浅谈隧道照明智能控制方式
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摘 要：隧道照明是隧道运营的重要组成部分，既是隧道安全运营的保证，又是隧道运营电能损耗的主要负载。如何在运营安全和减能降耗之间做出平衡，本文从隧道照明控制方式的角度，讨论隧道照明智能控制系统在保证运营安全的情况下，实现隧道运营节能减排，并提高司乘人员视觉舒适度。
关键词：智能控制;无级调光;变色温
中图分类号：U453.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0028-02
隧道照明的目的是为了保证车辆能够舒适、安全地通过隧道，因此隧道照明是隧道运营的重要组成部分。但是，由于隧道照明的重要性，隧道照明灯具需要长时间开启，这就造成隧道运营期间的电能损耗较大。虽然目前已广泛使用LED节能灯具，采用传统照明控制方式仍存在过度照明的情况，还存在节能的空间。本文从照明控制方式的角度，讨论隧道照明在运营安全和减能降耗的平衡点，确保在安全运营的情况下，实现隧道运营节能减排[1]。
1 分级调光控制方式
根据规范《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2-01-2014）中的规定，隧道加强照明应根据洞外亮度和交通量变化，进行入口段、过渡段和出口段的调光方案，具体调光分级组合如表1。
由表1可知，加强照明调光分级主要分为4级。虽然根据不同的季节和天气对照明进行的调节，但仍存在过度照明的情况。例如夏季晴天，设计过程中，洞外亮度结合洞口朝向和天空占比进行取值，洞外亮度的取值一般为3000cd/m2～ 4000cd/m2;实际运营中，洞外亮度按照3000cd/m2～4000cd/m2设定，但早晨和傍晚的洞外亮度应小于正午的洞外亮度，这就导致采用分级调光控制，早晨和傍晚的设置亮度大于实际需求，造成过度照明，产生电能的浪费。由此可见，在传统分级调光控制的基础上仍有节能的空间。
2 无级调光控制方式
无级调光控制通过检测隧道洞外亮度，对洞内LED的加强照明灯具亮度进行实时无级调光;早晨控制器自动开启加强照明灯具，其后入口各段照明强度就随着洞外亮度的增加而渐渐加强，午后又会随着太阳的偏西而渐渐减弱，直至关闭。对于洞内的基本照明，白天可使其接近满功率工作，下半夜可根据规范要求将功率同步减半[2]。
无级调光控制从基本照明、加强照明提出了公路隧道LED灯无级调光控制应用方案，分为加强照明控制和基本照明控制。
2.1 基本照明控制
公路隧道内基本照明灯工作时间长，需要24小时持续工作。根据这一特点，在设计基本照明亮度时考虑了足够的冗余量。为避免过度照明造成电能浪费，同时减小LED灯光衰，延长LED光源和驱动电源使用寿命，在实际运营时，可将基本照明的功率设定在额定功率的80%（该值应根据实测数据确定）[3]。
2.2 加强照明控制
公路隧道加强照明灯早晨开启和晚上关闭的时间以及灯具开启后的亮度调节均由无级调光控制器完成。控制系统根据洞外亮度检测数据，经计算分析后，控制LED灯的输出功率。这种自动跟踪洞外亮度，调节洞内亮度的照明方式，有效避免了过度照明，实现了按需照明的目标，最大限度地节约了电能。具体控制方式如下：
白天（6：00-17：00）：基本照明+加强照明（加强照明根据亮度要求进行调节）;
夜间（17：00-23：00）：基本照明;
深夜（23：00-次日6：00）：基本照明（可适当调低灯具功率）;
在发生火灾情况下：开启所有照明回路。
2.3 控制原则
光强度检测器的检测周期小于30秒;照明控制周期大于10分钟;深夜的判断依据系统实时时間，加强段亮度依据光强能检测值确定（早上6点后开启检测，达到阙值开启加强照明;下午4点半后检测达到阙值关闭加强照明），使司乘人员出隧道无明显的不适应感。为防止值班人员的误操作关闭隧道内某一区段的所有照明灯具引起隧道“黑洞”，基本和应急照明始终是开启的;只有在维修状态时，能够关闭。具体控制原则可根据建设单位要求及实际使用情况进行调整。
无级调光控制又可细分为人工无级调光控制法、实时无级调光控制法、时序无级调光控制法三种。
2.3.1 人工无级调光控制法
人工照明回路控制是通过公路隧道照明监控软件完成，公路隧道管理人员可根据交通量、平均车速的变化等实际情况，修改公路隧道入口段亮度折减系数（k），以此实现基于洞外亮度、交通量和平均车速的动态无级调光控制。此外，公路隧道内发生的火灾一旦得到确认，公路隧道管理人员需立即下达“将隧道内所有照明设备开启到最大程度”的指令。
2.3.2 实时无级调光控制法
白天采用实时无级调光控制，即根据实测的公路隧道洞外亮度值，实时调节LED灯照明亮度，以满足驾驶员适应公路隧道内外亮度差异的需要。入口段亮度折减系数k值一旦确定便不再频繁变化，公路隧道管理人员可根据交通量的变化进行修正。调节洞内照明亮度时，应考虑适当的时间延迟，以避免在临界状态下过于频繁的转换，延迟时间取5～10min为宜。当无级调光控制器发生故障时，LED灯应全部开启到最大程度。
2.3.3 时序无级调光控制法
进入夜晚（如00：00～08：00），实时调光控制转入时序调光控制状态，即根据交通量大小分为夜间（上半夜）控制和深夜（下半夜）控制，无级调光控制器根据时间将基本照明灯具的功率同步控制至额定功率的一定比例（如50%）。此外，时序控制也可以作为光亮度检测设施出现故障的情况下的转入执行控制法，这与传统时序配电回路控制类似，即将洞外亮度值按日、周、月、年实测得到的规律值输入照明监控计算机，用以调控洞内照明亮度。
当公路隧道火情确认无误后，无论照明现状如何，在照明控制系统没有失效的前提下，应将公路隧道内所有照明灯具开启到最大程度，以利于人员车辆疏散和火灾扑救。
3 变色温调光控制方式
变色温调光控制是在无级调光控制的基础上，增加了变色温调光的控制功能，更好地提高司乘人员视觉舒适度。
根据检测到的洞内外光亮、色温数据、交通量变化以及白天、黑夜等情况，控制隧道的照明系统，调节隧道入、出口加强照明灯具的亮度和色温。
参照图1，可以确定其各个时间段对应的色温，再按洞外色温越高，洞内灯具色温也越高的原则。
根据色温变化情况，将隧道内色温分为六级进行调控，每级色温调控时间小于0.2s，在接近每一级的色温数值均可作为所接近级数进行处理，具体为：一级：色温为2750～3250K，按3000K调控;二级：色温为3250～3750KK，按3500K调控;三级：色温为3750～4250K，按4000K调控;四级：色温为4250～4750K，按4500K调控;五级：色温为4750～5250K，按5000K调控;六级：色温为5750～6250K，按6000K调控。
4 结语
目前，隧道智能调光技术已经越来越多的应用于公路隧道中，尤其是无级调光控制技术，这种控制技术不仅可以在前期降低线缆的投资，后期运营过程中也能做到按需照明、节能减排。变色温调光技术尚未在全国范围内得到广泛应用，主要是因为现行规范中尚未对于色温的调控进行明确要求，色温的调控没有相应的设计标准，下一步需对变色温调控的策略提出标准和要求，从而能够推广变色温调光技术。
参考文献
[1] 中华人民共和国交通运输部[S].公路隧道照明设计细则（JTG/T D70/2-01-2014）.2014：37-40.
[2] 周建，吕晓峰，杨洋.公路隧道LED灯照明系统无级调光控制方式研究[J].城市照明，2012（2）：25-27.
[3] 胡江碧，马文倩.基于驾驶视认需求的隧道入口段光环境研究[J].上海交通大学学报，2015（4）：464-469.
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