智能调光系统在高速公路隧道照明控制中的具体应用

吴江潦

（望城经开区建设开发公司，湖南 长沙 410200）

0 引 言

随着照明灯具和工业控制技术的不断革新，公路隧道照明控制系统日渐趋于智能化、高节能等方向发展，公路隧道智能调光自动控制也逐渐成为主流的控制方法[1-3]。

1 公路隧道照明智能调光系统的设计思路

1.1 隧道照明区段划分

基于隧道内的视觉适应，公路隧道内的照明是依据不同的区段、时段、气候条件和交通运营情况所需的照明要求对每个区段设置相应的照明方案。我国的隧道照明区段参照国际照明委员会的划分，分为接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段，各照明段亮度与长度都有不同的要求，其关系如图1所示[4]。

图1 各照明段区段划分

1.2 隧道照明节能方法选择

现行隧道照明节能的方法有如下7种，（1）改善照明灯具的效能；（2）提高洞外亮度的测量精度；（3）应用智能调光系统；（4）合理设计灯具的分布情况；（5）减少接近段光线强度；（6）调高洞内能见度；（7）改善路面以及洞壁的反射系数。公路隧道智能调光控制系统依据隧道内采集的亮度、车速、车流量和可见度等参数，经智能算法综合计算后，形成具体控制策略交由控制器完成各个照明灯具的调节，使洞内的照明亮度与驾驶人员的适应曲线相匹配，故在节能和照明效果上优于其他的控制方法。相比于传统的照明灯具，LED灯拥有节能、耐用、良好的无极调光和快速启动性能，已成为智能调光自动控制首选照明工具。

2 智能调光的控制系统总体设计

2.1 LED照明控制策略判定

公路隧道LED照明总体控制方案如图2所示。控制系统由3种控制方案组成，即手动控制方法、时序控制方法及自动实时控制方法。手动控制方案由前台操作完成，一般用于隧道内调试和紧急状态使用。时序控制方案是自动实时控制方法的一种补充。本系统对自动实时控制方法的调整响应进行评估，当检测装置和灯具出线损坏时，在一定设定时间内隧道内的亮度无法调整到系统认定的合理范围内，系统将在异常区段运行时序控制方案，并向控制中心提示报警，确保隧道内车辆的安全行车。

2.2 LED无级调光控制模式

隧道LED照明智能化自动实时控制模型如图3所示。隧道内外亮度、隧道内交通量、隧道内车速、隧道内可见度以及预留其他可能的变量作为整个控制系统的输入条件。其中，隧道外亮度即接近段亮度，采用数码相机法分多点检测，隧道内交通量与车速由对应的检测器检测，隧道内可见度由能见度检测器获取。通过各区段照明要求综合算法输出对隧道各区段的亮度控制需求，然后控制策略结合反馈及相关因素判断智能调光系统的调节方案，最后LED无级调光系统执行灯具的亮度调整。各段的亮度检测实时反馈至控制策略处，实现对入口段、过渡段、中间段及出口段的LED灯具照明的闭环控制。

图2 隧道LED照明总体控制方案

2.3 照明控制网络系统的构建

工业以太网具有传输距离远、传输速率快、适应环境恶劣和抗干扰要求高的通信场合等特点，是隧道照明通信优选方案。本系统通信采用SMIATIC NET工业以太网技术，用于管理层和现场层的控制器之间或控制器与PC之间的通信。智能化照明控制设备组网总共分为3层，即网络层、控制层及现场层。光纤通信系统、服务器、控制中心和以太网交换机构建总体网络上层结构，PLC控制器与太网交换机组成控制层，现场检测设备、LED照明设备组成现场层。

3 智能调光系统在公路工程中的应用

本文以某段高速公路的智能调光系统应用为例进行分析介绍，在进行工程扩建过程中，隧道照明系统进行相应的升级和调整，确保隧道内的照明条件能够满足相应的国家要求。为了实现这一目的，技术设计人员需要对隧道内的照明设备进行相应的更新换代，实现照明系统可以按照需求进行调整。如果只是对灯具进行降低功率，收到的效果甚微。在智能调光系统的应用过程中，系统中的监测设备对隧洞外的光照强度、隧道内车流量、车速和能见度进行实时监测，如果某时段无车辆通过，照明系统会自动进入节能模式，将照明设备的功率降到最低，实际功率降到额定功率的20%左右；如果有车辆通过隧道，但是车辆较少，功率将提升至40%～60%；当车流量较大时，控制系统将进入正常工作模式，灯具亮度最大，实际功率接近额定功率。最终，工程扩建采用智能调光系统。对系统进行运营测算，结果如下。（1）传统照明设备在能源消耗方面比智能调光系统高出近60%，存在严重的能源浪费现象；（2）对LED照明亮度实行智能无级控制比分级控制的同类灯具更节能40%[5]。

图3 隧道LED照明智能化自动实时控制模型

4 结 论

高速公路隧道照明系统主要是利用智能控制来实现节能降耗和减少交通事故发生的频率。实际应用时，可利用照明智能控制系统来实现对灯具亮度的调节，同时还使用应急照明系统来充分保障隧道内光照的持续，进而实现节能降耗和减少交通事故发生的可能。