級，并控制其運行。

3 應(yīng)用價值

公路系統(tǒng)中的照明機(jī)制，尤其是光照條件要求比較特殊的隧道環(huán)境，其構(gòu)成地形條件較為復(fù)雜，照明線路的合理鋪設(shè)，能源的供給，甚至于照明管線故障排查和維修等問題都需要進(jìn)行綜合考慮，本次系統(tǒng)設(shè)計采用分模塊構(gòu)建的方式，便于上述故障的處理。隧道供能中使用太陽能和風(fēng)能發(fā)電互補(bǔ)供電系統(tǒng)解決特殊地區(qū)能源供給不足的問題，大幅降低照明系統(tǒng)電能消耗，充分響應(yīng)國家對于綠色能源使用的號召，并在某種程度上提高隧道運營經(jīng)濟(jì)效益的需要。由此，針對適用于山區(qū)隧道的環(huán)保節(jié)能LED智能分級光控照明系統(tǒng)的研究，結(jié)合其在隧道照明中的成功應(yīng)用，尤其是對于電力能源供應(yīng)條件受限地區(qū)，不僅高效、節(jié)能，而且使用壽命長、易于維護(hù)。這在當(dāng)前國家大力推進(jìn)節(jié)能減排、創(chuàng)建低碳社會的大背景下，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。

4 結(jié)束語

論文針對目前公路隧道照明控制系統(tǒng)的弊端而進(jìn)行研究，研究內(nèi)容具有較強(qiáng)的現(xiàn)實意義，能很好的解決公路隧道照明不善而引起的交通問題以及照明成本問題，本文提出研發(fā)集第一、第二檢測控制單元、分級照明段及太陽能和風(fēng)能發(fā)電互補(bǔ)供電系統(tǒng)為一體的智能光控系統(tǒng)，具有一定的創(chuàng)新性。系統(tǒng)的成功開發(fā)能解決目前公路隧道照明所引起的交通問題，并針對國家對于新能源的應(yīng)用作出積極響應(yīng)，不僅市場前景可觀，對于公路隧道建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展也具有指導(dǎo)性的意義。

[1] 葉培群.汕梅高速公路隧道群節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)研究[J].公路交通技術(shù),2005.8.

[2] 邊艷妮.隧道LED照明智能控制系統(tǒng)研究[J].中國交通信息化,2010(12):123-124.

[3] 交通部部頒標(biāo)準(zhǔn).公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTG D70-2004)[S].人民交通出版社,2004.

[4] 王霞.LED照明亮度智能無級控制系統(tǒng)在城市隧道中的應(yīng)用[J].交通科技,2009(1):92-94．

[5] 韓直,呂曉峰等.公路隧道LED照明調(diào)光控制技術(shù)研究[J].中國交通信息產(chǎn)業(yè),2009(10):99-102.

[6] 黃鳳武，陳勇.隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)研究與發(fā)現(xiàn)[J].公路工程,2008.33(6):111-114.

TU7

B

1007-6344（2016）04-0069-01

李靈愛（1991-），女，四川省雅安市人，研究生在讀，研究方向為結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測。

重慶市研究生科研創(chuàng)新項目(CYS14157)；2015年重慶交通大學(xué)研究生教育創(chuàng)新基金項目（重點）