车行隧道智能照明系统探讨

（山西省信息产业技术研究院有限公司（山西省自动化研究所），山西 太原 030012）

一、引言

一般情况下，公路隧道运营经费中占比最高的是用电费。在当前国家大力推行绿色发展、节能减排的态势下，隧道内的照明系统如何实现降耗增效就显得尤为重要。随着高等级公路的迅速发展及坑道开挖技术的不断成熟，我国每年修建的隧道数量都在大幅增加。如此一来，高速公路运营管理单位的运营经费（尤其是隧道运营经费）将不断增长，严重影响了高速公路的发展。

目前，公路隧道照明普遍使用钠灯，虽然可通过调节电源电压控制灯具亮度，但调节范围仅有10%左右，无法满足按需照明的要求。近年来，LED光源凭借节能、高效等优点，被广泛应用于公路隧道照明中。全国大部分省份都已经或正在尝试采用LED光源进行隧道照明，并围绕灯具亮度调节开展了相关技术研究，以达到节约资源的目的。

本文对车行隧道智能照明系统进行了研究，该系统可在无级调光照明基础上，将隧道长时间无车行驶情况下的照明能耗降至最低，从而延长隧道照明灯具的使用寿命，最大限度地降低隧道的运营成本，促进高速公路运营管理单位实现降本增效的目标。

二、系统设计

这款车行隧道智能照明系统中的隧道照度仪和隧道亮度仪会对接收到的光信号进行比较，然后将光信号转变为4mA～20mA的标准电流值，再传给调节器；车检器将现场的车流量信息通过GPRS网络传送至调节控制器上。调节控制器对接收的信息进行运算后，分别输出两路0V～5V的直流模拟电信号，其中一路电信号负责调节控制隧道中部照明灯具的电源电压和隧道出口侧照明灯具的电源电压，另一路电信号负责调节控制隧道入口照明灯具的电源电压。如此一来，LED照明灯具中的驱动电流值会不断调节，使得灯具的输出光通量值和功率值发生变化，从而实现满足标准要求且减少能耗的目的。

该系统能够根据行车量、隧道洞内照度、隧道洞外亮度以及是否有车行驶等参数智能调节灯光。行车量越大，洞外亮度值就越高，照明灯的亮度则越高，反之则亦然。当无车辆行驶时，系统会主动调节电源电压，使灯具的亮度达到最暗；当有车辆行驶时，系统将根据前端传感器信息调整灯具亮度，调光的距离在500m～1000m之间；当车辆离开后，系统会延迟一段时间再将灯具调整至节能状态。

公路隧道洞口外亮度仪的光强值与一个系数相乘，就能得到公路隧道入口加强段照明灯具的亮度值。入口段亮度计算公式如下：

Lth=k·L

其中，Lth为隧道入口段光强值，系数k由隧道内行车量和设计行车时速确定，L为洞外亮度仪的光强值，是一项实时变化的值。由于L为自然变量，因此本系统通过判断隧道洞口外的车流量就可以调整系数k，使得隧道入口加强段的照明灯具亮度实现自动调节。

如何计算隧道中部基本照明段LED灯的调光功率，可以使用以下公式：

Pb=Pbmax·N·Km

其中，Pbmax为隧道中部照明段灯具的最大功率值，Pb为隧道中部照明段灯具的调光功率值，N为养护比系数，Km为灯具亮度的变化系数。系统则根据隧道洞内车流量检测情况来调节Km，来实现基本照明段灯具的调光功能。

三、系统测试

该系统试运行阶段，研究组选取了某地长约4179m的隧道，将其分为7段，每段分别设有一套红外车检器和车检控制箱。控制箱根据是否有车辆行驶决定所控照明段是采用无级调光照明（按需照明）模式，还是采用待机照明（功率在5%～10%之间）模式。车辆进入隧道后，会依次驶入各照明段，且车辆前方至少有1～2个照明段依次调亮；如果系统检测到后方再无车辆，已行驶过的照明段将相继变暗。

在行车安全方面，该系统特别考虑了以下几点，确保照明系统在安全运行的前提下实现节能：

（1）最暗亮度接近应急照明亮度，比国标规定的住宅小区照明平均亮度略高，可确保监控系统正常监测，也可让因故滞留的车辆和人员看清周边路况。

（2）当隧道内有车辆停滞不动时，如后方来车，停滞车辆所在的照明段会自动调亮灯具亮度，从而使后方驾驶员能够看清滞留车辆，确保了滞留车辆的安全。

（3）滞留车辆开始向出口行驶时，初期车速较低，凭借自身车灯及洞内最低维持亮度，可安全行驶到下一个红外车检器处，并触发系统调高灯具亮度，从而安全驶出隧道。

四、结语

本文对车行隧道智能照明系统的设计进行了详细叙述，该系统创新性地采用了多点车辆位置检测，分区段照明调光的工作模式，在四川省某高速公路隧道投入应用后，实现了来车按需照明，大大降低了通行量较小的公路隧道的照明能耗，使得节能效率达到了80%。如智能化照明控制系统能全面推广至高速公路领域，将极大提升高速公路运营管理单位的经营水平，为下一步智慧交通网络的组建奠定基础。