應用無線地磁流量檢測的隧道智能照明系統軟硬件設計

熊婧　李保

摘要：針對國省道隧道流量分布不均勻的現狀，為達到最大限度節約照明電能的目的。設計一種應用無線地磁車流量檢測的隧道智能照明控制系統，系統采用無線地磁采集實時隧道車流量，結合傳統的時控模式及隧道內外照度儀數據，通過嵌入式控制系統實現隧道照明燈組的開啟數量及亮度指標的實時調控，工程試驗表明，該系統軟具有較好的調光效果。

關鍵詞：無線地磁 隧道照明 嵌入式系統

中圖分類號：TP383 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0152-02

針對廣大山村隧道普遍存在流量不大、分布不均等特點，其主要流量集中在白天，晚上流量稀少，現階段普遍采集全天候固定的照明控制策略，自動化程度不高，同時照明利用率低，容易造成能源浪費。

隨著車輛實時檢測傳感技術、無線通訊技術[1]以及計算機控制策略技術[2]等在交通行業廣泛地應用，使得基于實時車流量、時序控制以及隧道內外照度指標等輸入參數控制照明回路開啟數目和其亮度等級的智能控制系統得以實現和發展。

1 系統技術方案

系統提出依據整個隧道間隔布置的地磁車輛檢測器的車流量數據，應用嵌入式控制技術實現對隧道照明燈組開啟及亮度等級控制；提供一整套實時隧道照明智能控制裝置，能實時采集整個隧道的車檢器信息，根據控制策略實現隧道不同區域的照明控制，其系統結構如圖1所示。

系統主要包括地磁無線車輛檢測傳感單元、地磁無線車輛檢測接收單元、數據匯集單元、隧道照明智能控制單元、隧道區域控制器單元、單路照明控制器單元等。系統中地磁無線車輛檢測傳感單元、地磁無線車輛檢測接收單元負責采集并傳輸隧道內實時車輛信息（含行駛方向、占有情況等），其中地磁無線車輛檢測傳感單元每隔a米（a根據隧道的限速和流量分布情況，以經驗值得出）布控于隧道各個車道路面下[3][4]，同時隧道入口端分布向外延伸n米，其中：

n=P*（T+t） （公式：1）

注：n=無線地磁傳感器距隧道口距離；

T=隧道照明智能控制系統反應時間（單位：ms）；

t=系統必要的延時（單位：ms）

地磁無線車輛檢測接收單元負責實時收集傳感器單元數據，地磁無線車輛檢測傳感單元與地磁無線車輛檢測接收單元之間通過RF433M無線載波通訊；隧道照明智能控制單元運行照明智能控制程序，根據內置智能算法和控制策略來控制各區域照明燈組的開啟和亮度信息。

2 應用無線地磁流量檢測的隧道智能照明硬件模塊

2.1 地磁無線車輛檢測傳感單元、地磁無線車輛檢測接收單元

地磁無線車輛檢測傳感單元按照間隔若干米安裝于隧道每個車道路面下0.2-0.4米處，傳感器單元采用自主供電，當其上有車輛經過時，輸出檢測信號；地磁無線車輛檢測接收單位通過RF433M無線載波通信實時接收地磁無線車輛檢測傳感單位的信號，接收單位按照協議通過光纖將數據實時發送到數據匯集單元。

2.2 基于Win CE 的嵌入式智能控制部分

隧道照明智能控制單元負責與數據匯集單元（無線地磁檢測車輛有無信息、隧道外照度儀亮度信息）通訊，依據數據匯集單元提供的信息實時對隧道各照明區域的照明燈進行開關及亮度調節。在智能控制模式下，系統根據地磁無線車輛檢測傳感單元的ID號，依次檢測最新的數據，當進洞口地磁無線車輛檢測傳感單元顯示有車輛時，在排除不是停留車輛的情況下，按照行車方向依次開啟或者調節各區域照明燈亮度。之后按照最新的車檢數據，在延時一定時間，之間實時檢測進洞口是否有車輛，如果有新的車輛行駛進來，則跳出關閉特定區域照明燈組程序，如果沒有新的車輛行駛進來，則當延時時間到，則執行關閉特定區域照明燈組程序。在特定時間內如果系統檢測到隧道中間某個區域一直有車輛時，則認定該車為因故停留車輛，則執行單個區域照明燈組控制方案。

3 應用無線地磁流量檢測的隧道智能照明軟件模塊

3.1 隧道智能照明調節軟件控制流程

調光模塊是智能組件處理單元的核心程序模塊[5]，主要包括智能車流量調光子流程以及基礎時序調光流程。其中智能車流量調光子流程如圖2所示。

3.2 隧道智能照明調節軟件模塊組成

隧道照明智能控制系統軟件包括：照明智能控制器控制軟件和觸摸屏控制軟件。照明智能控制器控制軟件完成無線地磁車檢器數據通訊、隧道外照度儀數據實時采集、隧道各區域照明控制信號通訊、照明方案存儲等功能。觸摸屏控制軟件主要完成隧道照明監控、系統運行參數設置等功能。

隧道照明智能控制系統工作模式有：（1）時序控制：用戶可設置各照明回路的LED燈組開啟和關閉的時間，設置完成后，系統根據設置的時間來自動運行。（2）自動控制：系統在時序控制的基礎上，可以自動根據無線地磁檢測的車輛信息、隧道外照度數據來動態調節隧道內需要開啟的燈組數以及各燈組的亮度等級。系統主界面如圖3所示。

4 系統總結

系統設計的隧道照明節能控制系統有助于提高隧道LED照明控制的節能應用，進一步解決隧道照明系統的安全穩定性與節能性的此消彼長的矛盾。在減少隧道照明用電量的前提下有效提高隧道行車的安全性，同時依據無線地磁技術的實時車速及流量信息動態調節LED光源的點亮時間及亮度值，進一步提高隧道照明系統的穩定性和技術先進性。

根據筆者所在單位實際工程項目運行效果表明，在項目所在隧道LED燈組特性及現場實際流量基礎上，照明動態控制系統運行后，試驗隧道耗電量可節約20%-30%，系統具有較明顯的節能效果。

參考文獻

[1]JTJ026.1-1999.公路隧道通風照明設計規范[S].

[2]張馳，王洵，徐沛娟.公路隧道LED節能照明及控制系統試驗研究[J].新技術新工藝， 2009（9）：67-69.

[3]龔貽華.城市隧道照明控制系統的設計與實現[D].武漢：武漢理工大學，2008.