公路隧道智能照明控制系统方案

摘要：结合隧道交通与隧道内实际环境的具体需求，分析公路隧道照明控制方式现状，提出适合公路隧道的智能照明控制系统，探讨该系统对提升隧道照明质量、增加节能效益方面的贡献。

0.引言

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、增加司乘人员的舒适感。隧道照明与普通道路照明的显著不同是隧道白天也需要照明，而且白天照明的问题比夜间更加复杂。

1.隧道照明设计的现有标准

隧道好照明设计的参照标准主要有以下这些：

GB/T 31832-2015 《LED城市道路照明应用技术要求》

GB/T 34846-2017 《LED道路隧道照明专用模块规格和接口技术要求》

DB52/T 1496-2020 《高速公路隧道照明设计规程》

DB41/T 1606-2018 《公路隧道照明系统运行规程》

DB32/T 3692-2019 《城市隧道照明设计标准》

DB14/T 722-2012 《公路隧道照明设计规范》

JTG/TD70/2-01-2014 《公路隧道照明设计细则》

目前这些标准主要着重于规范公路隧道照明设计中如何选择合适的光源(灯具)，隧道各个分段照度与均匀度的要求等光学参数。

而针对隧道智能照明控制系统的方案论述较少，也较为笼统，尚无法很好地指导设计。

2.隧道智能照明控制系统现状

(1)按回路控制

LED光源大量应用之前，隧道照明控制系统大多采用分回路按洞外亮度或按时序控制加强照明。此方式通过开关照明回路的方式增减工作灯具，从而达到控制照度输出的目的。组合一般照明和应急照明回路，能够满足“晴天、阴天、重阴、夜间、深夜”等不同的工况要求。

其优点在于控制系统组成简单，控制可靠性高。其缺点体现在一下几个方面：

a.施工成本高。因同一供电距离内有多个供电回路，造成电缆数量相对于其他方案成倍增加，布线施工费用大幅上升。

b.照明效果欠佳。因控制方式为回路开关控制，当关闭部分照明回路时，该工况下照明灯具间距过长，造成隧道路面连续且反复交叉出现“亮带”和“暗带”，形成斑马效应;或当关闭一侧基本照明(深夜)时，造成各行车道之间的照度不均匀，使得隧道照明纵向均匀度过差，以致驾驶员的视觉效果变差并会加重视觉疲劳。

c.仅依靠时序和采集洞外照度值控制隧道内灯具的开关，并没有利用其他数据形成一个可控的闭环系统。忽视了灯具的调光特性，不能满足现代复杂的隧道内环境、交通工况等变化需求。

(2)按回路调光

随着LED光源的大量应用，实现灯具的调光成本越来越低，系统的可靠性也大幅上升。在原本的回路开关基础上再加上调光总线，从而实现对每个分段的灯具亮度输出调节功能。

相对于传统的回路控制方案，其优点在于：

a.大幅减少供电回路的数量，降低电缆的布设与施工成本。

b.同一段内所有灯具统一调节亮度输出，避免了回路开关方案中由于照度不均匀而导致的斑马效应。

c.灯具负荷比较平均，不会由于部分灯具使用频度不一致而导致光衰不平衡。

d.可以根据灯具的光衰特性，在使用初期限制其亮度，保证在灯具整个生命周期内照度输出恒定。既节省了能耗，又有助于延长灯具使用寿命。

回路调光控制的局限性是尚无法对每一盏灯具进行独立的控制，并获取灯具的工况状态数据。

(3)有线单灯控制

今年来随着物联网技术的蓬勃发展，市面上也开始出现通过数字通讯总线对隧道照明灯具实施单灯控制的方案。一般采用RS485或DALI协议作为通讯协议，可以通过的地址对每一盏灯具进行调光与开关控制。并实时反馈每一盏灯具的电压、电流、功耗、温度等工况运行参数，当灯具故障或具有故障隐患时可以马上向管理人员报警，以便及时安排更新与维护。

这种新方案的优点是，可以进一步减少供电电缆的使用量，并可以掌握每一盏灯具的实时状态。

但是就目前来讲，其造价还是比较高昂，同时引用了大量的高新通讯技术，调试复杂，系统可靠性与稳定性反而不及回路调光的方案。方案整体性价比不高。

(4)无线单灯控制

同时，针对一些隧道照明改建类项目，现场不具备二次布线的条件。目前也有一些隧道照明改造时开始尝试采用无线通讯的单灯控制。理论上也能达到有限单灯控制同样的功能效果。

但依目前实际使用的情况来看，隧道内电磁环境相对比较复杂，很容易受到各种无线电噪声的干扰，系统稳定性较差。无法满足隧道照明控制对于可靠性的严格要求。

3.LED灯具调光总线的选择策略

目前常用的灯具调光接口一般采用PWM调光与0-10V调光两种方式

(1) PWM调光

通过控制PWM占空比来实现灯具的调光输出。

优点是电路结构简单，成本低廉。

缺点是长距离传输容易引起波形畸变，影响调光效果，同时较容易发生频闪的问题。

(2) 0-10V调光

通过调节总线电压来实现灯具的亮度调节。

优点是通用性强，调光无频闪，效果稳定可靠。

缺点是总线发生短路时，灯具将调至较暗，影响现场照明效果。

综上所述，目前常用的两种调光技术在隧道照明的应用中都有其局限性，无法完全满足公路隧道照明严格要求。

所以，在公路隧道照明的调光总线，建议采用0-5V的反逻辑电平。0V代表亮、5V代表暗。这样既可以保证信号稳定，无频闪。同时还能够保证在总线发生短路故障时，灯具能够保持高亮度，无法满足现场照度要求标准，造成安全隐患。

4.隧道智能照明控制系统相关产品介绍

4.1 功能介绍

一般通用智能照明控制系统拓扑图如下图所示：

在隧道智能照明的应用中，系统可以在监控室实现远程控制，场景设定，日光照度采集自动控制等功能。

4.2 现场应用产品介绍

4.2.1 调光驱动器

ASL220-SDx/16系列或ASL210-SDx/16系列调光器驱动器(以下简称调光器)，是基于ALIBUS总线智能控制系统的调光模块，该调光器通过弱电控制强电，采用先进的单片机技术，是具有高稳定性、高可靠性的智能控制模块，配合其他控制模块如：智能面板，触摸屏实现照明控制的智能化。

4.2.2户外照度传感器

户外照度传感器ASL220-L/O对弱光也有较高灵敏度;具有测量范围宽、线形度好、外壳防护等级高、使用方便、便于安装、传输距离远等特点，适用于各种场所，尤其适用于城市道路照明、景观照明等应用。

5.结束语

综上所述，公路隧道运营各个系统息息相关，将智能控制技术与隧道照明相互融合，则可以使公路隧道光环境系统集合智能、监控、节能等特点，做到照明系统集中控制，光源亮度、色温智能可调。

审核编辑：汤梓红