楊帥

（福建省高速公路集團有限公司莆田管理分公司，福建莆田 351100）

0 引言

當(dāng)駕駛員進入隧道時，突然由陽光下的高亮度環(huán)境轉(zhuǎn)換到隧道內(nèi)部的低亮度環(huán)境，會產(chǎn)生所謂的“黑洞效應(yīng)”，使得駕駛員的視線出現(xiàn)模糊暗淡的情況，很難看清道路情況。同樣的，當(dāng)駕駛員從隧道內(nèi)部出來，突然進入高亮度環(huán)境時，會產(chǎn)生所謂的“白洞效應(yīng)”，使得駕駛員的視線會出現(xiàn)明亮刺眼的情況。此類效應(yīng)會影響駕駛員的反應(yīng)時間和視線準(zhǔn)確度，進而增加駕駛過程中發(fā)生交通事故的風(fēng)險。

為了解決這個問題，需要采取一系列措施來減少隧道內(nèi)外亮度差異。例如，在隧道的出入口處安裝燈光設(shè)備，使隧道外部和內(nèi)部的光線逐漸過渡，減少光線的突變，從而讓駕駛員的眼睛逐漸適應(yīng)新的光線環(huán)境。此外，隧道內(nèi)部也可以設(shè)置適當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)施，以增強駕駛員在隧道內(nèi)部的視覺能力。還可以使用特殊的涂料或材料來反射光線，以增強隧道內(nèi)部的亮度。這些措施可以幫助駕駛員更好地適應(yīng)隧道內(nèi)外不同的光線環(huán)境，從而減少交通事故的發(fā)生率。

1 高速公路隧道照明現(xiàn)狀

目前，高速公路隧道的照明設(shè)施已經(jīng)得到很大改善。隧道內(nèi)部通常采用的是高強度氙燈或LED 燈等照明設(shè)備，以確保隧道內(nèi)部有足夠亮度，讓駕駛員可以清晰地看到前方道路和交通標(biāo)志。隧道內(nèi)部照明的亮度和顏色也要經(jīng)過嚴(yán)格的規(guī)劃和設(shè)計，以確保駕駛員的視覺能力不會受到影響。一般而言，隧道內(nèi)部的照明強度應(yīng)該比隧道外部的照明強度略高一些，這樣可以減少駕駛員從隧道內(nèi)部出來時產(chǎn)生的“白洞效應(yīng)”。

另外，為了進一步提高隧道內(nèi)部的亮度，一些高速公路隧道還安裝了光纖照明設(shè)備。這種設(shè)備能夠?qū)⒐饩€通過光纖傳輸?shù)礁鱾€角落，使隧道內(nèi)部的亮度更加均勻和明亮。同時，光纖照明設(shè)備也能夠增強隧道內(nèi)部的裝飾效果，為駕駛員提供更好的視覺享受。

此外，一些新型的高速公路隧道還采用可變照明技術(shù)。這種技術(shù)可以根據(jù)環(huán)境光線的變化自動調(diào)整隧道內(nèi)部的照明強度和顏色，以確保駕駛員的視覺能力不會受到影響。可變照明技術(shù)還可以根據(jù)車流量和天氣情況等因素，自動調(diào)整照明設(shè)備的亮度和顏色，以提高駕駛員的行車安全性[1]。

總體而言，隨著科技的不斷發(fā)展，高速公路隧道的照明設(shè)備越來越先進和智能化，為駕駛員提供更好的行車環(huán)境和視覺保障。

2 高速公路隧道照明節(jié)能系統(tǒng)概述

本文以莆炎高速莆田段岐山隧道A 道照明系統(tǒng)完善項目為案例，研究分析高速公路隧道照明節(jié)能系統(tǒng)的應(yīng)用。岐山隧道位于福建省莆田市境內(nèi)，A 道全長8039m，照明設(shè)計速度為100km/h。隧道按雙洞單向行車方式布設(shè)燈具，以電光照明實現(xiàn)隧道內(nèi)外的光過渡。工程項目中原隧道照明采用高壓鈉燈，此次改造全部替換為可調(diào)光的LED 燈，原燈位替換。具體節(jié)能系統(tǒng)組成如下所示。

2.1 毫米波雷達控制器及物聯(lián)LED 燈具分段控制器

岐山隧道A 道洞口入口情報板門架處安裝2 臺毫米波雷達控制器，通過抱箍固定分別朝向兩個車道中間位置，與毫米波雷達控制器的水平距離保持在10m，可在車輛未進洞口時檢測到車輛，實現(xiàn)提前亮燈（洞口安裝距離100m 為最佳距離，如隧道無門架或原有門架不符合安裝距離要求的可新增立柱安裝）。隧道內(nèi)每間隔35m 交替布設(shè)1 臺毫米波雷達控制器或1 臺物聯(lián)LED 燈具分段控制器。

設(shè)備接線安裝步驟如下。

一是固定支架：設(shè)備的支架固定在燈具來車方向的側(cè)邊，支架底部水平擺放，此時設(shè)備的出線孔位應(yīng)在隧道頂部方向，若設(shè)備的支架固定孔位與燈具支架的孔位對齊，則將燈具孔位的螺絲旋下，將設(shè)備的支架孔位與之對齊并鎖緊螺絲，若未對準(zhǔn)，則利用扎帶或轉(zhuǎn)孔的方式將設(shè)備按照以上方向固定在燈具上。切記支架底部應(yīng)水平，與燈具貼合而不是垂直。

二是連接信號線：將設(shè)備兩芯信號線（OUTPUT，棕正藍負(fù)）和燈具兩芯信號線正負(fù)極對應(yīng)連接，并用電工膠布包裹連接處（核對燈具上的標(biāo)志符號，與設(shè)備正負(fù)對應(yīng)）。

三是接入互感器（若有）：將燈具電源線的火線穿入互感器中。

四是連接電源線：設(shè)備和燈具電源均為220V，將設(shè)備和燈具的電源線一同接入應(yīng)急照明燈電源回路中。

五是調(diào)整設(shè)備方向：毫米波雷達控制器和物聯(lián)LED 燈具分段控制器在水平和垂直方向上角度可調(diào)，先擰松兩個方向上的固定螺釘，將毫米波雷達控制器朝向調(diào)至隧道中線位置，距離毫米波雷達控制器水平距離約26m 處（可用激光筆貼在毫米波雷達控制器外殼中部，根據(jù)手電筒光線方向輔助調(diào)整），調(diào)好角度后，擰緊固定兩個方位的螺釘。物聯(lián)LED 燈具分段控制器無須像毫米波雷達控制器一樣嚴(yán)格規(guī)定方向，只須調(diào)整到不遮擋燈光的位置即可。

六是記錄設(shè)備原始編號：將設(shè)備標(biāo)簽上的編號用記號筆記錄在設(shè)備安裝位置的墻面，離地面高度約1.5m 處。

2.2 網(wǎng)聯(lián)邊緣照明控制主機

網(wǎng)聯(lián)邊緣照明控制主機安裝于岐山隧道A 道入口機房內(nèi)，應(yīng)選擇與機房內(nèi)的攝像機交換機較近、有光照度信號線接口（預(yù)留）且4G 信號較強的位置，將網(wǎng)聯(lián)邊緣照明控制主機固定在墻上，高度以易于人員操作為宜[2]。

設(shè)備接線安裝步驟如下。

一是固定網(wǎng)聯(lián)邊緣照明控制主機：選好安裝位置后，將邊緣計算網(wǎng)關(guān)用膨脹螺釘固定在墻上。

二是天線安裝：將4G 天線、LoRa 天線從外殼上的天線孔位處穿至內(nèi)部，并將天線接頭接到電路板對應(yīng)天線的接口處。

三是連接外部傳感器：連接光照度的RS485、電表的RS485 線至電路板上的RS485 接口上，電路板上只有一個RS485 接口，所有采用RS485 通信的傳感器都接到此處。

四是連接電源線：邊緣計算網(wǎng)關(guān)采用220V 供電，將三芯電源線接至外部供電處。

五是整理所有線路，使線路整齊，沒有安全隱患。

2.3 洞口車流量車速檢測設(shè)備（道釘）

在距離隧道入口大于80m 處，根據(jù)車道數(shù)布設(shè)兩車道數(shù)個道釘，每個車道2 個道釘，間隔15m，兩車道的道釘錯位安裝，不要處于同一截面。在道釘附近的路邊，將車流量車速檢測設(shè)備網(wǎng)關(guān)固定在最近的桿上（100m 以內(nèi)，若桿的距離超過100m，則需在道釘附近護欄外自行立桿），高度不低于3m。

洞口車流量車速檢測設(shè)備（道釘）安裝如下。

一是選取車道中間位置安裝洞口車流量車速檢測設(shè)備（道釘），單車道安裝2 個道釘，2 個道釘之間間隔15m 安裝。

二是路面開孔：使用φ150mm 的水鉆取芯機在路面打一個70mm 深的孔（道釘高度65mm）。

三是放置道釘：將孔的底部和側(cè)面填充約180mL的環(huán)氧樹脂，以道釘放入后剛好填滿為宜，將道釘放入孔內(nèi)，輕輕按壓道釘?shù)纳媳砻媸沟泪數(shù)? 個定位支角剛好與路面接觸。道釘上透明蓋板有一處平口防呆缺口，防呆缺口統(tǒng)一朝向行車方向右方。

四是修復(fù)路面：將道釘上溢出的環(huán)氧樹脂沖洗干凈，道釘上的透明蓋板表面也要清洗干凈。

車流量車速檢測設(shè)備網(wǎng)關(guān)接線安裝如下。

一是固定：將網(wǎng)關(guān)用抱箍固定于桿上，高度不低于3m（推薦高度3m）。

二是連接電源線：有源網(wǎng)關(guān)采用220V 供電；無源網(wǎng)關(guān)利用太陽能板供電（需安裝太陽能板）。220V 分別接在有源網(wǎng)關(guān)的L（棕線）—N（藍線）—E（黃線）對應(yīng)接線上；無源網(wǎng)關(guān)的太陽能板接網(wǎng)關(guān)的電源線，紅線接紅線，黑線接黑線。

三是太陽能板安裝角度為42°正南方。

3 高速公路隧道照明節(jié)能方案設(shè)計

3.1 照明設(shè)計參數(shù)優(yōu)化方案

隧道內(nèi)照明亮度的分布通常會按照入口段、過渡段、中間段和出口段進行梯形變化，這意味著從隧道入口開始，照明亮度會逐漸增加，達到最高點，然后在過渡段開始逐漸減少，最終在隧道出口處達到最低點。這種亮度變化設(shè)計是為了確保隧道內(nèi)的照明充足且合理，同時也能夠減少照明所需的能量和成本。然而，這種亮度變化也會對駕駛員產(chǎn)生影響，因為在駕駛過程中，他們需要不斷適應(yīng)光線變化，這可能造成一定的視覺疲勞和不適，進而影響駕駛舒適度和安全性。因此，在設(shè)計隧道照明時，需要綜合考慮照明充足性、能耗和駕駛員的視覺舒適度等多種因素，以確保隧道照明的安全和效果[3]。

3.2 隧道照明智能控制方案設(shè)計

隧道照明是保障道路交通安全的重要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的隧道照明控制策略往往是固定的亮度曲線，難以適應(yīng)不同時間、天氣、交通流量等變化情況。因此，動態(tài)自適應(yīng)調(diào)光是提高隧道照明控制精度的重要手段。

近年來，深度學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展為隧道照明的控制提供了新的思路。其中，長短時記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）是一種常用的深度學(xué)習(xí)模型，適用于時間序列數(shù)據(jù)的建模和預(yù)測。通過對隧道內(nèi)傳感器采集的數(shù)據(jù)進行處理，可以建立基于LSTM 的模型，實現(xiàn)對隧道照明的動態(tài)自適應(yīng)調(diào)光。具體而言，模型訓(xùn)練的過程可以分為三個步驟。首先，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)建立LSTM模型，并通過回歸算法優(yōu)化模型參數(shù)。其次，將優(yōu)化后的模型應(yīng)用于實際隧道照明系統(tǒng)中，并通過實時采集的數(shù)據(jù)進行反饋和修正。最后，根據(jù)修正后的模型參數(shù)，更新隧道照明的亮度曲線，實現(xiàn)動態(tài)自適應(yīng)調(diào)光。除了LSTM 模型，模糊控制也是常用的隧道照明控制策略。在深度學(xué)習(xí)和模糊控制相結(jié)合的方法中，可以將LSTM 模型預(yù)測的亮度值輸入模糊控制系統(tǒng)，實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的調(diào)光控制。深度學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高隧道照明的控制精度。通過建立模型、進行訓(xùn)練和回歸，實現(xiàn)動態(tài)自適應(yīng)調(diào)光，可以更好地適應(yīng)隧道內(nèi)外部環(huán)境的變化，提高道路交通安全性[4]。

如圖1 所示，隧道照明智能控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它包括多個關(guān)鍵組成部分，如采集裝置、檢測裝置、主控制器和LED 無級調(diào)光控制器等。其中，采集裝置主要包括設(shè)置在隧道口的亮度檢測儀和車輛檢測儀，用以采集隧道外的亮度信息、車速和車流量等數(shù)據(jù)，并將其實時上傳至主控制器。檢測裝置則用來檢測是否有車輛進入隧道接近段，以便主控制器能夠及時進行照明調(diào)光處理。主控制器則是系統(tǒng)的中樞，它接收來自采集裝置和檢測裝置的數(shù)據(jù)，并根據(jù)一定的控制策略下發(fā)隧道照明調(diào)光指令。LED 無級調(diào)光控制器則負(fù)責(zé)控制各個LED 燈的亮度，以實現(xiàn)隧道照明的實時調(diào)光控制。

圖1 隧道照明智能控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

整個控制過程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)協(xié)同作用的過程。當(dāng)檢測傳感器感應(yīng)到有車輛進入隧道口時，主控制器會發(fā)出采集命令，控制采集裝置實時采集洞外亮度、車速及車流量等信息，并將這些數(shù)據(jù)作為控制輸入?yún)?shù)進行調(diào)光處理。接著，主控制器按照一定的控制策略輸出隧道照明調(diào)光指令，下發(fā)到LED 無極調(diào)光控制器上，控制各個照明裝置的亮度。通過這種方式，隧道照明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對隧道內(nèi)照明亮度的精確控制，從而提高隧道行車的安全性和舒適度[5]。

總體而言，隧道照明智能控制系統(tǒng)是一個高度智能化、復(fù)雜的控制系統(tǒng)，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對照明亮度的精確控制，還可以根據(jù)隧道外部環(huán)境和車流量等數(shù)據(jù)進行智能化調(diào)節(jié)，從而提高隧道的安全性和使用體驗。

4 結(jié)語

綜上所述，為了保證駕駛員在隧道內(nèi)駕駛過程的舒適性和道路交通的安全性，隧道照明系統(tǒng)需要滿足多種需求，包括能耗控制、照度均勻性、色溫調(diào)節(jié)等。其中，照明供電系統(tǒng)和照明控制系統(tǒng)是實現(xiàn)這些目標(biāo)的重要組成部分。照明供電系統(tǒng)需要保證隧道內(nèi)的照明設(shè)備正常供電。傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)往往采用交流電源，但是能效低、維護成本高、安全性差等問題限制了其進一步應(yīng)用。近年來，隨著LED 照明技術(shù)的發(fā)展，直流供電系統(tǒng)成為一種備受關(guān)注的解決方案。與傳統(tǒng)的交流供電系統(tǒng)相比，直流供電系統(tǒng)能耗更低、穩(wěn)定性更好、壽命更長，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制，為隧道照明提供更加可靠的支撐。照明控制系統(tǒng)需要根據(jù)隧道內(nèi)外部環(huán)境的變化，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)光，以保證照度的均勻性，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。傳統(tǒng)的照明控制策略往往采用固定的亮度曲線，無法適應(yīng)隧道內(nèi)外光照、天氣、交通流量等因素的變化，從而導(dǎo)致能源的浪費和駕駛員的不適感。因此，動態(tài)自適應(yīng)調(diào)光成為提高控制精度和駕駛舒適度的重要手段。常見的調(diào)光方法包括動態(tài)亮度曲線、照度反饋、環(huán)境感知等技術(shù)。通過智能控制系統(tǒng)的建立和優(yōu)化，可以實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的照明控制，提高能源的利用效率和駕駛員的舒適感；引入先進的照明技術(shù)、優(yōu)化照明控制策略和建立智能控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)隧道照明的高效、智能化和可持續(xù)發(fā)展。