隧道照明系统简介

隧道目前照明方式：

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白天：隧道洞口加强段及隧道内基本照明、应急照明（诱 导灯）全亮，引道照明关闭； 夜间：隧道基本照明、应急照明（诱导灯）全亮，隧道洞 口加强段关闭，并开启洞外引道照明。 大部分隧道采用照明方式三照明方式，个别隧道则根据其 长度、弯度做进一步调整。

研究背景

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常用照明高压钠灯与led灯比较

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高压钠灯是一种高强度气体放电光源，泡壳形状大多为圆 柱形，这种灯以光效率高为特色，金黄色的发光颜色，广 泛用于夜景建筑外墙照明、广场照明。由于其金黄色的发 光颜色特点，透雾性能较好，特别适合驾驶员喜欢的道路 照明光色，因此又广泛用于道路照明。高压钠灯需要采用 触发器和电子或电感镇流器点灯方式。 LED的电源则需要直流的恒定电流，所以需要将220V的交 流转换为直流。LED灯优势： 一、省钱：运行成本决定于功耗和维护费用。 二、省力：寿命长，性能稳定,环境要求不高的10年更换一 次的LED灯，既省电又可避免频繁换灯之苦。 三、省心：LED光源是采用直流驱动的超低功耗器件，抗 震、耐冲击、无热辐射、安全、稳定、可靠，无需考虑散 热；灯体灵巧，安装简便；款式新颖，工艺精良。
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(3) LED 的驱动电源大多为恒流驱动电源，对电源输入电 压的要求并不高，一般在 170~250V 之间，并且能耗几乎 不随电源电压的变化而变化，对灯具寿命影响很小。这与 传统高压钠灯不同，在夜晚电源电压高达 250V 左右时， 高压钠灯的功率几乎增加一倍；当电源电压低于 200V 左 右时，高压钠灯就难以启动。在高电压下，钠灯的寿命会 大幅折减，不足额定寿命的 30%。这就是钠灯实际功耗远 远超出额定功耗的主要原因，也是晚上钠灯越点越亮的缘 故。
隧道照明控制方式

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公路隧道照明灯具控制方式主要有三种： 人工手动控制方式、分时段进行的时序控制方式、自动实 时控制方式，其又分为自动分级控制方式和自动无极调光 控制方式。 在公路隧道发展建设初期，由于技术的限制，对于隧道 的照明运营一般设有统一的控制柜，由专人负责管理，根 据不同的时间和天气由工人决定并手动控制灯具的开关数 量。
自动无极调光控制方式：

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随着照明灯具技术的不断发展，出现了自动无极调光控制 方式。这是新兴的一种控制方式，它在自动分级控制的基 础上，采用根据外界实际亮度水平，连续对灯具进行调光， 使灯具发出不同亮度水平的光能，这样就完全的克服了分 级控制所带来的照明均匀性问题，这个技术在目前阶段来 说应用还不是很普遍，原因是能满足连续调光要求的灯具 还不普遍，一般来说价格比较昂贵，因此通常只在高等级 的隧道中采用这种方法。就国内来说只有为数极少的隧道 （比如：厦门蔡尖尾山隧道）采用了这种控制方式。这种 控制技术是未来隧道照明技术的发展趋势，对隧道照明灯 具研究设计上提出了很高的要求，并且在控制系统设计上 提供了新的思路。
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高速公路隧道照明系统
为什么要提供隧道照明：

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公路隧道的照明系统，是为了把必要的视觉信息传递给驾驶员，防止 因视觉信息不足而出现交通事故，从而提高驾驶上的安全性和增加舒 适感。隧道照明与道路照明的显着不同是白天也需要照明，而且白天 照明问题比夜间更加复杂。 为了提高这一瓶颈路段的通行能力，确保安全行车，需要设置点 光照明系统。隧道照明的主要内容包括视觉特点、照明设计、照明计 算、照明控制、照明供电和照明经济分析与节能等。 隧道亮度主要取决于行车的速度、车流量和洞外亮度等，在照明 设计过程中已经充分考虑了这些因素，而且一般都是按照不利情况考 虑的，所以能够满足设计车速、设计车流量和设计洞外亮度情况下的 照明要求。而洞外亮度在各个季节、各个时段都是不相同的。隧道照 明控制就是依据这些不同情况，开启和关闭相应数量的灯具，以提高 或降低亮度，使其既能满足安全行车的需要，又有利于节能。隧道照 明控制系统由光亮度检测器、车流量检测器、隧道区域控制器、照明 控制计算机、隧道照明灯具、照明配电柜、照明配电箱以及照明供电 电缆等组成。隧道照明系统由照明灯具、照明配电箱和供电线路组成， 通过照明配电箱按照不同回路进行控制。

LED 灯具相较于高压钠灯的节能效果

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(1) LED 灯具的启动关闭响应时间非常快，并且半导体器 件频繁开启对灯具寿命影响不大，经过合适的驱动电源设 计，可实现高频 LED 灯具的无极调光，而不会出现灯具的 闪烁现象，其布灯和控制方式更为灵活，节能效果将更加 明显。 (2) LED 灯具功率大小可任意设置，LED 隧道灯是由颗 3~5W 的 LED 阵列组合而成。根据隧道各段的不同要求和 LED 的光效，确定灯具的功率大小。可使洞内照度刚好符 合标准要求，避免了功率不匹配产生的过度照明现象。而 高压钠灯的光源的功率规格有限，在灯具布置时由于功率 不匹配而产生了过度照明的现象。
我国山地、丘陵和高原面积约占国土总面积的 69%，过 去在山区修建公路，由于建设资金严重短缺，多以盘山绕 行为主，公路建设非常缓慢。改革开放以来，随着国民经 济的迅速发展，公路交通建设规模日益扩大，技术进步达 到新的水平，公路隧道建设不仅在山区和丘陵地区公路建 设中日益引起人们重视，而且在东部江河桥隧跨越也得到 很大发展。 安全、环保、高效、节能作为公路工程建设追求的目标， 在公路隧道运营管理中尤显突出。公路隧道作为道路的特 殊构造物，为了保证行车环境条件，长大公路隧道运营必 不可缺的隧道照明等基本设施运营费用相当昂贵。
常用照明高压钠灯与led灯比较

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高压钠灯是一种高强度气体放电光源，泡壳形状大多为圆 柱形，这种灯以光效率高为特色，金黄色的发光颜色，广 泛用于夜景建筑外墙照明、广场照明。由于其金黄色的发 光颜色特点，透雾性能较好，特别适合驾驶员喜欢的道路 照明光色，因此又广泛用于道路照明。高压钠灯需要采用 触发器和电子或电感镇流器点灯方式。 LED的电源则需要直流的恒定电流，所以需要将220V的交 流转换为直流。LED灯优势： 一、省钱：运行成本决定于功耗和维护费用。 二、省力：寿命长，性能稳定,环境要求不高的10年更换一 次的LED灯，既省电又可避免频繁换灯之苦。 三、省心：LED光源是采用直流驱动的超低功耗器件，抗 震、耐冲击、无热辐射、安全、稳定、可靠，无需考虑散 热；灯体灵巧，安装简便；款式新颖，工艺精良。

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常用照明高压钠灯与led灯比较

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高压钠灯是一种高强度气体放电光源，泡壳形状大多为圆 柱形，这种灯以光效率高为特色，金黄色的发光颜色，广 泛用于夜景建筑外墙照明、广场照明。由于其金黄色的发 光颜色特点，透雾性能较好，特别适合驾驶员喜欢的道路 照明光色，因此又广泛用于道路照明。高压钠灯需要采用 触发器和电子或电感镇流器点灯方式。 LED的电源则需要直流的恒定电流，所以需要将220V的交 流转换为直流。LED灯优势： 一、省钱：运行成本决定于功耗和维护费用。 二、省力：寿命长，性能稳定,环境要求不高的10年更换一 次的LED灯，既省电又可避免频繁换灯之苦。 三、省心：LED光源是采用直流驱动的超低功耗器件，抗 震、耐冲击、无热辐射、安全、稳定、可靠，无需考虑散 热；灯体灵巧，安装简便；款式新颖，工艺精良。
分级控制不足之处：

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但是，由于采用了分级控制，即系统根据外界亮度水平分 级的将照明设施进行关闭，比如照明回路逐级关灯方式， 必然会带来路面照度不均匀、眩光、闪烁等有害现象，给 交通安全埋下了隐患。其实这是跟照明设备的技术水平进 行的一种折中。当今在隧道照明中普遍采用的高压钠灯， 因为高压钠灯具有光效高、寿命长，且所发出的桔黄色的 光线，具有强透雾功能，但高强度气体灯启动响应比较慢， 要进行连续亮度调节必须通过调整电压实现，会比较困难， 而且会巨大增加成本，并且难以实现；另外荧光灯由于技 术限制在还很难实现连续亮度调节；大功率 LED 灯具照明 不是很成熟，其连续调光控制成本较高。即使存在着不少 缺陷，但分级自动控制方式仍是目前阶段国内最为流行的 控制技术。
研究意义

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公路隧道作为高等级公路的特殊路段，具有隧道洞内外 亮度差极大，空气污染严重，侧向净宽较小且高度有限， 没有扩展活动的余地和噪声高等特点，加上车辆迅速增长， 使高等级公路的优越性大大减弱，交通问题显得十分突出， 通行能力、行车速度、交通安全性能客观上比其它路段差， 事故发生率，交通能耗及对环境的污染成倍增加。在此情 况下要保证来往车辆的顺利通行，避免交通事故的发生， 隧道照明系统显得尤为重要。在白天，当车辆在驶入隧道 的过程中，会出现“黑洞效应”，在驶出隧道时情况正好 相反，会出现“白洞效应”；在夜晚，同样需要清楚地看 到前方路况。
高压钠灯方案和 LED 灯具方案的照明费用曲 LOGO 线图
目前可参考的合理控制方式：

ห้องสมุดไป่ตู้
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照明方式一：白天全亮；夜间关闭洞口加强段，并开启洞 外引道照明 照明方式二：白天洞口加强段全开、基本段亮二分之一； 夜间关闭洞口加强段，基本段亮二分之一，并开启洞外引 道照明开启 照明方式三：白天洞口加强段亮三分之二、基本段亮二分 之一；夜间关闭洞口加强段，基本段亮二分之一，并开启 洞外引道照明开启 照明方式四：白天洞口加强段亮三分之二、基本段亮二分 之一；夜间关闭洞口加强段，基本段亮四分之一，并开启 洞外引道照明开启 照明方式五：白天洞口加强段亮三分之一、基本段亮二分 之一；夜间关闭洞口加强段，基本段亮四分之一，并开启 洞外引道照明
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隧道照明系统的安全性和节能性存在着此消彼长的矛盾， 如何解决这个矛盾便成为照明工程师和交通安全工程师的 共同目标。在安全行车的前提下，如何提高隧道的运营效 率、降低能源消耗，成为隧道建设和运营单位迫切需要解 决的问题。 近年来能源危机成为世界各国发展面临的一个主要问题。 我国的第十一个五年规划，向全党、全国提出了明确要求， 要把节约资源作为基本国策，发展循环经济，保护生态环 境，加快建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济发 展与人口、资源、环境相协调。
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随着自动控制技术的发展，隧道照明控制领域渐渐由自 动控制系统占领。首先出现的是自动分级控制，系统分为 基本照明，应急照明和加强照明，这种系统能够通过洞外 的亮度检测仪器检测实际亮度值从而调整隧道内部的灯具 开关数量，开启相应的加强照明回路，实现实时自动的洞 内亮度调节，并且洞内广泛分布的照度检测仪器为隧道内 实际亮度水平进行了有效监测，当出现由于灯具损坏等原 因造成的洞内亮度水平不够时控制系统可以及时的进行报 警。采取这种技术之后，不仅能够有效的使隧道照明满足 国家规范要求，为司机提高良好的照明环境，而且因为在 最大的限度内关闭了不需要的照明设备，该方法节约了很 大的运营成本，特别是对于偏远隧道更是体现了它的强大 优势，所以在各类公路隧道中得到了广泛应用。
隧道照明控制系统：

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隧道照明控制系统主要可以分为以下 2 大种类： 1.计算机集散控制系统，集中管理，分散控制。这种控制 系统是最常见的一种控制方式，由中央计算机管理整个系 统，作为系统的集中处理单元。各照明控制室由 PLC 控制， PLC 根据采集洞外的亮度值 ，可以自动控制隧道入口段、 适应段、过渡段、出口段的亮度，也可以将采集的洞外亮 度值传送到中心计算机，由中心计算机来决策隧道各段的 亮度值。 2.分布式计算机控制系统。这种控制系统依靠某种现场总 线为核心，实现无中心控制。
两个隧道照明中出现的两大主要现象

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（1）黑洞效应。即隧道入口处或隧道内，照明亮度太低， 又没有足够的适应时间，使驾驶员在室外高亮度下接近隧 道时所看到的隧道犹如“黑洞”一样。 （2）闪烁效应。这是由于照明灯具的间距布置不当引起隧 道内亮度分布不均造成周期性的明暗交替环境，在某种车 速下产生闪光的感觉。 除此外，隧道中眩光控制与路面亮度均匀度等影响照明质 量的参数也应足够重视。
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因此需要在隧道内设置电光照明，使洞内亮度随洞外亮 度相应变化，以消除司机的“暗适应”与“明适应”视觉 问题，保证隧道通行车安全。近年来国内外高等级隧道交 通事故时有发生，造成重大的生命财产损失，社会影响极 为恶劣，足以引起高度重视。据数据统计，隧道洞口交通 事故主要是追尾，而隧道洞口光线变化不当是产生交通事 故的主要影响因素。因此研究设计合理稳定的隧道照明系 统需要高度重视，保证隧道行车安全。