隧道照明智能控制系统研究与实现

 引言
由于交通量大、且隧道路线较长，如果照明系统设置不当，会造成驾驶员的视觉疲劳，影响隧道内行车的安全性和舒适性，这是隧道照明智能系统控制需要解决的首要问题。比如在隧道较多的省份如广西、福建、江西等，隧道照明系统的设置成为了耗资巨大的系统工程，而隧道的智能控制系统的节能设置能节约不少的成本，同时减轻了智能控制系统的安全、维护等费用。所以，以上两个实际问题是本论文着重研究的方向，通过“文献调研、理论分析、实验分析”等手段，结合国内隧道照明技术的发展现状和未来发展趋势，系统地解决照明智能控制系统的问题。并基于现状和存在的问题，提出一些关于隧道照明智能控制系统的整改措施。
1 隧道照明电能节能控制低效的主要因素
1.1 洞外亮度大范围变化而洞内亮度相对固定 隧道的智能控制系统设置时，其亮度往往是按照夏季中午最亮时作为默认计算值，没有考虑维护系数，特别是洞外的亮度随着季节、气候、时间而时刻变化，洞外连续而相对规律的亮度变化没有被考虑在内，仅仅是靠采用简单的分级调光方式照明，这有很大的弊端，主要是系统控制不稳定，以及能源的浪费，而采用晴天分级系统和亮度曲线调节系统能够有效控制电能的浪费，同时通过分析隧道智能控制能耗比值曲线可以求出浪费的电能和实际的电能需求，目前大多数隧道照明控制系统的耗能都是电能需求的两倍以上。当采用四级调光的LED灯时可以节约40%的电能，这是隧道照明智能控制系统节能照明的目标。
1.2 灯具功率规格少 隧道照明灯具功率规格少是不争的事实，隧道照明的标准值是事先设定的，当大幅超过行业标准水平属于过度照明，通常高压钠灯的功率只有100w、150w、250w、400w几种。而隧道高速公路照明灯往往只采用35w-120w的灯具，灯具功率的配备并不成熟，比如单侧亮度控制不够、双侧出现过度照明屡见不鲜。选用多角度的高压钠灯和多种功率的灯具既保障了隧道内的亮度，也不至于使得出现过度照明的情况。而照明市场上的产品也并不成熟，各个规格的灯具不完善，导致隧道内的亮度不够，往往只是在35w-100w之间，采用智能控制使得调节范围更为精细，可以根据照明亮度的需求自动调节，避免过度照明，节约电能。
2 隧道智能照明控制方式
2.1 传统型智能照明控制方式 智能型照明控制系统的发展已有数十年的历史，传统型智能控制系统作为隧道照明智能控制的开端，包括对照明的开关控制盒自动调光控制方式，打破了传统灯控的手动为主的格局，大大提升了效率和电能使用率，其工作方式是通过安装在照明控制系统配电回路中照明供电调节控制系统对电压、电流和频率实现智能调控的。其次，利用安装在照明控制系统中配电的回路通断实现有规律的智能调控，传统照明智能控制系统的调光控制主要分为不连续的调光和连续调光，按智能调控的原理分为放电光源智能调控和热辐射光源智能调控。其中智能控制的过程是相对复杂的，比如通过外界环境光来控制电流也就是控制照明灯的亮度，通过电压的频率也可以实现同样的效果。早期的传统型智能控制方式控制范围小、所谓的智能控制其实也就是半智能控制，在自动化和安全舒适性上需要更进一步。
2.2 分时段照明智能控制方式 分时段照明控制方式吸纳了传统照明控制方式，具有节约电能、灵活多变的特点，其简本原理是依靠总台控制中心控制的，通过数字模拟转换器来控制隧道的配电照明。所谓的分时段智能照明控制系统就是实现了照明开关的自主控制、告别了传统照明方式的手动、人工控制。很好地解决了传统照明控制方式对“照明控制相对分散和不利于有效管理”等问题，照明控制的集中高效管理的问题解决了，但始终在照明灯的亮度明暗调节上做得不够，这是分时段市民控制系统的软肋。
目前我国隧道智能照明设计主要是自动控制模式照明和分时段照明控制模式，这两种照明模式的共性是节约成本，设计依据是根据车流量的高峰时段划分的，这可以满足隧道照明的基本需求，操作自动化而且简单，易于集中管理而获得了业内的一致好评。相反，其缺点也是突出的，比如不能较好地控制隧道内的光污染，无法根据外界天气进行亮度的自动调节是其使用的局限性。
2.3 全智能自动化控制模式 随着社会经济的稳步提高，大型的隧道工程对于照明控制的需要不能简单停留在传统自动照明控制上了，对“照明舒适度、艺术性”有了更高的要求，在追求多样化的照明方式其实也就是在追求全智能自动化照明控制模式，特别是随着自动化技术和照明技术的日新月异，全智能自动化控制模式成为了可能，不仅响应了工程节能的要求，在提倡的环保节能照明系统工程中，照明智能控制是一项非常重要的一个环节，超长隧道的照明系统不仅要满足行车的视觉亮度，更是要给人视觉享受，创造出丰富的视觉空间，而传统的智能照明控制系统无法满足长隧道“安全、多样化、节能、高效”的需求，全智能自动化控制模式方式呼之欲出，其实也就是在传统智能控制模式上效能的提升。
3 如何提升隧道智能控制系统的效能
①针对大型隧道复杂的空间照明要求，提升隧道智能照明控制系统需要从“隧道照明控制现状和控制方式”两方面入手，比如对流量的缝隙，通过建立隧道照明环境模型，设计因地制宜的全自动化智能照明控制系统。②把握主流的隧道空间照明控制系统的设计思想和照明控制方式，结合隧道空间特点，打造基于“CAN总线”的隧道照明智能控制系统设计，在对隧道照明控制结构图的研究基础上，测量隧道照明环境光的需求，智能化地进行光源传感器的布置。③通过对隧道内视觉模糊的光环境研究，建立视觉网络分析模型，在实验室中通过视觉仿真工具设计出与隧道现状相符的光源亮度控制系统，参数的来源非常重要，不要一味照搬其他隧道智能控制系统的参数。采用模糊控制技术对隧道照明人工光环境进行分析研究，得出的实验结果才能真正实现全智能照明控制系统兼顾对行车视觉各个波段、亮度的照明需求。
综上所述，全智能照明控制方式结合了现代照明控制设计的思想，结合了隧道节能照明技术，特别是基于CAN总线隧道照明控制的创新性设计，通过对智能节点布置的详细结构图，以及在设计中给出了这种隧道照明控制系统结构图，采集各个关节的光源点再做精确分析，比如各个节点对亮度的需求以及随着环境变化针对性的精确布置，其次，再布置出CAN总线接口节点电路的节电详图，通过相关模拟软件，实现隧道的全智能照明控制。
4 结束语
隧道照明智能控制技术必将向“更高级、更高效、更安全”的方向发展，技术的发展完善，需要综合考虑到隧道的照明节能系统的设计和隧道流动性的空间特点，综合考虑隧道照明的车流量、天气状况、行车速度等影响因素，设计出一个安全、舒适的隧道照明空间。