智能調(diào)光系統(tǒng)在高速公路隧道照明控制中的具體應(yīng)用

吳江潦

（望城經(jīng)開區(qū)建設(shè)開發(fā)公司，湖南 長(zhǎng)沙 410200）

0 引 言

隨著照明燈具和工業(yè)控制技術(shù)的不斷革新，公路隧道照明控制系統(tǒng)日漸趨于智能化、高節(jié)能等方向發(fā)展，公路隧道智能調(diào)光自動(dòng)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(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

1.1 隧道照明區(qū)段劃分

基于隧道內(nèi)的視覺適應(yīng)，公路隧道內(nèi)的照明是依據(jù)不同的區(qū)段、時(shí)段、氣候條件和交通運(yùn)營(yíng)情況所需的照明要求對(duì)每個(gè)區(qū)段設(shè)置相應(yīng)的照明方案。我國(guó)的隧道照明區(qū)段參照國(guó)際照明委員會(huì)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(zhǎng)度都有不同的要求，其關(guān)系如圖1所示[4]。

圖1 各照明段區(qū)段劃分

1.2 隧道照明節(jié)能方法選擇

現(xiàn)行隧道照明節(jié)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(cè)量精度；（3）應(yīng)用智能調(diào)光系統(tǒng)；（4）合理設(shè)計(jì)燈具的分布情況；（5）減少接近段光線強(qiáng)度；（6）調(diào)高洞內(nèi)能見度；（7）改善路面以及洞壁的反射系數(shù)。公路隧道智能調(diào)光控制系統(tǒng)依據(jù)隧道內(nèi)采集的亮度、車速、車流量和可見度等參數(shù)，經(jīng)智能算法綜合計(jì)算后，形成具體控制策略交由控制器完成各個(gè)照明燈具的調(diào)節(jié)，使洞內(nèi)的照明亮度與駕駛?cè)藛T的適應(yīng)曲線相匹配，故在節(jié)能和照明效果上優(yōu)于其他的控制方法。相比于傳統(tǒng)的照明燈具，LED燈擁有節(jié)能、耐用、良好的無極調(diào)光和快速啟動(dòng)性能，已成為智能調(diào)光自動(dòng)控制首選照明工具。

2 智能調(diào)光的控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

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?？刂葡到y(tǒng)由3種控制方案組成，即手動(dòng)控制方法、時(shí)序控制方法及自動(dòng)實(shí)時(shí)控制方法。手動(dòng)控制方案由前臺(tái)操作完成，一般用于隧道內(nèi)調(diào)試和緊急狀態(tài)使用。時(shí)序控制方案是自動(dòng)實(shí)時(shí)控制方法的一種補(bǔ)充。本系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)實(shí)時(shí)控制方法的調(diào)整響應(yīng)進(jìn)行評(píng)估，當(dāng)檢測(cè)裝置和燈具出線損壞時(shí)，在一定設(shè)定時(shí)間內(nèi)隧道內(nèi)的亮度無法調(diào)整到系統(tǒng)認(rèn)定的合理范圍內(nèi)，系統(tǒng)將在異常區(qū)段運(yùn)行時(shí)序控制方案，并向控制中心提示報(bào)警，確保隧道內(nèi)車輛的安全行車。

2.2 LED無級(jí)調(diào)光控制模式

隧道LED照明智能化自動(dòng)實(shí)時(shí)控制模型如圖3所示。隧道內(nèi)外亮度、隧道內(nèi)交通量、隧道內(nèi)車速、隧道內(nèi)可見度以及預(yù)留其他可能的變量作為整個(gè)控制系統(tǒng)的輸入條件。其中，隧道外亮度即接近段亮度，采用數(shù)碼相機(jī)法分多點(diǎn)檢測(cè)，隧道內(nèi)交通量與車速由對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器檢測(cè)，隧道內(nèi)可見度由能見度檢測(cè)器獲取。通過各區(qū)段照明要求綜合算法輸出對(duì)隧道各區(qū)段的亮度控制需求，然后控制策略結(jié)合反饋及相關(guān)因素判斷智能調(diào)光系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方案，最后LED無級(jí)調(diào)光系統(tǒng)執(zhí)行燈具的亮度調(diào)整。各段的亮度檢測(cè)實(shí)時(shí)反饋至控制策略處，實(shí)現(xiàn)對(duì)入口段、過渡段、中間段及出口段的LED燈具照明的閉環(huán)控制。

圖2 隧道LED照明總體控制方案

2.3 照明控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建

工業(yè)以太網(wǎng)具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率快、適應(yīng)環(huán)境惡劣和抗干擾要求高的通信場(chǎng)合等特點(diǎn)，是隧道照明通信優(yōu)選方案。本系統(tǒng)通信采用SMIATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，用于管理層和現(xiàn)場(chǎng)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(shè)備組網(wǎng)總共分為3層，即網(wǎng)絡(luò)層、控制層及現(xiàn)場(chǎng)層。光纖通信系統(tǒng)、服務(wù)器、控制中心和以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建總體網(wǎng)絡(luò)上層結(jié)構(gòu)，PLC控制器與太網(wǎng)交換機(jī)組成控制層，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備、LED照明設(shè)備組成現(xiàn)場(chǎng)層。

3 智能調(diào)光系統(tǒng)在公路工程中的應(yīng)用

本文以某段高速公路的智能調(diào)光系統(tǒng)應(yīng)用為例進(jìn)行分析介紹，在進(jìn)行工程擴(kuò)建過程中，隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)和調(diào)整，確保隧道內(nèi)的照明條件能夠滿足相應(yīng)的國(guó)家要求。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，技術(shù)設(shè)計(jì)人員需要對(duì)隧道內(nèi)的照明設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)可以按照需求進(jìn)行調(diào)整。如果只是對(duì)燈具進(jìn)行降低功率，收到的效果甚微。在智能調(diào)光系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)隧洞外的光照強(qiáng)度、隧道內(nèi)車流量、車速和能見度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果某時(shí)段無車輛通過，照明系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入節(jié)能模式，將照明設(shè)備的功率降到最低，實(shí)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(dāng)車流量較大時(shí)，控制系統(tǒng)將進(jìn)入正常工作模式，燈具亮度最大，實(shí)際功率接近額定功率。最終，工程擴(kuò)建采用智能調(diào)光系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)測(cè)算，結(jié)果如下。（1）傳統(tǒng)照明設(shè)備在能源消耗方面比智能調(diào)光系統(tǒng)高出近60%，存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)現(xiàn)象；（2）對(duì)LED照明亮度實(shí)行智能無級(jí)控制比分級(jí)控制的同類燈具更節(jié)能40%[5]。

圖3 隧道LED照明智能化自動(dòng)實(shí)時(shí)控制模型

4 結(jié) 論

高速公路隧道照明系統(tǒng)主要是利用智能控制來實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和減少交通事故發(fā)生的頻率。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可利用照明智能控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具亮度的調(diào)節(jié)，同時(shí)還使用應(yīng)急照明系統(tǒng)來充分保障隧道內(nèi)光照的持續(xù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和減少交通事故發(fā)生的可能。