公路隧道智能照明控制系統(tǒng)方案

摘要：結(jié)合隧道交通與隧道內(nèi)實(shí)際環(huán)境的具體需求，分析公路隧道照明控制方式現(xiàn)狀，提出適合公路隧道的智能照明控制系統(tǒng)，探討該系統(tǒng)對(duì)提升隧道照明質(zhì)量、增加節(jié)能效益方面的貢獻(xiàn)。

0.引言

公路隧道的照明系統(tǒng)，是為了把必要的視覺(jué)信息傳遞給駕駛員，防止因視覺(jué)信息不足而出現(xiàn)交通事故，從而提高駕駛上的安全性、增加司乘人員的舒適感。隧道照明與普通道路照明的顯著不同是隧道白天也需要照明，而且白天照明的問(wèn)題比夜間更加復(fù)雜。

1.隧道照明設(shè)計(jì)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)

隧道好照明設(shè)計(jì)的參照標(biāo)準(zhǔn)主要有以下這些：

GB/T 31832-2015 《LED城市道路照明應(yīng)用技術(shù)要求》

GB/T 34846-2017 《LED道路隧道照明專用模塊規(guī)格和接口技術(shù)要求》

DB52/T 1496-2020 《高速公路隧道照明設(shè)計(jì)規(guī)程》

DB41/T 1606-2018 《公路隧道照明系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程》

DB32/T 3692-2019 《城市隧道照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》

DB14/T 722-2012 《公路隧道照明設(shè)計(jì)規(guī)范》

JTG/TD70/2-01-2014 《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》

目前這些標(biāo)準(zhǔn)主要著重于規(guī)范公路隧道照明設(shè)計(jì)中如何選擇合適的光源(燈具)，隧道各個(gè)分段照度與均勻度的要求等光學(xué)參數(shù)。

而針對(duì)隧道智能照明控制系統(tǒng)的方案論述較少，也較為籠統(tǒng)，尚無(wú)法很好地指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

2.隧道智能照明控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

(1)按回路控制

LED光源大量應(yīng)用之前，隧道照明控制系統(tǒng)大多采用分回路按洞外亮度或按時(shí)序控制加強(qiáng)照明。此方式通過(guò)開(kāi)關(guān)照明回路的方式增減工作燈具，從而達(dá)到控制照度輸出的目的。組合一般照明和應(yīng)急照明回路，能夠滿足“晴天、陰天、重陰、夜間、深夜”等不同的工況要求。

其優(yōu)點(diǎn)在于控制系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，控制可靠性高。其缺點(diǎn)體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：

a.施工成本高。因同一供電距離內(nèi)有多個(gè)供電回路，造成電纜數(shù)量相對(duì)于其他方案成倍增加，布線施工費(fèi)用大幅上升。

b.照明效果欠佳。因控制方式為回路開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)關(guān)閉部分照明回路時(shí)，該工況下照明燈具間距過(guò)長(zhǎng)，造成隧道路面連續(xù)且反復(fù)交叉出現(xiàn)“亮帶”和“暗帶”，形成斑馬效應(yīng);或當(dāng)關(guān)閉一側(cè)基本照明(深夜)時(shí)，造成各行車(chē)道之間的照度不均勻，使得隧道照明縱向均勻度過(guò)差，以致駕駛員的視覺(jué)效果變差并會(huì)加重視覺(jué)疲勞。

c.僅依靠時(shí)序和采集洞外照度值控制隧道內(nèi)燈具的開(kāi)關(guān)，并沒(méi)有利用其他數(shù)據(jù)形成一個(gè)可控的閉環(huán)系統(tǒng)。忽視了燈具的調(diào)光特性，不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜的隧道內(nèi)環(huán)境、交通工況等變化需求。

(2)按回路調(diào)光

隨著LED光源的大量應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)燈具的調(diào)光成本越來(lái)越低，系統(tǒng)的可靠性也大幅上升。在原本的回路開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)上再加上調(diào)光總線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)分段的燈具亮度輸出調(diào)節(jié)功能。

相對(duì)于傳統(tǒng)的回路控制方案，其優(yōu)點(diǎn)在于：

a.大幅減少供電回路的數(shù)量，降低電纜的布設(shè)與施工成本。

b.同一段內(nèi)所有燈具統(tǒng)一調(diào)節(jié)亮度輸出，避免了回路開(kāi)關(guān)方案中由于照度不均勻而導(dǎo)致的斑馬效應(yīng)。

c.燈具負(fù)荷比較平均，不會(huì)由于部分燈具使用頻度不一致而導(dǎo)致光衰不平衡。

d.可以根據(jù)燈具的光衰特性，在使用初期限制其亮度，保證在燈具整個(gè)生命周期內(nèi)照度輸出恒定。既節(jié)省了能耗，又有助于延長(zhǎng)燈具使用壽命。

回路調(diào)光控制的局限性是尚無(wú)法對(duì)每一盞燈具進(jìn)行獨(dú)立的控制，并獲取燈具的工況狀態(tài)數(shù)據(jù)。

(3)有線單燈控制

今年來(lái)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，市面上也開(kāi)始出現(xiàn)通過(guò)數(shù)字通訊總線對(duì)隧道照明燈具實(shí)施單燈控制的方案。一般采用RS485或DALI協(xié)議作為通訊協(xié)議，可以通過(guò)的地址對(duì)每一盞燈具進(jìn)行調(diào)光與開(kāi)關(guān)控制。并實(shí)時(shí)反饋每一盞燈具的電壓、電流、功耗、溫度等工況運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)燈具故障或具有故障隱患時(shí)可以馬上向管理人員報(bào)警，以便及時(shí)安排更新與維護(hù)。

這種新方案的優(yōu)點(diǎn)是，可以進(jìn)一步減少供電電纜的使用量，并可以掌握每一盞燈具的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

但是就目前來(lái)講，其造價(jià)還是比較高昂，同時(shí)引用了大量的高新通訊技術(shù)，調(diào)試復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性反而不及回路調(diào)光的方案。方案整體性價(jià)比不高。

(4)無(wú)線單燈控制

同時(shí)，針對(duì)一些隧道照明改建類(lèi)項(xiàng)目，現(xiàn)場(chǎng)不具備二次布線的條件。目前也有一些隧道照明改造時(shí)開(kāi)始嘗試采用無(wú)線通訊的單燈控制。理論上也能達(dá)到有限單燈控制同樣的功能效果。

但依目前實(shí)際使用的情況來(lái)看，隧道內(nèi)電磁環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜，很容易受到各種無(wú)線電噪聲的干擾，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。無(wú)法滿足隧道照明控制對(duì)于可靠性的嚴(yán)格要求。

3.LED燈具調(diào)光總線的選擇策略

目前常用的燈具調(diào)光接口一般采用PWM調(diào)光與0-10V調(diào)光兩種方式

(1) PWM調(diào)光

通過(guò)控制PWM占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)燈具的調(diào)光輸出。

優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。

缺點(diǎn)是長(zhǎng)距離傳輸容易引起波形畸變，影響調(diào)光效果，同時(shí)較容易發(fā)生頻閃的問(wèn)題。

(2) 0-10V調(diào)光

通過(guò)調(diào)節(jié)總線電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)燈具的亮度調(diào)節(jié)。

優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)，調(diào)光無(wú)頻閃，效果穩(wěn)定可靠。

缺點(diǎn)是總線發(fā)生短路時(shí)，燈具將調(diào)至較暗，影響現(xiàn)場(chǎng)照明效果。

綜上所述，目前常用的兩種調(diào)光技術(shù)在隧道照明的應(yīng)用中都有其局限性，無(wú)法完全滿足公路隧道照明嚴(yán)格要求。

所以，在公路隧道照明的調(diào)光總線，建議采用0-5V的反邏輯電平。0V代表亮、5V代表暗。這樣既可以保證信號(hào)穩(wěn)定，無(wú)頻閃。同時(shí)還能夠保證在總線發(fā)生短路故障時(shí)，燈具能夠保持高亮度，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)照度要求標(biāo)準(zhǔn)，造成安全隱患。

4.隧道智能照明控制系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品介紹

4.1 功能介紹

一般通用智能照明控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下圖所示：

在隧道智能照明的應(yīng)用中，系統(tǒng)可以在監(jiān)控室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，場(chǎng)景設(shè)定，日光照度采集自動(dòng)控制等功能。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用產(chǎn)品介紹

4.2.1 調(diào)光驅(qū)動(dòng)器

ASL220-SDx/16系列或ASL210-SDx/16系列調(diào)光器驅(qū)動(dòng)器(以下簡(jiǎn)稱調(diào)光器)，是基于ALIBUS總線智能控制系統(tǒng)的調(diào)光模塊，該調(diào)光器通過(guò)弱電控制強(qiáng)電，采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)，是具有高穩(wěn)定性、高可靠性的智能控制模塊，配合其他控制模塊如：智能面板，觸摸屏實(shí)現(xiàn)照明控制的智能化。

4.2.2戶外照度傳感器

戶外照度傳感器ASL220-L/O對(duì)弱光也有較高靈敏度;具有測(cè)量范圍寬、線形度好、外殼防護(hù)等級(jí)高、使用方便、便于安裝、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，適用于各種場(chǎng)所，尤其適用于城市道路照明、景觀照明等應(yīng)用。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，公路隧道運(yùn)營(yíng)各個(gè)系統(tǒng)息息相關(guān)，將智能控制技術(shù)與隧道照明相互融合，則可以使公路隧道光環(huán)境系統(tǒng)集合智能、監(jiān)控、節(jié)能等特點(diǎn)，做到照明系統(tǒng)集中控制，光源亮度、色溫智能可調(diào)。

審核編輯：湯梓紅