隧道照明智能控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

 引言
由于交通量大、且隧道路線較長，如果照明系統(tǒng)設(shè)置不當，會造成駕駛員的視覺疲勞，影響隧道內(nèi)行車的安全性和舒適性，這是隧道照明智能系統(tǒng)控制需要解決的首要問題。比如在隧道較多的省份如廣西、福建、江西等，隧道照明系統(tǒng)的設(shè)置成為了耗資巨大的系統(tǒng)工程，而隧道的智能控制系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)置能節(jié)約不少的成本，同時減輕了智能控制系統(tǒng)的安全、維護等費用。所以，以上兩個實際問題是本論文著重研究的方向，通過“文獻調(diào)研、理論分析、實驗分析”等手段，結(jié)合國內(nèi)隧道照明技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，系統(tǒng)地解決照明智能控制系統(tǒng)的問題。并基于現(xiàn)狀和存在的問題，提出一些關(guān)于隧道照明智能控制系統(tǒng)的整改措施。
1 隧道照明電能節(jié)能控制低效的主要因素
1.1 洞外亮度大范圍變化而洞內(nèi)亮度相對固定 隧道的智能控制系統(tǒng)設(shè)置時，其亮度往往是按照夏季中午最亮時作為默認計算值，沒有考慮維護系數(shù)，特別是洞外的亮度隨著季節(jié)、氣候、時間而時刻變化，洞外連續(xù)而相對規(guī)律的亮度變化沒有被考慮在內(nèi)，僅僅是靠采用簡單的分級調(diào)光方式照明，這有很大的弊端，主要是系統(tǒng)控制不穩(wěn)定，以及能源的浪費，而采用晴天分級系統(tǒng)和亮度曲線調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠有效控制電能的浪費，同時通過分析隧道智能控制能耗比值曲線可以求出浪費的電能和實際的電能需求，目前大多數(shù)隧道照明控制系統(tǒng)的耗能都是電能需求的兩倍以上。當采用四級調(diào)光的LED燈時可以節(jié)約40%的電能，這是隧道照明智能控制系統(tǒng)節(jié)能照明的目標。
1.2 燈具功率規(guī)格少 隧道照明燈具功率規(guī)格少是不爭的事實，隧道照明的標準值是事先設(shè)定的，當大幅超過行業(yè)標準水平屬于過度照明，通常高壓鈉燈的功率只有100w、150w、250w、400w幾種。而隧道高速公路照明燈往往只采用35w-120w的燈具，燈具功率的配備并不成熟，比如單側(cè)亮度控制不夠、雙側(cè)出現(xiàn)過度照明屢見不鮮。選用多角度的高壓鈉燈和多種功率的燈具既保障了隧道內(nèi)的亮度，也不至于使得出現(xiàn)過度照明的情況。而照明市場上的產(chǎn)品也并不成熟，各個規(guī)格的燈具不完善，導(dǎo)致隧道內(nèi)的亮度不夠，往往只是在35w-100w之間，采用智能控制使得調(diào)節(jié)范圍更為精細，可以根據(jù)照明亮度的需求自動調(diào)節(jié)，避免過度照明，節(jié)約電能。
2 隧道智能照明控制方式
2.1 傳統(tǒng)型智能照明控制方式 智能型照明控制系統(tǒng)的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，傳統(tǒng)型智能控制系統(tǒng)作為隧道照明智能控制的開端，包括對照明的開關(guān)控制盒自動調(diào)光控制方式，打破了傳統(tǒng)燈控的手動為主的格局，大大提升了效率和電能使用率，其工作方式是通過安裝在照明控制系統(tǒng)配電回路中照明供電調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)對電壓、電流和頻率實現(xiàn)智能調(diào)控的。其次，利用安裝在照明控制系統(tǒng)中配電的回路通斷實現(xiàn)有規(guī)律的智能調(diào)控，傳統(tǒng)照明智能控制系統(tǒng)的調(diào)光控制主要分為不連續(xù)的調(diào)光和連續(xù)調(diào)光，按智能調(diào)控的原理分為放電光源智能調(diào)控和熱輻射光源智能調(diào)控。其中智能控制的過程是相對復(fù)雜的，比如通過外界環(huán)境光來控制電流也就是控制照明燈的亮度，通過電壓的頻率也可以實現(xiàn)同樣的效果。早期的傳統(tǒng)型智能控制方式控制范圍小、所謂的智能控制其實也就是半智能控制，在自動化和安全舒適性上需要更進一步。
2.2 分時段照明智能控制方式 分時段照明控制方式吸納了傳統(tǒng)照明控制方式，具有節(jié)約電能、靈活多變的特點，其簡本原理是依靠總臺控制中心控制的，通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器來控制隧道的配電照明。所謂的分時段智能照明控制系統(tǒng)就是實現(xiàn)了照明開關(guān)的自主控制、告別了傳統(tǒng)照明方式的手動、人工控制。很好地解決了傳統(tǒng)照明控制方式對“照明控制相對分散和不利于有效管理”等問題，照明控制的集中高效管理的問題解決了，但始終在照明燈的亮度明暗調(diào)節(jié)上做得不夠，這是分時段市民控制系統(tǒng)的軟肋。
目前我國隧道智能照明設(shè)計主要是自動控制模式照明和分時段照明控制模式，這兩種照明模式的共性是節(jié)約成本，設(shè)計依據(jù)是根據(jù)車流量的高峰時段劃分的，這可以滿足隧道照明的基本需求，操作自動化而且簡單，易于集中管理而獲得了業(yè)內(nèi)的一致好評。相反，其缺點也是突出的，比如不能較好地控制隧道內(nèi)的光污染，無法根據(jù)外界天氣進行亮度的自動調(diào)節(jié)是其使用的局限性。
2.3 全智能自動化控制模式 隨著社會經(jīng)濟的穩(wěn)步提高，大型的隧道工程對于照明控制的需要不能簡單停留在傳統(tǒng)自動照明控制上了，對“照明舒適度、藝術(shù)性”有了更高的要求，在追求多樣化的照明方式其實也就是在追求全智能自動化照明控制模式，特別是隨著自動化技術(shù)和照明技術(shù)的日新月異，全智能自動化控制模式成為了可能，不僅響應(yīng)了工程節(jié)能的要求，在提倡的環(huán)保節(jié)能照明系統(tǒng)工程中，照明智能控制是一項非常重要的一個環(huán)節(jié)，超長隧道的照明系統(tǒng)不僅要滿足行車的視覺亮度，更是要給人視覺享受，創(chuàng)造出豐富的視覺空間，而傳統(tǒng)的智能照明控制系統(tǒng)無法滿足長隧道“安全、多樣化、節(jié)能、高效”的需求，全智能自動化控制模式方式呼之欲出，其實也就是在傳統(tǒng)智能控制模式上效能的提升。
3 如何提升隧道智能控制系統(tǒng)的效能
①針對大型隧道復(fù)雜的空間照明要求，提升隧道智能照明控制系統(tǒng)需要從“隧道照明控制現(xiàn)狀和控制方式”兩方面入手，比如對流量的縫隙，通過建立隧道照明環(huán)境模型，設(shè)計因地制宜的全自動化智能照明控制系統(tǒng)。②把握主流的隧道空間照明控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和照明控制方式，結(jié)合隧道空間特點，打造基于“CAN總線”的隧道照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計，在對隧道照明控制結(jié)構(gòu)圖的研究基礎(chǔ)上，測量隧道照明環(huán)境光的需求，智能化地進行光源傳感器的布置。③通過對隧道內(nèi)視覺模糊的光環(huán)境研究，建立視覺網(wǎng)絡(luò)分析模型，在實驗室中通過視覺仿真工具設(shè)計出與隧道現(xiàn)狀相符的光源亮度控制系統(tǒng)，參數(shù)的來源非常重要，不要一味照搬其他隧道智能控制系統(tǒng)的參數(shù)。采用模糊控制技術(shù)對隧道照明人工光環(huán)境進行分析研究，得出的實驗結(jié)果才能真正實現(xiàn)全智能照明控制系統(tǒng)兼顧對行車視覺各個波段、亮度的照明需求。
綜上所述，全智能照明控制方式結(jié)合了現(xiàn)代照明控制設(shè)計的思想，結(jié)合了隧道節(jié)能照明技術(shù)，特別是基于CAN總線隧道照明控制的創(chuàng)新性設(shè)計，通過對智能節(jié)點布置的詳細結(jié)構(gòu)圖，以及在設(shè)計中給出了這種隧道照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，采集各個關(guān)節(jié)的光源點再做精確分析，比如各個節(jié)點對亮度的需求以及隨著環(huán)境變化針對性的精確布置，其次，再布置出CAN總線接口節(jié)點電路的節(jié)電詳圖，通過相關(guān)模擬軟件，實現(xiàn)隧道的全智能照明控制。
4 結(jié)束語
隧道照明智能控制技術(shù)必將向“更高級、更高效、更安全”的方向發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展完善，需要綜合考慮到隧道的照明節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計和隧道流動性的空間特點，綜合考慮隧道照明的車流量、天氣狀況、行車速度等影響因素，設(shè)計出一個安全、舒適的隧道照明空間。