基于单灯智能控制的高速公路隧道照明管理系统研究

胡 涛，蒋澎涛，吕 江

（湖南交通工程学院，湖南 衡阳 421001）

目前我国高速公路隧道工程建设过程中，照明系统建设是重要组成部分，对车辆安全稳定运行产生较大影响，为此需要进一步重视高速公路隧道照明系统的优化。单灯智能控制技术作为一种新型节能控制技术，对照明灯进行了系统优化，在照明灯内设置编码地址，实现与系统之间的数据连接，通过系统指令输入完成对照明灯的控制，不仅具有良好的照明效果，同时可对照明系统精细化控制，在保证经济效益基础上，实现良好的社会效益和环保效益。

1 单灯智能控制下高速公路隧道照明管理系统设计原则

受高速公路隧道工程特点影响，其照明管理系统设计原则需要充分考虑人为因素，重视行驶安全，为驾驶员创造良好的视觉环境，从而保证交通安全，防止出现安全事故，同时也减少对当地高速公路照明系统的影响，保障照明的安全性、诱导性、舒适性、智慧性以及经济性。安全性方面要求照明系统照明效果良好，能够准确看出车辆距离和各种障碍物等。诱导性通常是在视觉方面，不仅对隧道内道路宽度进行判断，同时对于隧道路口及岔口等距离进行把控，引导车辆的安全行驶。舒适性一般指车辆行驶中驾驶员能辨认前方车辆的情况，包括前方车辆宽度和运动速度，对道路进行辨认。智慧性指的是人工智能方面，结合周围环境情况，利用智能设备控制效果，自主确定照明开关和照明强度，为驾驶员提供个性化服务，提供丰富的扩展功能和增值服务。在保证安全性的基础上，进一步保证节能性。

2 系统架构分析

以高速公路隧道工程为例，高速公路隧道在实际建设过程中，为保证良好的建设效果，对于单灯智能控制进行了应用，结合不同时段隧道环境与道路照明使用情况，通过远程控制手段，实现对照明亮度的调节。在远程管理过程中，可综合利用PLC电力载波技术、通信网络技术以及平台软件技术实现。该系统设计完成后，可随时对隧道内光亮度进行采集，以此判断车辆流动速度，通过行车数量对隧道内灯具进行控制。具体系统组织流程如图1所示。

图1 高速公路隧道单灯控制系统架构图

目前，单灯智能控制下的高速公路隧道照明系统包括多个方面，且内部系统结构比较复杂，通常包含管理操作软件、管理操作平台和单灯控制器等，管理操作软件一般指的是手机APP软件，可通过软件完成指令的输入。而单灯控制器一般安装在隧道照明控制柜处，与终端控制器的连接，组成隧道内通信网络系统，通过系统主站提供的服务器进行控制。为体现系统的智能效果，该工程项目的高速公路隧道单灯控制照明系统对于亮度进行了加强控制，尤其是中间段亮度，具体参数设置如表1所示。

表1 高速公路隧道单灯控制系统中间亮度设置表

该系统在实际运行过程中，将电力载波通信技术应用到单灯控制器后，可实现对控制器数据的转换，实现对数据的有效控制，进一步加强对每个照明灯的控制效果。在安装单灯控制器时，需要对整个隧道内线路加强控制，通过与隧道照明等接线盒的连接，对智能控制管理系统执行效果进行加强[1]。同时加强与系统之间的距离控制，具体计算过程如下：

式中：S表示灯具亮度控制距离，km；N表示灯具数量；Ic表示输入端的控制电流，A；R表示一段区域内的线阻；V表示控制线最大承受电压。

3 系统设计要点分析

3.1 单灯控制器

单灯控制器对于单片机要求相对较高，通过单片机的合理选择，可保证单灯控制器具有良好的运行效果。高速隧道工程在设计单灯控制器过程中，以Atmegal16单片机为主，该单片机内含有智能性较高的芯片，控制器整体工作效率得到提升，且能耗程度下降，系统处理效果也会进一步加强，具有良好的性价比[2]。

为进一步保证高速公路隧道的稳定运行，单灯控制器功能要进一步提高，对电参量进行控制外，对故障问题自动诊断。目前，大部分单灯控制器采用0～10 V方式进行无极调光，在实际运行过程中，采集电压、电流以及功率等因素，处理后储存到系统中。通过对以上因素的分析，能进一步判断隧道内是否出现异常现象，提升智能控制效果，对故障信息主动上报，通过发出指令完成对照明效果的控制。对于单灯控制器的参数也需要进行设计，具体设计标准如表2所示。

表2 单灯控制器参数设计表

3.2 集中控制器设计

集中控制器设计需要结合系统运行实际情况进行选择。比较常用的集中控制器为IDGS-1路灯物联数据集中器，供电效率为220 V，且控制器内设置采集设备，对隧道照明配电柜运行参数进行采集，实现对信息数据的掌握。在通信方式选择方面，可选择GPRS和CDMA等通信方式，主要目的是掌握信息数据采集位置，寻找到合适的解决方式。在监控终端处还带有通用接口，这种接口能与设备之间产生有效连接，不仅提升设备运行效率，同时可提升节能效果，实现对系统的统一控制。在集中控制器设置的影响下，可在系统内安装LCD显示屏，显示屏播放内容包括高速公路隧道行驶注意事项。后续维修人员可通过手动操作的方式，对集中控制器终端进行维护管理，对照明控制柜内运行参数加强控制，不断丰富系统功能[3]。

3.3 车辆检测器设计

车辆检测器设计可根据车辆检测方法展开，目前常见车辆检测方法包括无线地磁检测、环形线圈检测、视频检测和雷达检测等，通过对车辆检测器的合理设计，可使系统检测效果得到优化，后续使用更加便捷，使用成本也会降低。通常在高速隧道内设置两组车辆检测器，其目的是确定隧道内照明灯具的工作状态，确定隧道内的照明效果，同时将车辆检测器分别作为预检检测器和入口检测器使用，预检检测器主要是对车辆进行预检，提前检测车辆行驶情况，防止车辆抵达隧道开灯后带来的不适应性，同时也尽可能避免照明灯频繁地开启与关闭。入口检测器得出的数据通常对控制算法加强应用，将计算后得出的结果作为主要输入数据，同时确认车辆是否能够安全通过隧道。从以上内容可以看出，车辆检测器设计重点在安全方面，目的是保证车辆安全稳定运行。

3.4 LED灯光调节设计

LED灯光调节模式包括灯管阵列控制手段、灯群控制手段和无极调光手段等。在以往照明方式的影响下，隧道内照明亮度保持不变，灯阵列及灯群组亮度调节控制方式呈阶梯式，整体照明效果相对较差。从3种调整方式来看， 只有无极调光方式能实现对LED灯光的调节，实现线性调整，满足隧道内的亮度需求。目前，LED无极调光模式主要分为3种，即模拟调光、可控硅调光和PWM调光，其中，模拟调光主要对光亮进行模拟，在一定范围内调节光亮，这种调节方式具有一定的局限性，调节效果较低。可控硅调光虽然调节效果比较突出，但是对周围环境要求相对较高，施工难度较大，整体调节效率较低。PWM调光模式在单灯控制器影响下，对驱动器设备发射数字脉冲信号，在该信号影响下，可使驱动器控制效果得到加强，对灯源控制能力提高，实现调光效果。

4 控制手段策略分析

目前，隧道照明系统设置主要部分在入口位置处，通过对入口位置的调节，保证入口亮度。将入口段位置作为主要控制输出手段，通过对亮度、车速以及交通量参数的调整，进一步加强对照明亮度的控制。

同时为加强照明灯的使用寿命，减少电能浪费情况，提高照明效果，在实际建设的过程中，要重视车辆检车仪器的应用，对不同时段车流量大小进行判断，根据具体的判断结果控制基础照明亮度，实现自动调节功能。对于单灯控制器也需要进一步提高重视程度，调节照明灯的开闭时间和亮度，强化单灯控制器功能。在优化控制系统时，通常会根据亮度检测数据进行调整，完成对车流量数据的统计，通过不同计算方式得到照明灯的亮度百分比，以此达到良好的照明效果，尽可能减少对驾驶员的视觉影响。如果出现停电现象，通过无极调光控制器的应用，调整照明功率，并且保持住应急照明配光特性，与以往照明效果相一致，尽可能减少斑马效应的出现，提高安全效率，尽可能避免交通意外事故。

5 结论

综上所述，结合相关工程案例，对单灯智能控制下的高速公路隧道照明管理系统设计要点进行分析研究。从以上设计内容可以看出，要想保证系统建设的效率，系统功能应更加突出，要进一步加强对无线通信技术、信息处理技术以及电力载波技术的应用，通过各种技术完成对高速公路隧道照明系统的无极调光控制，对驾驶员视线进行优化，在保证良好照明控制的基础上，达到预期的节能效果。