隧道照明智能控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

 引言
由于交通量大、且隧道路線較長(zhǎng)，如果照明系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)，會(huì)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(shí)減輕了智能控制系統(tǒng)的安全、維護(hù)等費(fèi)用。所以，以上兩個(gè)實(shí)際問題是本論文著重研究的方向，通過“文獻(xiàn)調(diào)研、理論分析、實(shí)驗(yàn)分析”等手段，結(jié)合國(guó)內(nèi)隧道照明技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)，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(duì)固定 隧道的智能控制系統(tǒng)設(shè)置時(shí)，其亮度往往是按照夏季中午最亮?xí)r作為默認(rèn)計(jì)算值，沒有考慮維護(hù)系數(shù)，特別是洞外的亮度隨著季節(jié)、氣候、時(shí)間而時(shí)刻變化，洞外連續(xù)而相對(duì)規(guī)律的亮度變化沒有被考慮在內(nèi)，僅僅是靠采用簡(jiǎn)單的分級(jí)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(fèi)，而采用晴天分級(jí)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(fèi)，同時(shí)通過分析隧道智能控制能耗比值曲線可以求出浪費(fèi)的電能和實(shí)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(dāng)采用四級(jí)調(diào)光的LED燈時(shí)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(biāo)。
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(zhēng)的事實(shí)，隧道照明的標(biāo)準(zhǔn)值是事先設(shè)定的，當(dāng)大幅超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)上的產(chǎn)品也并不成熟，各個(gè)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(xì)，可以根據(jù)照明亮度的需求自動(dòng)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(duì)照明的開關(guān)控制盒自動(dòng)調(diào)光控制方式，打破了傳統(tǒng)燈控的手動(dòng)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(duì)電壓、電流和頻率實(shí)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(shí)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(duì)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(shí)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(shí)也就是半智能控制，在自動(dòng)化和安全舒適性上需要更進(jìn)一步。
2.2 分時(shí)段照明智能控制方式 分時(shí)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(diǎn)，其簡(jiǎn)本原理是依靠總臺(tái)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(shí)段智能照明控制系統(tǒng)就是實(shí)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(dòng)、人工控制。很好地解決了傳統(tǒng)照明控制方式對(duì)“照明控制相對(duì)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(shí)段市民控制系統(tǒng)的軟肋。
目前我國(guó)隧道智能照明設(shè)計(jì)主要是自動(dòng)控制模式照明和分時(shí)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(jì)依據(jù)是根據(jù)車流量的高峰時(shí)段劃分的，這可以滿足隧道照明的基本需求，操作自動(dòng)化而且簡(jiǎn)單，易于集中管理而獲得了業(yè)內(nèi)的一致好評(píng)。相反，其缺點(diǎn)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(jìn)行亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)是其使用的局限性。
2.3 全智能自動(dòng)化控制模式 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步提高，大型的隧道工程對(duì)于照明控制的需要不能簡(jiǎn)單停留在傳統(tǒng)自動(dòng)照明控制上了，對(duì)“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(shí)也就是在追求全智能自動(dòng)化照明控制模式，特別是隨著自動(dòng)化技術(shù)和照明技術(shù)的日新月異，全智能自動(dòng)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(xiàng)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，超長(zhǎng)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(zhǎng)隧道“安全、多樣化、節(jié)能、高效”的需求，全智能自動(dòng)化控制模式方式呼之欲出，其實(shí)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(duì)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(duì)流量的縫隙，通過建立隧道照明環(huán)境模型，設(shè)計(jì)因地制宜的全自動(dòng)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(jì)思想和照明控制方式，結(jié)合隧道空間特點(diǎn)，打造基于“CAN總線”的隧道照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在對(duì)隧道照明控制結(jié)構(gòu)圖的研究基礎(chǔ)上，測(cè)量隧道照明環(huán)境光的需求，智能化地進(jìn)行光源傳感器的布置。③通過對(duì)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(shí)驗(yàn)室中通過視覺仿真工具設(shè)計(jì)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(duì)隧道照明人工光環(huán)境進(jìn)行分析研究，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果才能真正實(shí)現(xiàn)全智能照明控制系統(tǒng)兼顧對(duì)行車視覺各個(gè)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(jì)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(jì)，通過對(duì)智能節(jié)點(diǎn)布置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，以及在設(shè)計(jì)中給出了這種隧道照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，采集各個(gè)關(guān)節(jié)的光源點(diǎn)再做精確分析，比如各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)亮度的需求以及隨著環(huán)境變化針對(duì)性的精確布置，其次，再布置出CAN總線接口節(jié)點(diǎn)電路的節(jié)電詳圖，通過相關(guān)模擬軟件，實(shí)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(jí)、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(jì)和隧道流動(dòng)性的空間特點(diǎn)，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(jì)出一個(gè)安全、舒適的隧道照明空間。