汪晶

(上海隧道工程有限公司， 上海 200062)

0 引 言

近十幾年來我國大力推進交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，全國范圍內(nèi)廣泛開展縣縣通高速工程，為提高城鄉(xiāng)交通建設(shè)水平和加快實現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。在交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)過程中，受我國地理條件的影響，如中西部高原多山和東南部丘陵多水域等，需要建設(shè)大量的山體隧道和水底隧道。隨著通信、計算機、圖像處理和控制等技術(shù)持續(xù)革新，安全、便捷、舒適、經(jīng)濟和高效的交通環(huán)境受到廣泛關(guān)注。人們對日常交通提出了更高的要求，智慧隧道呼之欲出。隧道照明作為隧道機電設(shè)施中的必要部分，向智能化方向發(fā)展是一個必然的趨勢。一個良好的智能照明系統(tǒng)不僅能給駕駛員提供一個舒適的行車環(huán)境，提高行車安全性，同時也能實現(xiàn)國家節(jié)能減排的目標，實現(xiàn)按需照明和降低照明的能耗，達到最大限度的節(jié)能目的。

1 隧道照明系統(tǒng)的組成

隧道作為一種特殊的密閉建筑結(jié)構(gòu)，在保障通行安全的情況下必須提供足夠的照度。駕駛員作為車輛的操作者，對道路狀況和相應(yīng)信息的接收尤為重要。當(dāng)車輛在不同時間段和氣象條件下進入隧道，環(huán)境和光強的變化，會引起駕駛員的視覺變化。由于人眼視覺滯后效應(yīng),會產(chǎn)生視覺盲區(qū)。當(dāng)駕駛?cè)藛T行駛到隧道出口附近,由于洞內(nèi)外亮度差會產(chǎn)生“白洞效應(yīng)”[1],這都將對行車安全造成影響。為減小這種現(xiàn)象對駕駛員的影響，隧道內(nèi)部的照明不僅要求有足夠的照度，而且需要按照一定的亮度曲線進行設(shè)置。隧道照明系統(tǒng)主要由隧道中間段照明、入口段照明、過渡段照明、出口段照明、接近段減光設(shè)施、應(yīng)急照明以及洞外引道照明等組成[2]。通過對這些常規(guī)的隧道照明設(shè)施進行智能控制調(diào)節(jié)，實現(xiàn)隧道照明的要求。

2 隧道照明智能化控制的實現(xiàn)方式

近年來，隨著LED照明燈具的發(fā)展，隧道LED照明已經(jīng)取代隧道熒光燈和隧道鈉燈，成為隧道的主照明。相對于傳統(tǒng)的隧道照明，LED燈具和調(diào)光電源的使用使得精細化的調(diào)光功能得以實現(xiàn)。結(jié)合安裝在隧道洞內(nèi)、洞外的光照度儀和光強度儀，洞內(nèi)的COVI傳感器與車輛檢測器，以及視頻分析數(shù)據(jù)的處理，使隧道內(nèi)的照度能夠按照理論的光亮度曲線進行調(diào)光，提供駕駛?cè)藛T一個最為舒適的視覺效應(yīng)，另外在車輛通行較少的時間段，降低隧道內(nèi)照明，實現(xiàn)節(jié)能的目的。

以上海在建的某隧道智能照明系統(tǒng)為例，分析整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)為分層分布式結(jié)構(gòu)：第一層是上海隧道照明上級管理機構(gòu)智能照明監(jiān)控系統(tǒng)，與隧道節(jié)點控制中心通過專網(wǎng)或4/5G專用網(wǎng)絡(luò)進行通信；第二層是隧道內(nèi)部隧道照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)與隧道照明現(xiàn)場控制器通過隧道內(nèi)部敷設(shè)的光纖環(huán)網(wǎng)進行通信，亦或可以通過設(shè)置在隧道內(nèi)部的4/5G網(wǎng)絡(luò)進行通信；第三層是現(xiàn)場智能照明控制層，包括現(xiàn)場控制單元、調(diào)光電源和照明燈具。整個隧道照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 隧道照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

按照目前通用的調(diào)光模式，隧道內(nèi)智能照明的控制結(jié)構(gòu)可根據(jù)實際的需求進一步細分，有以下幾種模式：①采用0～10 V調(diào)光;②采用總線形式調(diào)光；③PWM調(diào)光。0～10 V和總線形式調(diào)光模式目前在隧道調(diào)光中得到應(yīng)用，都有相應(yīng)的優(yōu)點。

0～10 V調(diào)光是一種模擬調(diào)光方式，具有簡單可靠、生產(chǎn)成本低和安全性高等優(yōu)點，但也受到傳輸距離的限制。由于對應(yīng)的0～10 V 電壓在線路上產(chǎn)生壓降，長距離傳輸可能導(dǎo)致調(diào)光不勻，因此一般應(yīng)用在較短的距離范圍內(nèi)。

總線形式調(diào)光一般采用DALI協(xié)議進行調(diào)光，該協(xié)議是一種開放式的國際標準照明控制通信協(xié)議。通信方式采用半雙工，速率為1 200 Bps, DALI 可以通過最大64個短地址和16個組地址構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),一個主機可以控制一個或多個從機,以半雙工方式進行通信[3]。DALI協(xié)議控制方式相對于0～10 V調(diào)光有優(yōu)點也有缺點。優(yōu)點是：在具體實施中，對總線的線材要求不高，不必采用屏蔽雙絞線或?qū)Ｓ玫耐ㄐ烹娎|；調(diào)光可以控制到每個LED燈，對燈具按預(yù)設(shè)的模式進行編組調(diào)光，結(jié)合隧道內(nèi)外的傳感器可以做到按需控制，調(diào)光可以實現(xiàn)過程平滑和燈光無閃爍。 缺點是：電源成本較高，各個廠家的產(chǎn)品互換性可能存在問題。

針對上述調(diào)光方式，可在隧道內(nèi)按以下兩個方案進行建設(shè)。

方案一，應(yīng)用0～10 V調(diào)光方式進行調(diào)光控制，如圖2所示。

圖2 智慧隧道照明整體解決方案一(智慧獨立方案)

該方案是一個完整的低成本和高智能化的一體化方案。方案的優(yōu)點在于支持各種類型的隧道燈，支持0～10 V調(diào)光功能，同時在新建隧道時，可按照三相平衡的原則進行安裝應(yīng)用。利用T-LCU的用電監(jiān)測能力，可以實現(xiàn)每一組LED燈具的在線監(jiān)測，如一組控制10盞50 W LED燈具，那么利用T-LCU的電參數(shù)實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)測。如果檢測到功率下降或電流下降，就可以計算出整條回路中有幾盞燈故障，方便后期隧道的管理養(yǎng)護工作。通過光纖環(huán)網(wǎng)連接的所有T-ACU區(qū)域控制器，全部接入到隧道機房內(nèi)的智能照明控制中心，形成隧道端的監(jiān)控子平臺，并遵循DG/TJ 08—2296—2019《道路照明設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標準》中平臺與隧道內(nèi)子平臺之間的互通互聯(lián)方式。隧道端的監(jiān)控子平臺與上級行業(yè)管理平臺之間通過專網(wǎng)或4/5G網(wǎng)絡(luò)，采用VPN等方式連接。

方案二：應(yīng)用DALI總線調(diào)光方式進行調(diào)光控制，如圖3所示。

圖3 智慧隧道照明整體解決方案二(單燈獨立方案)

該方案是一個完整的高成本和高智能化的一體化方案。利用總線區(qū)域集中控制器將隧道內(nèi)的照明分為多個區(qū)段，通過總線實現(xiàn)調(diào)光功能，獨立控制到每一個燈具，每個總線區(qū)域集中器可以管理多個單燈控制器；為實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和時效性，單燈控制器數(shù)量不超過50個為宜。同時利用集中器自身自帶的邏輯業(yè)務(wù)功能，實現(xiàn)對所管轄的所有單燈控制器進行實時管理、實時監(jiān)測和實時分析，并將信息主動上報T-ACU；利用T-LCU的用電監(jiān)測能力，實現(xiàn)每一盞LED燈具的在線監(jiān)測。通過光纖環(huán)網(wǎng)連接的所有T-ACU區(qū)域控制器，全部接入到隧道機房內(nèi)的智能照明控制中心，形成隧道端的監(jiān)控子平臺，并遵循DG/TJ 08—2296—2019標準中平臺與隧道內(nèi)子平臺之間的互通互聯(lián)方式。隧道端的監(jiān)控子平臺與上級行業(yè)管理平臺之間通過專網(wǎng)或4/5G網(wǎng)絡(luò)，采用VPN等方式連接。

以上兩種控制模式在上海隧道均得到應(yīng)用，智能照明系統(tǒng)的實施不僅為駕駛?cè)藛T提供了一個安全可靠的駕駛環(huán)境，提升了駕駛?cè)藛T的滿意度、舒適度及體驗感，而且有效降低了事故的發(fā)生，為人民的安全出行提供保障。

在前文提到的某在建隧道，智能照明控制方式將采用方案一來實施隧道照明控制。

3 隧道智能化照明的功能

(1) 系統(tǒng)包括系統(tǒng)功能、控制方式、接口、控制設(shè)備和軟件要求等，能適應(yīng)隧道特殊的使用環(huán)境。

(2) 能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動控制、遠方遙控或就地手動控制的功能。

(3) 能夠根據(jù)隧道外部氣候條件、隧道內(nèi)平均車速和流量進行照明亮度的自動調(diào)節(jié), 降低照明能耗。

(4) 實現(xiàn)隧道分段亮度調(diào)節(jié)的功能：按入口段、過渡段、隧道內(nèi)部、過渡段和出口段進行調(diào)節(jié)。

(5) 系統(tǒng)對LED隧道燈的控制采用0～10 V控制。

(6) 能夠根據(jù)時間、亮度和氣候等條件所設(shè)定的運行模式進行調(diào)試和控制，根據(jù)操作員的操作權(quán)限對系統(tǒng)時控和光控等模式進行參數(shù)按需設(shè)置。

(7) 照明系統(tǒng)具有設(shè)備自動診斷、巡檢功能以及現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集功能，采集的設(shè)備信息包含：各個LED隧道燈組燈的亮度等級，LED隧道燈和調(diào)光電源的故障信息，燈具、電流、電壓和功率等監(jiān)測告警。

(8) LED隧道燈與控制系統(tǒng)失去通信時，延時10 min后，燈亮度自動調(diào)到100%，保證故障時照明。

(9) 系統(tǒng)應(yīng)支持廣播和點播等多種通信，同時提供必要的網(wǎng)絡(luò)安全措施。系統(tǒng)軟件支持在線升級。

(10) 隧道 LED 照明控制系統(tǒng)應(yīng)以數(shù)據(jù)、圖形和圖像等方式顯示隧道內(nèi) LED 照明系統(tǒng)的運行情況和控制模式等[4]。自動按照預(yù)設(shè)的模式完成備份和數(shù)據(jù)文檔存儲，滿足管理方對數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)計和形成報表的需求。對各類日報、月報和年報自動進行對比分析，對設(shè)備和線路的電壓和電流等運行數(shù)據(jù)進行分析，同時設(shè)置權(quán)限管理。

(11) 當(dāng)隧道一旦發(fā)生火災(zāi),調(diào)光系統(tǒng)接收到FAS火災(zāi)報警信號,聯(lián)動控制隧道所有LED隧道燈具100%光輸出。LED調(diào)光系統(tǒng)如發(fā)生故障，故障區(qū)域內(nèi)的LED隧道燈100%光輸出[5]。

(12) 系統(tǒng)應(yīng)滿足規(guī)范對電磁兼容和諧波的要求，不應(yīng)對隧道內(nèi)設(shè)備的供電質(zhì)量產(chǎn)生影響，同時也不能對供電電網(wǎng)產(chǎn)生傷害。

(13) 為將來運營管理考慮，實現(xiàn)手機和平板電腦等設(shè)備的移動巡檢。

4 結(jié)束語

在我國道路交通設(shè)施高速發(fā)展形勢下，智能化、人工AI技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析等創(chuàng)新技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，改變了以往常規(guī)的隧道設(shè)計、建設(shè)和管理運營模式。隧道不再是一個簡單的交通通道，隧道內(nèi)照明也不僅僅只提供光照功能。在目前，大量的新技術(shù)和新產(chǎn)品在隧道內(nèi)的廣泛使用將促使隧道向智能化方向發(fā)展。為了提升隧道內(nèi)各類設(shè)備的使用效率，隧道監(jiān)控引入了綜合監(jiān)控系統(tǒng)，從而提升了整個隧道設(shè)備的綜合管理能力。借助綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成隧道內(nèi)設(shè)備工作數(shù)據(jù)監(jiān)控采集，加強后臺對設(shè)備的操控能力，提升了隧道設(shè)備運行穩(wěn)定性、可靠性和安全性。隧道照明作為隧道建設(shè)和運營所必需的基本系統(tǒng)，作為一個耗電大戶,其智能控制方式可以實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，為國家可持續(xù)發(fā)展提供助力。