浅谈高速公路隧道LED照明智能系统

浅谈高速公路隧道LED照明智能系统

齐群磊

齐群磊（石家庄市西柏坡高速公路管理处河北石家庄050000）

摘要：LED隧道照明控制系统以其良好的控制性能和有效的节能降耗策略，在隧道照明系统中得到广泛的应用，它为提高高速公路的运营效率，降低运行成本，提高行车安全性发挥了巨大的作用。本文分析了LED照明智能系统基本原理、优势与灯具的选择要点，并介绍了几个高速公路隧道LED照明智能系统的应用实例。

关键词：公路隧道；LED照明智能系统；原理；优势一、LED照明智能系统基本原理与优势在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二级管叫发光二极管，简称LED。

隧道智能照明控制技术是随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展而发展起来的。该方式不仅具备开关灯控制，而且还能对光源进行调光控制，它是一个集多种照明控制方式、现代化数字控制技术和网络技术于一身的控制系统。该控制系统能够实现隧道照明洞内亮度自动跟踪洞外亮度的实时变化和车流量的大小，确定隧道照明的控制方式，既节约能源又达到绿色照明的目的。

隧道智能照明控制系统于传统照明相比优势如下：（1）创造有效率的照明环境、实现节约能源的目的隧道智能照明控制系统通过对照度的自动调节，实现对各种天气和交通状况所需的即时精确照明，从而消除能源的浪费和照明的不足，节能效果十分明显。

（2）提高隧道照明质量在隧道内交通流量较少时，可以不必像传统的控制方式那样关闭一侧灯具或让灯具隔一开一，只需调节灯具的光输出即可，这样做的好处是可以获得较好的照度均匀度，为驾驶员提供舒适的光环境，避免事故的发生。

（3）延长灯具寿命智能照明控制系统可以成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会因电网电压过高而损坏。同时系统采用软启动和软关断技术，避免了开启灯具时电流对灯丝的热冲击，使得灯具寿命进一步延长。从而减少更换灯具的工作量，降低照明系统的运行费用。通过上述方法，光源的寿命通常可延长2-4倍。

（4）便于管理维护二、高速公路隧道LED照明灯具选择要点（一）LED照明灯具的配光要求光效和均匀度是LED灯具的首要选择标准，目前LED隧道灯生产厂家基本采用外购LED发光器件组装的方式，其技术的核心主要在于灯具配光设计，应当利用光学透镜原理，通过建模和修模手段，精确控制灯具配光，使得灯具的配光达到高光效并使照度均匀。

（二）LED照明灯具的散热设计LED照明灯具使用的LED发光器件，在高温条件下其性能迅速下降，并可能损坏。控制器件温度是保证LED灯具正常工作的重要条件。因此高效的散热装置是选择LED灯具的重要条件，其中电源部分的散热尤其重要。

（三）LED照明灯具结构合理性LED发光器件本身的可靠性和寿命都较高，并且由于每盏灯具都包含多个发光管，单个发光颗粒的故障并不会造成整个灯具故障，因此光源部分的可靠性较高。LED灯具在结构上主要考虑以下两点，第一是电源可靠性，由于LED灯需要交流转换直流，必须内置开关电源，电源故障会造成整个灯具失效，因此在设计上应当着重考虑电源可靠性，通过冗余电源或其它措施提高电源可靠性。第二是发光管供电回路设计，应当考虑单个发光管故障时，对其它发光管的影响，如果单个发光管故障会导致其他发光管供电回路断路，则LED灯的高可靠性就不能发挥。

三、高速公路隧道LED照明智能系统应用（一）不间断应急照明系统A路下穿蒙城路隧道是一条弧形隧道,从入口看不见出口,车辆进入隧道后始终是在弯道上行使。这就意味着一旦供电系统停电,将使驾驶人员难以把握方向,极易造成交通事故。城市短隧道通常可不设应急照明系统,但考虑到A路隧道是一条弧形隧道的特殊性,设计时增设了不间断应急照明系统。

在高速公路隧道中,应急照明亮度应不小于基本照明亮度的10%,且布设间距一般在20～30m一盏。这种传统的布设方式使得应急照明状态下的照度均匀度极差,这在突然停电的情况下依旧存在较大的事故隐患。因此,我们在设计应急照明系统时放弃了传统的大间距布设方式,充分利用LED灯的亮度可控特性,将所有的基本照明灯全部兼作应急照明灯。当市电断电时,由EPS电源为基本照明灯具供电。

此时控制装置瞬间将基本照明灯具的功率同步控制到额定功率的20%左右。这使得系统在市电断电情况下应急照明的配光特性与原先的基本照明相同,最大限度地避免了交通事故的发生。在灯具安装后,我们对现场应急供电情况进行了验证,在市电断电瞬间,加强照明全部熄灭,基本照明灯具的亮度全部保持在低亮度状态,经测试,应急照明状态下路面平均亮度为0.6cd/m2,达到了预期的设计目标。

（二）智能照明调控系统B全长23．888公里,其中官厅至临潼县姜沟16．311公里为22幅段，路基宽26米，设计时速为每小时120公里。为了提高通行质量，启动了西临亮化工程，全路线50米一个高杆灯，全线两侧共装路灯有：大,T4OOW的704个，250W的38个；用于景观照明的节能灯8W的1198个，投光灯IO00W的2个，250W的4个，400W的3个，总计灯具l949套灯具。开灯时间一般是傍晚到清晨或是雾雪天气，要在些时间段全部开启会造成电能浪费，也是不必要的，如何进行智能控制照明分段、分时或根据天气情况开启照明灯就显得尤为重要。

本项目应用的是上海安普斯能AMPLEX数控智能照明调控设备，智能照明调控设备均安装在沿线的低压配电箱中，智能照明调控设备对全线的l994套灯具分回路、分时段实现自动化开关灯控制和管理，此系统还提供手机短信控制功能，用户也可以通过手机GPRS／GSM无线通讯方式对所用控制设备进行远程控制，同时还可以通过手机的SMS短信功能接受所有来自系统设备的故障报警信息。

（三）无级调光照明C高速公路隧道无级调光照明系统主要由洞外亮度检测仪、LED亮度智能无级控制装置和亮度可控型LED隧道灯等组成，有的还包括车检器、通讯系统和上位机监控管理软件等。系统的洞外亮度监测装置将检测到的隧道洞外亮度信号转换为4～20mA标准信号传送至LED亮度智能无级控制装置上，再由其后转为DC0～5V的直流模拟信号输出，去控制LED灯上的电压控制电流源。电压控制电流源的控制端电压的变化会使其输出电流随之变化，而输出电流的变化，又会引起LED输出功率和输出光通量发生变化，从而达到控制被照场所亮度的目的。设于中控室的上位机通过以太网光端机与现场的LED亮度智能无级控制装置实现通讯。上位机利用无级调光监控管理软件，实现相关参数的设定、指令下达、实时信号读取和储存。

系统电源回路只有加强照明回路和基本照明回路。加强照明没有晴天和阴天之分，布设时只有隧道的左侧和右侧之分。基本照明也没有白天和下半夜之分，对于中长隧道，一侧为基本照明，另一侧为应急照明；当市电断电时，应急照明的功率全部降至额定功率的20%；它较传统的应急照明亮度更为均匀。由于灯具控制端所需电流非常微小，约1uA，因此在实际应用中，控制线均采用2×1.5平方信号线，这可确保入口和出口处的信号电压基本相同。整个隧道不论多长，只需一台控制器进行调光控制。

结束语智能控制是公路隧道照明控制的发展趋势人工智能、专家系统、模糊控制、神经网络、遗传算法等智能控制理论的迅速发展以及照明控制系统软、硬件设备的更新换代，公路隧道照明智能控制是大势所趋，未来的公路隧道照明将成为“按需照明”的典范。

参考文献：[1]李丹丹.隧道照明智能控制系统研究与实现[J].价值工程,2013年33期.[2]王霞,周健.LED照明亮度智能无级控制系统在城市隧道中的应用[J].交通科技,2009年1期