高 建 山

(山西省交通信息通信有限公司，山西 太原 030006)

為了保證行車安全，隧道內(nèi)部必須有足夠的亮度。隧道照明需要耗費(fèi)大量的電能，為了節(jié)約能源，近年來隧道照明選用高亮度低能耗的LED燈具。以往隧道照明控制采用人工控制模式，能耗較高。隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能控制模式被應(yīng)用到隧道照明控制中，可有效節(jié)約電能消耗，節(jié)能效果好。

1 工程概況

貴州省都勻至安順公路第DAJD-1合同段，設(shè)計(jì)起訖點(diǎn)樁號(hào)為DYK0+053.255～DYK39+090，本合同段共有隧道8 座，其中短隧道2座、中隧道6座，1 000 m以上的隧道2座，隧道內(nèi)設(shè)計(jì)車速為80 km/h。為了保證隧道內(nèi)部照明亮度，通過計(jì)算確定隧道引入段、過渡段、中間段、出口段照明燈具的類型、功率和數(shù)量。隧道LED照明燈具選用大品牌大功率白光產(chǎn)品，發(fā)光效率不低于105 lm/W。LED的色溫范圍應(yīng)控制在5 000K±500，使用50 000 h光通量衰減不得超過30%。LED燈具輻射小，質(zhì)量好，單只燈具損壞不會(huì)影響其他燈具照明。與其他燈具相比，LED照明亮度大、功率低，為了節(jié)約能源，提高運(yùn)營管理經(jīng)濟(jì)效益，采用智能控制對(duì)隧道照明進(jìn)行控制。

2 隧道照明設(shè)計(jì)方案

在保證行車安全和舒適性的前提下，根據(jù)JTG/T D70/2—01—2014公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)隧道的位置、地形、地貌等因素，開展隧道照明設(shè)計(jì)。以牛角寨隧道為例，在對(duì)交通量開展預(yù)測的前提下，牛角寨隧道內(nèi)大功率LED燈具設(shè)計(jì)數(shù)量如下：變色溫120 W LED燈具124套、變色溫60 W LED燈具216套、30 W LED燈具566套，橫洞及停車帶用30 W LED燈具61套。誘導(dǎo)燈采用雙面發(fā)光帶6個(gè)LED燈，共317套，布置斷面如圖1所示。為了在隧道運(yùn)營后節(jié)約用電，提高隧道運(yùn)營效率，隧道照明管理采用智能控制系統(tǒng)。

3 隧道照明智能控制模式簡介

智能控制可以根據(jù)隧道內(nèi)部的亮度值對(duì)隧道照明亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，LED等級(jí)照明亮度不會(huì)長時(shí)間保持在某一等級(jí)，進(jìn)一步節(jié)約能源。尤其在夜間交流量突然增加的情況下，可有效保證行車安全。以往采用的高壓鈉燈亮度調(diào)節(jié)難度比較大，可調(diào)范圍也比較小。如果采用自動(dòng)控制需要將照明分級(jí)，對(duì)燈具進(jìn)行排列組合，通過燈具的組合確定開關(guān)數(shù)量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。然而，高壓鈉燈啟動(dòng)時(shí)間長，頻繁開關(guān)也會(huì)縮短其使用壽命，所以通常幾個(gè)小時(shí)才能調(diào)節(jié)一次。因此，這種控制模式并不能達(dá)到真正的實(shí)時(shí)控制。

以往的照明自動(dòng)控制僅考慮了隧道內(nèi)照明亮度，主要是通過分析隧道內(nèi)部和外部的亮度檢測值，調(diào)節(jié)隧道內(nèi)部的照明亮度，使駕駛員能夠盡快適應(yīng)隧道內(nèi)部和外部亮度變化，保證行車安全，但沒有考慮交通量、車速等因素的影響。

照度和亮度是隧道照明計(jì)算的兩個(gè)重要指標(biāo)，但隧道內(nèi)路面和障礙物的亮度是影響行車安全的關(guān)鍵。為了提高行車安全，在充分考慮隧道內(nèi)照明亮度、照度、交通量、車速等因素的情況下，采用智能控制系統(tǒng)對(duì)隧道照明進(jìn)行管理，智能控制流程如圖2所示。

將隧道內(nèi)交通量、車速、隧道外部亮度等變量輸入控制系統(tǒng)，隧道外部亮度通過洞口的數(shù)碼相機(jī)采集，交通量和車速通過環(huán)形線圈檢測器采集。通過既定控制策略算法計(jì)算確定隧道內(nèi)各路段的亮度值，通過智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各路段LED燈具照明的智能無級(jí)控制。智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)隧道的交通情況和洞口天空亮度隨時(shí)間的變化情況，確定各參數(shù)的更新時(shí)間間隔。如果隧道內(nèi)部交通量變化較大，更新時(shí)間間隔就小，以滿足不同交通流的照明要求。如果隧道洞口處的天空亮度隨時(shí)間變化率較大，更新時(shí)間間隔可適當(dāng)增大。隧道照明智能控制可以對(duì)隧道內(nèi)部LED照明燈具亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，節(jié)約能源，保證隧道安全、快速、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 智能控制節(jié)能效果分析

4.1 隧道外部亮度測試

隧道外部亮度測試可采用人工收集、在隧道洞外布置攝像機(jī)進(jìn)行收集，用于與其他隧道照明控制模式進(jìn)行對(duì)比分析，隧道外部平均照度測試結(jié)果見表1。本試驗(yàn)采用亮度采集器對(duì)隧道外部環(huán)境亮度進(jìn)行測試，測試頻率為每分鐘檢測一次，計(jì)算確定每小時(shí)的平均照度。由于夜間隧道外部照度為0，所以本次試驗(yàn)檢測時(shí)間段為6點(diǎn)～18點(diǎn)的白天。本次試驗(yàn)光照度單位為lux，本地試驗(yàn)時(shí)間為9月，6點(diǎn)～7點(diǎn)和17點(diǎn)～18點(diǎn)照度相對(duì)較低，中午照度較高。

表1 隧道外部平均照度測試結(jié)果 lux

4.2 隧道車流信息測試

文章以牛角寨隧道為研究對(duì)象，模擬分析確定車流量和行車速度，統(tǒng)計(jì)各時(shí)間段車流信息如表2所示。

表2 各時(shí)間段車流信息統(tǒng)計(jì)表

分析表1,表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)，隧道外部最大照度11 826 lux，出現(xiàn)在下午13點(diǎn)～14點(diǎn)，隧道內(nèi)最大車流量出現(xiàn)在10點(diǎn)～11點(diǎn)，為987 veh/h，最大車速為80 km/h。白天車流量較大，夜間相對(duì)較少，車速相差不大。

4.3 智能控制節(jié)能分析

本試驗(yàn)亮度采集器布置在距LED燈具3 m左右的位置，白天隧道內(nèi)部按照《細(xì)則》中亮度曲線進(jìn)行照明，夜間按中間段亮度進(jìn)行照明，記錄數(shù)據(jù)作為節(jié)能分析的依據(jù)。車速按80 km/h，車流量按照實(shí)測值對(duì)應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)的最大值確定。智能控制模式通過對(duì)隧道外亮度、車流信息進(jìn)行分析計(jì)算，確定調(diào)光信息，調(diào)節(jié)隧道內(nèi)部LED燈具的亮度。模擬隧道人工控制和自動(dòng)控制數(shù)據(jù)，將智能控制模式的電能消耗與其他兩種模式進(jìn)行對(duì)比分析，三種隧道照明控制模式電能消耗隨時(shí)間變化曲線如圖3所示。

分析圖3所示三種隧道照明控制模式電能消耗各時(shí)段變化曲線，人工控制模式電能消耗最高，其中早6點(diǎn)～晚18點(diǎn)這個(gè)時(shí)間段電能消耗最高。自動(dòng)控制模式和智能控制模式相比，智能控制模式電能消耗相對(duì)較低，節(jié)能效果良好。人工控制模式一天的電能消耗為48.753 kW·h，自動(dòng)控制模式為24.610 kW·h，智能控制模式為17.968 kW·h，說明智能控制模式可有效節(jié)約電能，節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)語

結(jié)合都勻至安順公路牛角寨隧道LED照明設(shè)計(jì)與施工實(shí)踐，對(duì)隧道外部亮度、車流信息進(jìn)行測試，對(duì)比進(jìn)行節(jié)能效果分析，得出以下結(jié)論：

1)隧道白天車流量大，隧道內(nèi)部照明電能消耗也較大，夜間車流量小，電能消耗也較少；

2)與隧道照明人工控制模式和自動(dòng)控制模式相比，人工控制模式一天電能消耗最高，智能控制模式電能消耗最低，說明該模式可有效減少電能消耗，節(jié)能效果明顯。