高速公路隧道LED照明智能调光系统分析

郑震

摘 要：随着经济的发展，我国的公路事业也有了巨大的发展，高速公路隧道的数量越来越多。目前，我国的高度公路隧道一般都使用LED照明智能调光系统进行照明，大大节省了隧道照明成本，降低了电力运营消耗，同时还有效地提高了公路隧道的安全性。文章从LED照明智能调光系统的基本结构出发，对其在高速公路隧道中的应用进行探析，以期为同行产生一定的借鉴。

关键词：高速公路；隧道；LED照明；智能调光系统

中图分类号：U459.2；TP273+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）21-0159-02

目前，对于高速公路运营单位来说，公路隧道照明费用是一项巨大的开支，如何有效地降低照明成本、保障行车安全是目前高速公路运行部门亟待解决的一个难题。

目前公路隧道照明系统使用最为广泛的灯具就是高压钠灯，这种灯具启动慢、智能性差、能耗大[1]。相对来说，作为新型照明光源的LED隧道灯则具有启动快、寿命长、能耗低、无汞污染、光指向性好等优点[2]。因此，对于高速公路隧道照明来说使用采用LED照明是大势所趋。但是由于LED灯使用的时间较短，LED照明智能调光系统尚有待完善，因此，对高速公路隧道中LED照明智能调光系统进行研究也自然成为一项重大的课题。

1 LED智能调光系统概述

1.1 LED智能调光系统的构成

LED智能调光控制系统由4部分组成，其一是亮度检测器，其二是控制系统，其三是灯具控制器，其四是照明灯具，如图1所示[3]。其中，控制系统由两部分组成，分别是调光控制器和主控制器。在整个系统中，上位机的指令通过光纤传输到控制系统中，控制系统根据指令控制照明灯具。灯具控制器提供功率电源给控制系统和照明灯具，同时灯具控制器执行调光控制器发出的指令，对灯具进行通断控制和调光控制，从而提供照明光源给隧道。

1.2 LED智能调光系统的功能优点

第一，自适应性。系统能够和洞外的亮度产生联动，能够以洞外亮度和入口段的亮度为依据折减系数，建立洞内亮度的需求曲线，并以此为依据控制灯具的动态调光，从而实现洞外与洞内亮度的自适应。

第二，高效节能。LED系统能“按需照明”，从而在最大程度上节约电能，使得其节能效果更为显著。

第三，安全、舒适。LED系统能够通过洞外亮度检测器对灯具的亮度进行自动调节，从而使得隧道内的均匀度得到最大限度地提升，提升行车环境的舒适性，保障驾驶人员的安全。

第四，灯具使用寿命长。LED系统使用的控制方式是亮度渐变式，达到目标亮度的过程较为缓慢，能够避免瞬时开灯引发的冲击电流损坏LED灯具的驱动电路和其它的电子设备。并且LED灯的运行状态多为低功率运行，光衰能够大大降低，灯具寿命能得以有效延长。

2 LED智能调光系统在高速公路中的应用

2.1 工程概况

广清高速公路扩建后新隧道在照明消耗方面有70%的能耗都被浪费在过渡照明方面，因此，要实现隧道照明节能必须从减少过渡照明开始。要实现这一目标，就必须保证灯具的功率能“按需调节”，但是那种通过减小灯具功率来控制过度照明的方法是不科学的。因此，对照明强度进行调整的方法就只能通过两种方式来实现。方法一，使用多回路系统进行分级调光。一般情况下，分级调光的级别最多为6级，其中晚上2级，白天4级，但是这种分级照明的方法又存在过度照明的问题[4]。方法二，使用无极调光。也就是在LED光源的基础上，根据需要对光源进行任意的调整，同时规避过度照明，从而实现减少照明能耗的目的。该高速公路扩建后新隧道为了减少能耗，使用LED照明智能调光系统对隧道的照明系统进行了改造，取得了很好的效果。

2.2 系统设计

该高速公路隧道的LED照明智能调光系统的实施方案，如图2所示。首先，隧道外面的亮度检测装置会对洞外的亮度进行监测，并会将监测到的信号传送到控制装置上，经过换算后输出直流模拟信号（功率为0～5 V）对LED灯的输出功率进行控制，从而实现按需照明的目的。

2.3 控制方式分析

第一，基本照明控制。高速公路隧道中的基本照明具有工作时间长的特点。根据这一特点，在对基本照明亮度进行设计时要对其冗余量进行充分考虑。在使用的时候，不需要将设计的冗余量全都用上，只需要按照需要的功率进行提供即可。在未来的时候中，如果灯具出现光衰问题，就可以通过控制系统对其输出功率进行增加，保证隧道内的照明强度始终满足照明需求。

第二，加强照明控制。该高速公路隧道中的照明灯具开启和关闭的时间以及开启之后的亮度调节都通过控制装置实现控制。控制装置根据获得的洞外的亮度数据，对洞内灯具输出的功率进行计算，通过这种方法有效的达到了按需照明的目的，有效地节约了照明成本。

第三，应急照明控制。高速公路隧道中的应急照明设备由EPS进行电源供给。当断电时，控制装置会在瞬间对基本照明设备的功率进行调整，将其控制在正常值的15%左右，从而保证应急照明系统的配光特性与之前基本相同，以避免交通事故的发生。

3 LED智能调光系统在高速公路中应用的优势分析

3.1 系统优势

该高速公路隧道采用LED智能调光系统之后，其节能优势自不必说，其由节能带来的其他优势也颇多，具体分析如下：

第一，通过LED智能调光系统，高速公路隧道能够实现亮度无级控制，相较于分级控制来说，能够节约40%的能源；相较于钠灯照明来说，能够节约70%～90%的能源[5]。

第二，自从该隧道使用了LED智能调光系统之后，只有在夏天的中午，加强照明灯具才能达到满功率工作状态，大多数情况下，加强照明灯具的工作功率都在10%和60%之间[6]。此外，基本照明设计中的冗余量设计也只有在远期才能够用到，近期的工作功率相较于灯具的额定功率来说较低，使得电源和灯具的长期工作功率较低，可促使LED的光衰减少，延长电源和LED的使用寿命。

第三，使用LED智能调光系统之后，公路隧道中的灯具下半夜的功率能够减半，能保证灯具的配光特性基本相同，能有效避开单侧关灯所带来的安全问题。

第四，LED智能调光系统的设计较为简单，只有两个回路，一个加强照明回路，一个基本照明回路，其中基本照明回路还具有应急照明功能。

第五，使用LED智能调光系统之后，如果隧道中的车流量没有达到设计值，可根据相关规范折减洞内的照明强度，从而避免过度照明情况的出现，以实现节能的目的。

3.2 经济优势

从该高速公路中选择一段长2 km的隧道，对LED智能调光系统的运营费用和钠灯分级调光系统的运行费用进行对比。该隧道的设计车速为80 km/h，设计车流量为700辆/h，路面宽度为10 km。两种照明方式运行费用对比，如图3所示。其中投资费用包括电缆费用、灯具费用和电气设备费用，其中电气设备费用包括变电站、配电箱、应急电源和等级等电器。假设该地区一年中有165天是晴天，100天是多云的天气，50天是阴天，50天重阴天。电费为1元/kWh。

由上图可见，LED照明系统所产生的运营费用远远低于钠灯分级调光系统，其经济效益显著（每年可节约40万元）。

4 结 语

在高速公路高额的运营费用中，照明费用占据着很大的比重。LED照明智能调光系统的出现为照明费用的节省提供一个新的路径。通过分析隧道照明及其控制方案可以看出，设计一个科学的LED照明智能调光系统，不仅能够产生巨大的经济效益，同时还能有效地保障保障行车安全，降低工程成本，实现节能减排。

参考文献：

[1] 钟标，杨雪.高速公路隧道LED照明智能调光系统[J].中国交通信息化， 2013，（8）.

[2] 李宏杰，马二顺，吕晓峰，等.公路隧道照明调光过程中的危险因素分析 及安全性指标[J].隧道建设，2015，（12）.

[3] 蒋海峰，文涛，吕晓峰，等.隧道LED照明精细化调光控制技术及实证研 究[J].交通节能与环保，2013，（1）.

[4] 涂耘，史玲娜，王小军，等.公路隧道按需照明节能运营控制技术应用[J]. 公路交通技术，2015，（6）.

[5] 张玲，郝翠霞.LED隧道照明控制系统的研究与开发[J].照明工程学报， 2011，（4）.

[6] 钱怀风，高林.公路隧道LED智能照明调光控制系统[J].中国交通信息 产业，2010，（6）.