隧道照明智能节能系统设计与研究

仇徐仁

引言

智能照明节能管理系统，应具备智能控制、节能和电缆防盗等功能，能够实现及时发现光源故障、电缆被盗；随时调整开关灯时间，具备天文控制功能，也就是开关灯时间随着季节的变化自动进行时间调整随时了解运行参数，及时发现运行异常，将传统的人工"巡灯"制度改为"值班"制度。系统应将采集到的数据自动进行存储、统计、并能随时进行査询和打印，能够通过中央监控中心监控屏幕显示进行光源点及区间监视及控制。

1隧道照明节能灯具

在照明节能研究中，节能光源是节能研究的重要方面。我国公路隧道照明灯具经历了白炽灯、荧光灯、低压钠灯、无极灯、高压钠灯、LED灯等光源阶段。隧道照明节能光源的研究主要在两方面：其一是通过对比不同光源性能来选择合适的照明灯具；其二对隧道照明灯源的配光曲线进行研究实验或设计。对电磁感应灯与高压钠灯应用于九景高速雁列山隧道进行了改造和对比试验，试验表明电磁感应灯的隧道照明性能比高压钠灯好，但是两者的节能效果并未探讨。对LED灯与普通的高压钠灯进行对比分析，发现LED灯比传统高压钠灯省电50%~60%。通过对上海地区隧道使用的三基色荧光灯、高压钠灯、无极荧光灯的性能进行了测试和对比，结果显示无极荧光灯更节能。对公路隧道照明灯具进行了配光实验研究，实验利用常规的高压钠灯与逆光高压钠灯进行比对，检验其节能效果依据隧道照明需求逆向设计灯具的光分布来实现节能的研究，通过建立光源模型来设计隧道所需的照明配光曲线，最终仿真实验表明，依据配光曲线设计的LED比传统的LED节能12%。

2公路隧道照明的特点

（1）分段式照明。由于隧道的特殊性，在车辆进入到隧道之后即使打开车灯，人类的眼睛也可很难瞬间接受黑暗，隧道中必须要24h都有灯来照明，使人类可以适应视觉上的快速转换。而且由于隧道的长度问题，白天的时候，隧道的入口和出口更加接近外界，即亮度也比较接近外界，所以入口和出口的灯的功率可以大一点，但是从隧道入口或出口逐渐向中间过渡时，照明灯的功率也要随之减小，最大程度上减轻驾驶者的视觉转换的难度。而且由于公路的车速较快，对于隧道的照明功率要有精确的计算。下面就简单说明几种常用的隧道灯，以及它们常出现的位置。（2）依据天气状况照明。由于白天和夜间，晴天和阴天外界的亮度不同，需要不同功率的照明设备;隧道高度的不同，城市与郊外的不同也会影响到隧道照明的功率，也就对照明设备的质量标准由不同的要求。所以，对于隧道照明也需要根据外界环境的变化进行一定的调节，这就涉及到了照明智能系统的设计。智能照明可以随着外界的亮度对隧道的照明进行智能的调节，这样不仅可以尽可能的实现驾驶者的视觉过渡，也可以减少因长时间隧道灯亮度不变而造成的不必要的电能浪费现象的发生。而且在隧道中时常会有烟雾集聚，这就需要隧道照明灯有透雾性高的性能，这也是隧道照明系统中对智能的一项要求。

3公路隧道照明智能节能系统设计

3.1智能驱动器节能方案

目前最合理成熟的节能方案是用现代物联网技术远程集中控制，并且动态调整隧道不同功能段的照度。采用带有RS485通讯功能的单灯智能驱动器，通过485总线与中央控制中心的电脑互联互通，根据天气、环境、流量实时的调控每个区域的光源开、关时间及照度调整，在隧道口安装照度传感器，实时根据天气状况自动控制各区段照度。目前在照明节能领域多数技术是采用GPRS和单独组网只能做到开关灯时间控制，不能达到随时进行光源照度调整而节电。假设一条铁路有个10隧道，可以设置一个总控室（管理中心）和10个分控室（各隧道维护所），总控室可以查看所有条隧道的照明情况，分控室可以控制自己所管辖隧道的灯光照明情况。系统自带精确的巡检功能和灯具、设备的故障点位置确认系统，大幅度降低照明维护时间和成本。使用智能驱动器，大幅度地降低了启动时的电流冲击，降低无功和谐波电流，减小变压器的负载，降低线路损耗，减少对电网的污染。智能驱动器不受电网电压高低变化影响，始终以一种恒功率给负载灯具提供稳定的电流，这是目前市场上常用的节电器、电子镇流器不具备的特殊功能，也是其节电率超过其他节电产品（一般节电率20%以下）达50%的根本原因。

3.2隧道照明主控制器设计

隧道外的亮度是主要因素，公路隧道的照明要根据不同时间，不同天气状况导致隧道外亮度的变化，对照明系统进行控制，使其满足行车需求。车速也在其中起着决定性的作用，如果外界地形比较平坦、公路的弯路较少，车速也会随之较高，这就要求公路隧道内部的照明功率要高一些，以减少驾驶者的视觉转换时间，从而降低交通事故的发生率;反之，如果公路限速较低，隧道照明就可以功率低一点，以起到节能的目的。此外，车流量也起着一定的作用，需要根据车流量不同时对照明需求进行分析，并在主控制器设计时要将其考虑在内。在分析了影响公路隧道的照明因素，以及会有怎样的影响之后，就要对数据进行适当的整理，并据此建立数学模型，并将其赋予到系统当中，使系统可以根据不同的外界状况，对照明功率进行调整。

3.3隧道照明节能研究的智能通信

在隧道建设中，隧道通信方式的选择对隧道的建设成本具有一定的影响，同时其还将影响隧道的智能化程度。由于不同的通信方式，其信息传输的有效性、快速性、稳定性等方面都不一样，因此，在隧道智能控制研究中，其显得尤为重要。目前国内外的隧道照明通信网络主要有简洁的LonWorks总线、传统的RS485总线、高效的CAN总线以及无线或者物联网等。电力线不仅可以为照明系统提供电源，同时也可作为通信网络的传输介质，如此，照明控制系统就不需额外铺设通信线，从而减少了隧道照明系统建设成本。利用RS485总线作为LED隧道照明控制系统的通信网络，将中央控制器、区域控制器以及各种探测传感器连接而成，从而使得隧道系统能够快速传递信息。

3.4建立有效的维护管理制度

首先，对照明系统要进行定时的检修，即使是在灯具安装之前也要对灯具进行安装场所、灯内配线等方面的检查，以保证灯具可以正常使用，从而使其可以正常的工作，延长使用时间，降低事故的发生率;对于系统来说要尽量使其工作程序简单，节约系统工作时的反应时间。其次，在灯具安装时必须要了解清出它的作用，并准确安装，比如各种标志灯的指示方向应当正确无误、应急灯必须灵敏可靠、事故照明灯具应有相应的标志;第三，要做好消防安全措施，最重要的是相关的工作人员要做好保护措施。

结语

根据不同天气、不同隧道对照度的不同需求，动态调节达到节电效果，例如在天气晴朗时，需提高引人引出段的照度，避免"黑洞"效应，天气阴暗或夜晚时，适当降低引人引出段的照度，在车流高峰低峰段动态调整照度达到节能目的。

参考文献

［1］陈志．公路隧道LED照明智能单灯控制调光节能系统研究［J］．中国交通信息化，2016.

［2］张飞．城市公路隧道照明节能系统研究［D］．武汉理工大学，2015．