山区隧道智能型分级光控系统设计方案研究

李灵爱 陈 蔚（重庆交通大学土木工程学院，400074）

山区隧道智能型分级光控系统设计方案研究

李灵爱 陈 蔚
（重庆交通大学土木工程学院，400074）

“眩光”和“黑洞”两种现象常见于我国公路隧道的行车环境中，也是隧道事故高发的重要原因之一。笔者结合驾驶员隧道行车时的人眼亮度适应曲线，对公路隧道照明进行智能光控系统设计，达到光照强度的调节作用，有效消除车辆进入隧道或者驶出隧道时出现的不利现象，使得车辆在行车过程中，司机能够拥有较为舒适的肉眼识别环境，从而减少隧道行车交通事故的发生。

隧道照明；分级光控；系统设计；

0 引言

公路作为交通运输的主要载体，经过近年来的不断建设，已逐渐构成陆地交通网络。对于西部地区而言，山区公路网络最大的特点是所涵盖的隧道众多，由此在公路设计中不可避免的一个重点就是如何解决隧道行车照明问题。目前，我国公路隧道大多采用简单的人工控制方式来实现分级照明的效果，这种方式最大的缺陷在于不能连续调光，调节作用下的隧道内光照强度与隧道外部环境条件无法构成正相关，此外，上述调节方式在很大程度上容易造成资源分配的不合理性，从而导致资源的浪费。

1 系统设计思路

隧道交通事故的发生在很大程度上与隧道照明设计的不合理有着密不可分的关系，对驾驶员行车通过隧道时人眼适应亮度曲线的研究表明，隧道光照亮度变化与驾驶员人眼适应亮度曲线之间在不同照明段存在较大的差异。

为解决光照强度差异性问题，本次论文的研究旨在设计具备连续光照调节作用的智能型光控系统，通过对隧道进、出口侧光照信息的采集，结合隧道通行实时车流量监测结果以及隧道外部环境条件参数，由控制单元进行信息的综合处理，并控制照明驱动电路，实现第一、第二照明段以及隧道中间照明段的实时智能调节。

系统设计原理如图1.1所示，其中：

（1）在隧道入口侧和出口侧适宜位置安置太阳能和风能采集装置，并与隧道内设置电能转换设备，通过远程操作实现对该节能环保互补发电系统的控制；

图1.1 智能分级光控系统设计原理图

（2）通过隧道入口侧第一检测单元的设置，使其第一比较电路将第一环境光传感器输出的环境光强度值与设定的照明亮度比较得到环境光-设定照明差值，利用第一中央处理电路将其与照明变化等级真值表对比确定的照明灯亮度变化等

级，由控制单元根据这一确定的照明灯亮度变化等级实现对第一照明段LED照明灯的亮度调节，隧道出口侧同样要求达到此效果；

（3）通过对设置于本照明控制系统中的车流量监测模块及隧道信息获取模块所采集的信息进行汇总和综合处理分析，将其确定的车流-照明等级反馈至控制单元，完成中间照明段的照明控制。

2 研究内容

根据分级光控系统的设计目的，本文采用模块化研究，主要包含三个子系统模块。其一，分别在隧道入口侧和出口侧构建第一、第二检测处理模块，使之能够通过传感器及比较电路等内置子模块，实时采集隧道内外侧的光照信息，并将其处理结果反馈至控制单元；其二，设置隧道信息监测模块和车流信息监测模块，将其实时监测的隧道环境信息（主要为天气信息）与第一、第二检测处理模块的数据处理结果在控制单元进行综合处理，比对人眼光照适应曲线，使其控制LED照明段亮度等级变化。其三，将以上的处理信息反馈至所构建的交通管理服务器，便于后续交通分析。其中，主系统和辅助系统的构建内容如下：

（1）第一、第二检测单元主系统构建

该系统主要由两个模块组成：光照信息采集模块和信息处理传输模块。通过设置于隧道入口侧和出口侧（避免隧道内照明灯所影响的位置）的环境光传感器采集到隧道外光照强度信息，经由前置处理电路对环境光信号进行放大、滤波以及模数转换处理，处理结果传输至比较电路中，与预先设定的照明亮度比较，确定环境光-设定照明差值，并于中央处理电路中与照明变化等级真值表对比，确定第一、第二照明段的照明灯亮度变化等级，将此信息传输至控制单元，由控制单元驱动电路控制照明段运行。

（2）车流、隧道环境信息监测辅助系统的构建

该辅助系统主要通过对车流信息监测模块实时采集的车流量信息，经由预处理电路进行有效信息的提取，利用比较电路与设定的车流量阈值进行比较，进而通过该模块中的中央处理器确定车流-照明等级，并将最终结果反馈至控制单元。同时，由隧道环境信息获取模块通过无线方式与气象服务器连接，获取当前隧道附近的气象参数，包括隧道附近的空气能见度参数等，同样传输至控制单元。最终由控制单元进行综合选择中间照明段亮度等级，并控制其运行。

3 应用价值

公路系统中的照明机制，尤其是光照条件要求比较特殊的隧道环境，其构成地形条件较为复杂，照明线路的合理铺设，能源的供给，甚至于照明管线故障排查和维修等问题都需要进行综合考虑，本次系统设计采用分模块构建的方式，便于上述故障的处理。隧道供能中使用太阳能和风能发电互补供电系统解决特殊地区能源供给不足的问题，大幅降低照明系统电能消耗，充分响应国家对于绿色能源使用的号召，并在某种程度上提高隧道运营经济效益的需要。由此，针对适用于山区隧道的环保节能LED智能分级光控照明系统的研究，结合其在隧道照明中的成功应用，尤其是对于电力能源供应条件受限地区，不仅高效、节能，而且使用寿命长、易于维护。这在当前国家大力推进节能减排、创建低碳社会的大背景下，具有很强的现实意义。

4 结束语

论文针对目前公路隧道照明控制系统的弊端而进行研究，研究内容具有较强的现实意义，能很好的解决公路隧道照明不善而引起的交通问题以及照明成本问题，本文提出研发集第一、第二检测控制单元、分级照明段及太阳能和风能发电互补供电系统为一体的智能光控系统，具有一定的创新性。系统的成功开发能解决目前公路隧道照明所引起的交通问题，并针对国家对于新能源的应用作出积极响应，不仅市场前景可观，对于公路隧道建设领域的发展也具有指导性的意义。

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TU7

B

1007-6344（2016）04-0069-01

李灵爱（1991-），女，四川省雅安市人，研究生在读，研究方向为结构变形监测。

重庆市研究生科研创新项目(CYS14157)；2015年重庆交通大学研究生教育创新基金项目（重点）