公路隧道自动控制节能方案设计

王勇　黄维豪

【摘 要】 公路隧道照明系统是公路隧道机电系统中非常重要的一个组成部分。在全国提倡“节能降耗”的今天，如何降低隧道的能源消耗是运营单位迫切需要解决的问题。本文以此为前提，通过对方案设计前后的数据对比来阐述如何实现节能降耗。

【关键词】 节能降耗 自动控制 隧道管理

1 摘要

为了保证隧道内行车安全，根据国家标准，长度超过100米的公路隧道都必须安装照明系统。然而在高速公路运营后，却发现隧道耗电占据了运营成本的很大一部分。广西六寨至河池段的高速公路（以下简称六河路）全长约109公里，共有隧道17座，单幅总长度为13.4公里，每月照明用电量高达43万元。以六河路的要亮隧道为例：要亮隧道全长0.4公里，平均通行的单边车流量约为1270辆，平均核算以后约为53辆/小时。但是经过对隧道实际通行车辆的观测，重型货车车流大多集中在夜间21点至凌晨7点左右，小型车流基本上集中在上午9：30-11：30和15：40-18：60的时间段，根据车辆通行情况，全天24小时的隧道照明有效使用率仅为40%左右。针对六河高速公路上这一高能耗的照明问题，根据路段的实际通行情况，提出一套较为可行的隧道自动控制节能系统的方案。

2 设计方案

隧道自动控制节能系统的设计方案是围绕在确保隧道内车辆行车安全，通过有选择性的进行隧道照明，来实现节约隧道照明用电开支，达到降低运营管理成本的目的。

整个系统主要分为三个部分：车辆感应单元、中央控制单元、隧道照明单元。

2.1 车辆感应单元

车辆感应单元主要是用来判断在检测点是否存在车辆通行的信息，它主要分两个部分：

2.1.1 隧道入口车辆感应模块

隧道入口车辆感应模块主要是利用在隧道前方设置车辆检测器，在感应到车辆后向中央控制单元发送车辆通行的信号。中央控制单元在接收到前方来车的指令后，则根据已设定的模式，向隧道照明单元发送开启照明的信号，在车辆即将抵达隧道时，开启隧道内照明。

2.1.2 隧道出口车辆感应模块

隧道出口车辆感应模块主要是利用在隧道出口处设置车辆检测器，在感应到车辆驶离出隧道口后，向中央控制单元发送车辆离开的信号。中央控制单元则向隧道照明单元发送关闭隧道内照明的信号。

车辆检测器主要是采用红外线车检器来获取车辆通行信息，同时也能顺利判断出该车属于大型车辆还是小型车辆。

2.2 中央控制单元

中央控制单元的主要功能是接收隧道出入口车辆感应模块发来的车辆通行信息，并根据这些信息向照明控制单元传送开启或者关闭照明的信号。它类似于一台计算机的中央控制器，按照一定的要求对接收到的信息进行分析处理，并将最终结果发送到被控单元。

（1）隧道入口车辆感应模块设置点的要求。为了确保在车辆到达时隧道照明能够正常开启，按照高速公路隧道通行车辆时速80公里/时计算，给予系统较多的反应时间（6秒-10秒），因此隧道入口车辆感应模块主要设置在距离隧道入口前方大约150米至200米的范围。

（2）对多车辆进入隧道的控制要求。入口中央控制单元将从车辆感应单元接收到的车辆通行信息进行分析，根据预先设定的规则，隧道入口车辆感应模块发来的车辆通行信息具有优先处置权的原则，可以屏蔽从隧道出口车辆感应模块发来的车辆通行信息，以确保多辆车辆通行隧道时，在第一辆车驶离隧道口后，隧道内照明不熄灭。

中央控制单元采用的是STC89系列的单片机，可以将需要实现的功能通过编程写入单片机中，通过对信号的捕捉就能实现对照明单元的控制。

2.3 照明控制单元

照明控制单元主要是通过接收中央控制单元发送过来的开启或关闭照明信号，控制隧道内照明设备的运行。目前六河路采用的照明设备主要是隧道专用LED灯，按照设计的要求，隧道内照明灯具分为以下三种：加强灯、全日灯、应急灯。为确保隧道内基本照明条件，因此，在设计中只对加强灯和全日灯进行控制。

3 方案实施的可行性分析

本设计方案是通过技术改造，在确保隧道内车辆通行正常照明的前提下，采用触发式照明的原理，通过控制加强灯和全日灯两组照明电路，实现节约能源，降低企业的管理成本。

整个方案改造简单快捷，不破坏和变更原来的设备及设计，只在适当的位置通过技术手段，增加信号控制模块，用于控制两组照应电路，在信号控制模块出现故障时，照明电路也可自动回复原照明设计的要求。

加强灯日照功耗为J，全日灯日照功耗为R，应急灯日照功耗为Y，照明使用率为M，照明总功耗为W。

W=（J+R）*M+Y（表1）

通过对要亮隧道改造前后的数据对比不难看出，通过技术改造后的能源消耗只占改造前的能源消耗的44%。虽然改造后的能源消耗还仅仅是一个理论数值，在改造完毕后肯定会出现一定的偏差，但是根据对隧道内照明灯具的核算，数值应该不会差不大。同时由于照明时间的缩短，可以大大延缓LED照明灯的衰减幅度，延长LED的使用寿命。

整个系统改造的成败关键在于如何控制好车辆在进入隧道前开启照明，以及如何确保同时有多部车辆进入隧道后的灯光照明控制。

4 结语

目前国家提倡“低碳生活”，实际上是为了节约能源和保护环境，我们要用实际行动，从身边事做起，努力降低能源消耗，提高能源利用率。

参考文献：

[1]夏迎.《交通行业标准汇编·公路机电工程卷》.人民交通出版社，2008年6月.

[2]张智勇，朱立伟，编著.《高速公路机电系统新技术及应用》，人民交通出版社，2006年1月.

[3]赵忠杰，编著.《公路隧道机电工程》.人民交通出版社，2007年2月.endprint