智慧隧道照明控制系统的设计方法研究分析

许一莎

摘要：隧道照明与普通灯光照明最明显的区别就在于光照时长的不同，隧道照明必须保证24小时常亮，对于光源稳定性的需求是非常高的，因此智慧隧道照明控制系统必须在节能和光源过渡方面有更为人性化、科技化和智能化的技术革新。本文从我国隧道照明的交通道路需求出发，提出了隧道照明闭环反馈智能控制系统的概念，通过该技术的设计与应用提高隧道照明技术的革新与发展。

关键词：智慧隧道;照明控制系统;系统设计;设计方法

一、智慧隧道照明系统框架设计分析

照明控制系统的设计重要考虑的因素有光源分布与灯具的布设两个方面，隧道使用者皆处于高速行驶的状态，尤其是考虑到光源过渡给行车安全带来的影响，隧道光源的稳定性和持续供给是非常重要的。然而，过于依赖人工调节和持续的能源供给不仅浪费人力资源，也不利于环保，智慧速调照明系统设计的初衷就是希望通过节省人力、提高系统的自我调节能力，来完善隧道照明系统的绿色环保革新和现代化照明技术革新的需求。从框架上来说，照明系统设计在功能上要实现四点：控制策略方面、控制模式方面、信息采集方面以及通信方式方面。

（一）控制策略

在控制策略方面，隧道数量庞大的LED照明设备在控制上要采取“鸡蛋放在多个篮子里”的策略，从远程、调光、LED驱动以及现场主控四个层面展开对照明设备的控制。其中现场主控将各个方面反映到的信息进行智能化处理，并即时传输给照明灯具，结合实时的户外光照强度，尤其是白天的光照情况，进行随时的亮度调节，协调光、LED驱动系统的顺利进行，远程控制则是系统的“强制制动”部分，方便工作人员在紧急、特殊情况下进行人工干预。

（二）控制模式

控制模式方面，需要实现智慧隧道在与外界网络信息中断的情况下，或者在发生停电、出现交通事故等情况下的照明系统自我管理与自我调节的控制保证，包括对隧道内车流量、车速、以及洞外亮度等因素进行综合评估，进而做出自我控制的能力。

（三）信息采集

这就不得不提到信息的采集方面的控制设计。对于隧道内车速、车流量以及洞外亮度的信息采集，系统应具备实时采集、输入和智能处理参数的能力，达到“按需供给”的照明效果，既保证绿色环保的设计理念，又要保证车辆安全照明的需求;同时，对于故障灯具信息的及时报送，将其损坏程度、位置以及时段进行及时准确的反馈，也是智慧照明系统要考虑得到问题。

（四）通信方式

隧道内距离较远、身处山体腹地，因此在通信方面普通的通信方式无法满足隧道照明的通信需求，从目前来看，智能隧道照明系统首选的通信方式是无线通信，既可以节省硬件铺设成本，又能够实现区片通信的灵活调控，降低施工安全风险的同时，提高数据传输的速度和质量。ZigBee作为一种低成本、低功耗、距离短且速率低单灯无线通信技术，能够充分满足隧道照明的通信要求，其内含的CC2530芯片拥有128KB闪存，能够充分实现用户在应用层定义的功能，方便使用者对设备实现信息的基本储备和指令传输目的。

二、智慧隧道照明系统架构设计分析

系统架构的设计是智慧照明系统的灵魂，从管理系统技术层面进行内部数据传输架构的设计，是基于物联网技术架设的管理系统，包括对照明灯具、监控中心以及控制设备进行的综合性服务系统，具体来说可以从软件传输、核心控制器和終端控制器三个方面进行设计。

（一）软件应用和数据传输

以互联网为基础的远程控制计算机系统，将管理软件和通信软件联通一体。因此对于控制界面的便捷化、人性化和简洁化设置，能够帮助操控人员降低操控门槛，更为便捷、快速地进行操控，减少误操作和专业要求过高的弊端。计算机远程控制技术通过TCP协议将现场的光照情况和隧道使用情况通过监控数据、视频的方式进行数据记录，方便后期的数据分析和技术改进;数据库作为服务层安装的服务器，对实时记录的数据、异常信息等情况进行智能分析，并传输到核心控制器和终端控制器。

（二）核心控制器应用

PLC作为主节点层上的核心控制器，是现场调控中上位机与单灯控制器之间的重要衔接，起到了整体的控制作用。主要负责对车速、车流量以及洞外光线情况信息的实时采集，将采集信息通过智能编程算法进行进一步的加工，再输出给相应单灯调控指令，通过总线下发给Zig Bee协调器，进而完成对整个隧道照明的控制。其中，信息的实时传输依赖节点层与信息传输器的紧密配合，在车辆检测、亮度检测、灯具检测以及传感器数据传输情况等信息进行汇总处理和传输的过程中，核心控制器要起到及时的信息分拣、传输以及与主控制器的配合，帮助信息及时送达、照明系统顺利运行。

（三）终端控制器

终端控制器是负责对灯具照明、运行监控、指令传输以及故障报修等功能实现的控制终端，包括分布在隧道灯具终端的单灯控制器、LED灯具以及灯具驱动电源设备，这些设备通过网络与ZigBee协调器进行无线传感网络的链接，通过单灯控制器这样核心控制器实现实时网络控制。由于隧道距离和通信信号传播效率的影响，每条隧道都会架设一个单独的ZigBee网络，对隧道灯的开关以及亮度调节进行调节。

三、智慧隧道照明系统通信方式设计

隧道照明系统的通信方式，由四个信息控制终端组成，分别是计算机远程控制、现场控制、单灯控制以及LED驱动控制，下面具体从四个方面探讨四种控制器的信息传输方式。

（一）计算机远程控制与现场控制主要通过互联网来实现，主要是通过互联网和TCP协议连接远程控制器，实现对控制单元的联网控制，完成照明隧道的实时信息传输。

（二）现场控制器与ZigBee协调器之间的通信连接，通过配制ZigBee协调器来实现隧道内的现场调控，如果是双向隧道则应配备两个隧道网络，通过两个ZigBee协调器来连接。同时由于传输距离较长，通信总线网络会产生回波反射信号，对正常的信号输送产生干扰，因此要在通信电缆得到两侧加上总段匹配的电阻。

另外，电磁干扰也是现场信号传输的一个重要影响因素，将实体运输线路设置为双绞线，同时保证RS-485通信线远离高压电线，以此减少电磁干扰。

（三）ZigBee协调器与单灯控制器之间的通信关联是波及范围最广、数量最多的通信系统，为了增强通信的质量、安全性，降低维修和建造成本，最优单灯通信方式应为无线通信，代替有线通信铺设，既减少地面、山体的挖掘和铺设人工损耗，也降低对周围环境的影响。

（四）单灯控制器与LED控制器之间的连接，通过外部设备提供的调光数据，对灯具单灯光亮强度等进行调控，其中实现LED灯具的调光工作的信号主要有频率固定单灯脉宽调制波以及0-10VDC模拟量调光两种。

由于隧道内的车速一般有60km/h、80km/h、100km/h以及120km/h，而不同的环境亮度对LED灯具的色温和亮度都是有着不同要求的，灯具要调整为驾驶员视觉最为舒适的色温和亮度，就必须实现数据传输的敏捷和迅速，在外部环境发生变化的时候，能够进行及时的终端数据传输。

结束语：

综上所述，本文所涉及的隧道照明控制系统设计方面的要点，围绕不同实施环节、设计重点进行具体对待解析，对于隧道照明的具体情况要进行具体的分析和判断，在通信设备的铺设与系统、架构的设计结合方面，要充分考虑到环保、人性化以及创新性的实施，提高隧道照明的舒适度、科学性，延长隧道照明设备的使用寿命，这些都是智慧隧道照明控制系统的设计重点。

参考文献：

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