劉同賓、周宏宇

（江西省交投集團(tuán)路網(wǎng)運(yùn)營公司科技信息部，江西南昌 330025）

0 引言

隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，公路隧道的數(shù)量逐年增加。公路隧道作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?，其照明系統(tǒng)的安全性和節(jié)能性越來越受到人們的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，以其強(qiáng)大的信息感知、傳輸和處理能力，越來越受到人們的關(guān)注。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于公路隧道照明系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對隧道照明的智能控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測，提高照明系統(tǒng)的性能。因此，研發(fā)一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧型公路隧道照明系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公路隧道照明系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢

首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公路隧道照明系統(tǒng)中具備高效的照明控制能力。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)外的環(huán)境條件，如光照強(qiáng)度、車流量等，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動調(diào)整隧道內(nèi)的照明亮度，實(shí)現(xiàn)按需照明。這種智能照明控制策略能夠提高照明質(zhì)量，降低能耗，進(jìn)而降低運(yùn)營成本，提高能源利用效率。

其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)設(shè)備監(jiān)測。通過一系列精密的傳感器和通信設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)λ淼纼?nèi)的照明設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括燈具狀態(tài)、能耗情況等。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提高維護(hù)效率，降低維護(hù)成本，保障隧道的安全運(yùn)營。

最后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能化的運(yùn)維管理。通過該技術(shù)，管理人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控隧道內(nèi)的照明情況，對異常情況進(jìn)行報(bào)警，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行維護(hù)。另外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和定時(shí)開關(guān)，進(jìn)一步提高照明系統(tǒng)的管理水平[1]。

2 智慧型公路隧道照明系統(tǒng)要求

首先，智慧型公路隧道照明系統(tǒng)應(yīng)能夠自動調(diào)節(jié)隧道內(nèi)的照明亮度，以適應(yīng)不同的交通狀況和隧道外的光照條件。為此，系統(tǒng)應(yīng)配備光敏傳感器和車輛檢測器，以便根據(jù)外部光線和隧道內(nèi)車流量實(shí)時(shí)調(diào)整照明強(qiáng)度。光敏傳感器應(yīng)能夠檢測隧道外的光照強(qiáng)度，并根據(jù)隧道外的光線情況，自動調(diào)節(jié)隧道內(nèi)的照明亮度。車輛檢測器應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)檢測隧道內(nèi)的車流量，并根據(jù)車流量自動調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度。

其次，智慧型公路隧道照明系統(tǒng)應(yīng)具備節(jié)能功能。系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)隧道外的光照強(qiáng)度和隧道內(nèi)的車流量，自動切換隧道內(nèi)的照明模式。例如，在白天光照充足的情況下，系統(tǒng)可以自動關(guān)閉部分照明設(shè)備，以節(jié)省能源。在夜間或光線較暗的情況下，系統(tǒng)可以自動開啟全部照明設(shè)備，以保證隧道內(nèi)的行車安全。此外，系統(tǒng)還應(yīng)具備自動斷電功能，以防止隧道內(nèi)的照明設(shè)備在無人使用時(shí)空轉(zhuǎn)耗電。

再次，智慧型公路隧道照明系統(tǒng)應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)應(yīng)能夠適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境條件，如高溫、低溫、潮濕、灰塵等。為此，系統(tǒng)應(yīng)采用高質(zhì)量的照明設(shè)備和線路，并具備防雷、防潮、防塵等措施。此外，系統(tǒng)還應(yīng)具備故障自動診斷和報(bào)警功能，以便及時(shí)排除故障，保證隧道內(nèi)的照明安全。

最后，智慧型公路隧道照明系統(tǒng)應(yīng)具備易于操作和維護(hù)的功能。系統(tǒng)應(yīng)具備友好的人機(jī)界面，使管理人員能夠方便地操作和維護(hù)系統(tǒng)。例如，系統(tǒng)不僅要具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷功能，以便管理人員在任何地方都能實(shí)時(shí)監(jiān)控隧道內(nèi)的照明狀況，還要具備自診斷功能，以便管理人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障[2]。

3 現(xiàn)有公路隧道照明系統(tǒng)存在的問題

3.1 照明效果不佳

隧道內(nèi)的光線環(huán)境較為復(fù)雜，明暗交替頻繁，駕駛員在進(jìn)入隧道后需要一定的時(shí)間來適應(yīng)光線的變化。

然而，許多隧道的照明系統(tǒng)無法提供足夠的照明亮度和均勻度，導(dǎo)致駕駛員在隧道中行駛時(shí)容易出現(xiàn)視覺疲勞和視力下降的情況，從而增加交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。此外，照明效果不佳還會影響隧道內(nèi)的交通流量和行車效率，進(jìn)而導(dǎo)致交通擁堵和延誤。

3.2 能源浪費(fèi)

隧道照明系統(tǒng)需要長時(shí)間保持照明，消耗大量的能源。然而，許多隧道的照明系統(tǒng)沒有根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，導(dǎo)致能源浪費(fèi)嚴(yán)重。例如，在車流量較小的時(shí)段，隧道照明系統(tǒng)依然保持高強(qiáng)度的照明，這不僅造成能源浪費(fèi)，還會增加隧道的運(yùn)營成本。此外，現(xiàn)有隧道照明系統(tǒng)缺乏有效的節(jié)能技術(shù)，無法實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

3.3 維護(hù)和管理方面

隧道照明系統(tǒng)需要定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。然而，部分隧道的管理者缺乏定期檢查和維護(hù)的意識，導(dǎo)致隧道照明系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)無法及時(shí)維修，從而影響隧道的正常運(yùn)營。

3.4 安全方面

隧道照明系統(tǒng)的安全與否直接關(guān)系到隧道內(nèi)車輛的行駛安全。然而，許多隧道的照明系統(tǒng)未能充分考慮安全因素，例如照明燈具的安裝位置和角度不當(dāng)、燈具的防撞性能不足等。這些問題都可能導(dǎo)致隧道內(nèi)出現(xiàn)安全隱患，進(jìn)而影響車輛的行駛安全。此外，隧道照明系統(tǒng)在應(yīng)對突發(fā)事件（如火災(zāi)、地震等）時(shí)，往往無法提供有效的應(yīng)急照明，導(dǎo)致隧道內(nèi)的人員難以快速撤離，造成嚴(yán)重的安全隱患[3]。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧型公路隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

首先，智慧型公路隧道照明系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層四個(gè)主要部分[4]，如圖1 所示。

圖1 智慧型公路隧道照明系統(tǒng)架構(gòu)圖

感知層是系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集公路隧道內(nèi)的各種信息。比如，負(fù)責(zé)檢測隧道內(nèi)的光照強(qiáng)度，以便調(diào)整照明亮度的亮度傳感器；負(fù)責(zé)檢測隧道內(nèi)的二氧化碳濃度，以便判斷隧道內(nèi)的空氣狀況的二氧化碳傳感器；負(fù)責(zé)檢測隧道內(nèi)的溫度，以便調(diào)整隧道內(nèi)的溫度舒適度的溫度傳感器以及負(fù)責(zé)檢測隧道內(nèi)的濕度，以便判斷隧道內(nèi)的濕度狀況的濕度傳感器等。

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_層。網(wǎng)絡(luò)層主要包括無線通信技術(shù)，如Wi-Fi、藍(lán)牙等，負(fù)責(zé)將感知層設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜鼐W(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)通信技術(shù)，如4G/5G、NB-IoT 等，負(fù)責(zé)將本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_層。

平臺層負(fù)責(zé)存儲、處理和分析感知層采集到的數(shù)據(jù)，并提供給應(yīng)用層使用。平臺層大致包含可以存儲感知層采集到的各類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲模塊、負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、預(yù)處理和分析的數(shù)據(jù)處理模塊、對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，以便挖掘出有價(jià)值的信息的數(shù)據(jù)分析模塊，以及根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，對分析結(jié)果進(jìn)行判斷，并生成相應(yīng)的控制指令的規(guī)則引擎模塊等。

應(yīng)用層負(fù)責(zé)將平臺層生成的控制指令下發(fā)到感知層設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對公路隧道照明系統(tǒng)的智能控制。應(yīng)用層主要包括負(fù)責(zé)根據(jù)分析結(jié)果自動調(diào)整隧道內(nèi)的照明亮度、色溫等參數(shù)的照明控制模塊；能根據(jù)分析結(jié)果自動調(diào)整隧道內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施，以保持隧道內(nèi)空氣清新的通風(fēng)控制模塊；可以實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)的環(huán)境狀況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況的環(huán)境監(jiān)測模塊，以及負(fù)責(zé)將隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)狀況發(fā)布給管理者和使用者，以便他們及時(shí)了解隧道內(nèi)狀況的信息發(fā)布模塊[5]。

4.2 照明控制策略

其一，在系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)方面，系統(tǒng)主要由傳感器、控制器、照明設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)和軟件平臺組成。傳感器負(fù)責(zé)采集隧道內(nèi)的環(huán)境信息，如光照度、車流量、車速等；控制器根據(jù)采集到的信息進(jìn)行分析和處理，對照明設(shè)備進(jìn)行控制；照明設(shè)備包括LED 燈具、調(diào)光器等；通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將傳感器和控制器連接起來，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸；軟件平臺負(fù)責(zé)管理和控制整個(gè)系統(tǒng)，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等功能。

其二，傳感器是系統(tǒng)的重要組成部分，其選型與布設(shè)直接關(guān)系到系統(tǒng)效果的好壞。在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)隧道的實(shí)際情況和需求，選擇適合的傳感器類型，如光照度傳感器、車流量傳感器、車速傳感器等。在布設(shè)傳感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)隧道的布局和結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置傳感器的數(shù)量和位置，確保能夠全面、準(zhǔn)確地采集到隧道內(nèi)的環(huán)境信息。

其三，控制器是系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)對采集到的環(huán)境信息進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)分析結(jié)果對照明設(shè)備進(jìn)行控制。在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，應(yīng)采用先進(jìn)的控制算法和策略，以提高系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度。同時(shí)，控制器應(yīng)具備遠(yuǎn)程升級和維護(hù)功能，方便系統(tǒng)的維護(hù)和管理。

其四，照明設(shè)備是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，其選型與控制策略直接關(guān)系到系統(tǒng)的節(jié)能效果和照明質(zhì)量。在選擇照明設(shè)備時(shí)，應(yīng)采用高效、節(jié)能、壽命長的LED 燈具，并配備調(diào)光器，以實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的智能化控制。在控制策略方面，應(yīng)根據(jù)隧道內(nèi)的環(huán)境信息和車輛通行情況，采用動態(tài)調(diào)光策略，實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

4.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測功能

首先，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧型公路隧道照明系統(tǒng)在設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能時(shí)，首要關(guān)注的是隧道內(nèi)的車輛行駛速度。通過在隧道內(nèi)安裝高速攝像頭和雷達(dá)傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)的車輛行駛速度，并將車速信息傳送至控制系統(tǒng)。當(dāng)檢測到車速超過預(yù)設(shè)的安全閾值時(shí)，系統(tǒng)會立即調(diào)整隧道內(nèi)的照明強(qiáng)度，以確保車輛的行駛安全。例如，在隧道內(nèi)，要求車速最高不超過80km/h，當(dāng)車速為0～30km/h、30～50km/h 以及50～80km/h 時(shí)，系統(tǒng)可以將照明強(qiáng)度調(diào)整至最合適的水平，以保證駕駛員的視線清晰[6]。

其次，智慧型公路隧道照明系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)的交通流量。通過在隧道內(nèi)安裝流量監(jiān)測設(shè)備，可以實(shí)時(shí)獲取隧道內(nèi)的車流量數(shù)據(jù)，以便系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整照明強(qiáng)度。例如，在交通高峰期，系統(tǒng)可以增加照明強(qiáng)度，以確保駕駛員能夠在繁忙的交通環(huán)境中更好地觀察周圍環(huán)境；而在交通低谷期，系統(tǒng)可以適當(dāng)降低照明強(qiáng)度，以節(jié)約能源。

再次，智慧型公路隧道照明系統(tǒng)還應(yīng)該具備實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道環(huán)境的功能。通過安裝溫度、濕度、CO、NO2等傳感器，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)的環(huán)境狀況，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整照明強(qiáng)度。例如，在濕度較高的環(huán)境下，系統(tǒng)可以增加照明強(qiáng)度，以幫助駕駛員更好地觀察路面狀況；而在溫度較高的環(huán)境下，系統(tǒng)可以適當(dāng)降低照明強(qiáng)度，以降低能耗。

最后，智慧型公路隧道照明系統(tǒng)還需要具備實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的功能。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測照明設(shè)備、傳感器、控制器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)可以在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，并通知相關(guān)人員進(jìn)行維修。例如，當(dāng)照明設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以立即通知維護(hù)人員，以確保隧道內(nèi)的照明安全。

5 結(jié)語

綜上所述，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智慧型公路隧道照明系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)按需照明，提高照明質(zhì)量，降低能耗，同時(shí)提高照明系統(tǒng)的管理水平。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧型公路隧道照明系統(tǒng)中的應(yīng)用對于推動綠色照明、節(jié)能減排以及提高公路隧道的運(yùn)營效率具有重要意義。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，在智慧型公路隧道照明系統(tǒng)中可以看到更多物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，從而推動智能城市建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。