公路隧道照明系统关键技术

公路隧道照明系统关键技术研究

摘要：在公路隧道蓬勃建设的背景下，隧道照明越来越显得重要。本文对我国公路隧道照明关键技术进行了梳理，从led节能技术、照明分段控制技术和照明控制系统技术三方面对公路隧道照明系统的关键技术展开探讨，以期破解制约我国公路隧道照明技术发展的瓶颈。

关键词：公路隧道；照明；关键技术

随着我国经济水平的提高和国家产业战略的推进，公路建设越来越受到重视，公路隧道数量也与日俱增。公路隧道照明系统不同于一般道路照明，具有黑洞效应、运动效应、墙效应和眩光现象[1]等一系列特殊问题，需要充分开展关键技术攻关研究以提高照明系统的技术水平。公路隧道照明系统是一个复杂的系统，尽管国内已有学者在照明标准、照明节能、病害诊断等方面有所涉猎，但有限的研究尚不足以支撑我国公路隧道照明技术的普适推广。本文从公路隧道照明系统的关键技术问题出发，从系统工程的角度探讨了公路隧道照明系统的关键技术，以期为我国公路隧道照明系统的推广应用提供参考。

1 led节能技术

1.1led的工作原理及优点

led (light emitting diode)的中文译为“发光二极管”，是一种能将电能转换为光能的固体电致发光半导体器件，具有二极管的特性。其基本结构为一块电发光的半导体模块，封装在环氧树脂中，

通过针脚作为正负电极并起到支撑作用。发光二极管发光亮度随电流的增大而提高，且不同的发光二极管可以发出从红外到蓝色之间不同波长的光线。较普通发光器件，led灯具无频闪、无辐射，是典型的绿色照明，更加护眼。具备高效率、寿命长、低耗电、低故障、高环保、方向性强、快响应、低电压、小体积、多色彩、控制方便等诸多优点。

表1led灯具与传统灯具的性能比较[2]

1.2 led节能改进技术

尽管led照明已经在长达100多年的实际应用和研发中得到了很大改进，但在公路隧道照明应用中，还需进行诸多技术攻关研究。

1)需要编写以led为光源的隧道灯具相关规范，以提高led使用的规范性；2）led照明灯具的配光设计、电磁干扰、电磁兼容、灯具效果等方面还有改进的空间；3)led照明对驱动电源的多样性要求使得驱动电路更加复杂化，需要进行配备集成电路电源、电子变压器、分离元件电源等辅助设备，以保证电路能够提供恒流、恒压电流；4)改善的发热问题是攻克led照明灯具的关键，因此led灯具光源设计要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计，并注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、以延长led 工作寿命；5) 增强led灯的光源的穿透性，提高led灯在隧道中的普适性；5)采用新技术降低led 芯片的价格，以获取更大的消费市场。

2照明分段控制技术

2.1照明分段控制技术的提出

公路隧道是掩埋在山体或是水体的地下构造物，隧道内外的光线亮度差异和人眼产生的“适应的滞后现象”往往会造成严重的交通事故。如白天车辆驶入洞内，因洞内光线亮度骤降，容易造成人的视觉反应滞后，形成“黑洞效应”；而当车辆驶出隧道时，洞外的强烈光线会形成了“白洞效应”，造成强烈眩光。因此，有必要采用照明分段控制技术，按引入段、适应段、过渡段、基本段、出口段对公路隧道进行照明设计，使隧道内亮度呈现逐级渐变，使司机的眼睛尽快适应光线强—弱—强或弱—强—弱的变化过程，增强行车安全。

图1 公路隧道白天照明亮度分段控制

图2 公路隧道晚上照明亮度分段控制

2.2照明分段控制技术原理

公路隧道照明分段控制技术的基本原理是[3]：整个分段控制系统用一个时间继电器和两个交流接触器进行开关控制，时间继电器利用电磁开关的胶合原理对电路进行控制，而控制系统的电源则依靠外接供电线路提供，控制系统的按钮开关可以根据实际情况调整为小型继电器，灯具用电也可采用一组内用两相或三相电源均衡供电。控制箱的材料选择和必须做到（图3）：1)隧道照明灯具的控制既要满足一线养护作业人员的需要，同时还要避免了大面积亮灯，

一般按每10个灯为一组进行分组设置；2)每组灯的控制箱的安装设置应当考虑公路隧道尘土多、潮湿和漏水等环境影响，在避车洞内安装控制箱，并在箱体处安装两个能防尘、防潮、防水的按钮开关；3)除进出口的控制箱仅能控制一组灯具外，其余的控制箱均能分别控制两组灯具的开与关，较方便地适应操作人员开下一组灯，关上一组灯；4)控制箱应当具有时间设置功能，可根据实际工作的需要设定用灯时间，时间的长度因地而异，并能照明时间跨度，以便开灯后假如没有人员主动关闭灯具，控制设施到设定时间后会自行断开电路，解决因人员操作失职造成的资源浪费；5)控制箱建议采用绝缘性能较好的塑料制作，并配备运行状态指示灯，这样既能防腐和防漏电，也能为操作人员提供明确的运行信息。

图3 照明分段控制示意

2.3照明分段控制技术优点

尽管照明分段控制技术的初试成本高会制约这种方法的推广，但从长远来看，还是有很大的推广、使用的空间。较普通照明控制技术，分段控制既相互具有如下优点：1）分段控制设置更加简单，只需在每组灯具间布置一条线路，而不用从配电柜专门引一根专用控制电线到洞内；2）配电房电源屏的采用解放了专人看守的繁杂工作，可以自动记录和显示用电量；3）有利于一线养护作业人员用灯的特点，即小范围作业，小范围亮灯，同时又方便了一线作业人员的使用操作；4）控制电路直接控制灯具电源，不开灯时电源

无电，解决了维修灯具时的带电作业问题，同时灯具外壳无需接地。此外，采用分段控制的做法既能解决隧道大面积亮灯的现象，使照明更加科学、合理，还能杜绝长明灯现象，达到了节约能源的目的。

3照明控制系统技术

3.1系统的体系结构

隧道照明不仅要顾及安全行车、环保节能、经济耐用等诸多因素，还要根据隧道照明的实际情况建立最佳的全局控制方案。控制方案必须能够保障系统集中管理、分散控制、无线组网等功能的顺利实施。系统的工作流程是通过传感器采集车流量、光照情况以及灯具的运行参数等信息，以设定模块自组无线网络，并进行信息的集中化管理，统一将信息汇总到系统核心控制模块上。控制模块再通过构建的系统内部网络与远程监控平台实现数据信息共享，这样维修管理人员就可以远程监测隧道照明运行状态，提高了管理的效率。

3.2控制系统流程

控制系统流程需要进行精心设计，才能保证整个照明系统高效运行。首先系统需要采集各项外部信息，信息的采集主要依靠安装在各处的无线传感器模块来完成，采集的信息主要包括车流量、外部光照强度、灯具的运行参数等，并将信息通过设定模块的无线通信节点传达给核心控制模块。系统汇集到所有信息后，会自动判别系统的控制状态，如果处于手动控制状态，则自动关闭程序，远程自动控制转由现场控制器来调节，若处于自动控制状态，则检测隧