山區隧道智能型分級光控系統設計方案研究

李靈愛 陳 蔚（重慶交通大學土木工程學院，400074）

山區隧道智能型分級光控系統設計方案研究

李靈愛 陳 蔚
（重慶交通大學土木工程學院，400074）

“眩光”和“黑洞”兩種現象常見于我國公路隧道的行車環境中，也是隧道事故高發的重要原因之一。筆者結合駕駛員隧道行車時的人眼亮度適應曲線，對公路隧道照明進行智能光控系統設計，達到光照強度的調節作用，有效消除車輛進入隧道或者駛出隧道時出現的不利現象，使得車輛在行車過程中，司機能夠擁有較為舒適的肉眼識別環境，從而減少隧道行車交通事故的發生。

隧道照明；分級光控；系統設計；

0 引言

公路作為交通運輸的主要載體，經過近年來的不斷建設，已逐漸構成陸地交通網絡。對于西部地區而言，山區公路網絡最大的特點是所涵蓋的隧道眾多，由此在公路設計中不可避免的一個重點就是如何解決隧道行車照明問題。目前，我國公路隧道大多采用簡單的人工控制方式來實現分級照明的效果，這種方式最大的缺陷在于不能連續調光，調節作用下的隧道內光照強度與隧道外部環境條件無法構成正相關，此外，上述調節方式在很大程度上容易造成資源分配的不合理性，從而導致資源的浪費。

1 系統設計思路

隧道交通事故的發生在很大程度上與隧道照明設計的不合理有著密不可分的關系，對駕駛員行車通過隧道時人眼適應亮度曲線的研究表明，隧道光照亮度變化與駕駛員人眼適應亮度曲線之間在不同照明段存在較大的差異。

為解決光照強度差異性問題，本次論文的研究旨在設計具備連續光照調節作用的智能型光控系統，通過對隧道進、出口側光照信息的采集，結合隧道通行實時車流量監測結果以及隧道外部環境條件參數，由控制單元進行信息的綜合處理，并控制照明驅動電路，實現第一、第二照明段以及隧道中間照明段的實時智能調節。

系統設計原理如圖1.1所示，其中：

（1）在隧道入口側和出口側適宜位置安置太陽能和風能采集裝置，并與隧道內設置電能轉換設備，通過遠程操作實現對該節能環保互補發電系統的控制；

圖1.1 智能分級光控系統設計原理圖

（2）通過隧道入口側第一檢測單元的設置，使其第一比較電路將第一環境光傳感器輸出的環境光強度值與設定的照明亮度比較得到環境光-設定照明差值，利用第一中央處理電路將其與照明變化等級真值表對比確定的照明燈亮度變化等

級，由控制單元根據這一確定的照明燈亮度變化等級實現對第一照明段LED照明燈的亮度調節，隧道出口側同樣要求達到此效果；

（3）通過對設置于本照明控制系統中的車流量監測模塊及隧道信息獲取模塊所采集的信息進行匯總和綜合處理分析，將其確定的車流-照明等級反饋至控制單元，完成中間照明段的照明控制。

2 研究內容

根據分級光控系統的設計目的，本文采用模塊化研究，主要包含三個子系統模塊。其一，分別在隧道入口側和出口側構建第一、第二檢測處理模塊，使之能夠通過傳感器及比較電路等內置子模塊，實時采集隧道內外側的光照信息，并將其處理結果反饋至控制單元；其二，設置隧道信息監測模塊和車流信息監測模塊，將其實時監測的隧道環境信息（主要為天氣信息）與第一、第二檢測處理模塊的數據處理結果在控制單元進行綜合處理，比對人眼光照適應曲線，使其控制LED照明段亮度等級變化。其三，將以上的處理信息反饋至所構建的交通管理服務器，便于后續交通分析。其中，主系統和輔助系統的構建內容如下：

（1）第一、第二檢測單元主系統構建

該系統主要由兩個模塊組成：光照信息采集模塊和信息處理傳輸模塊。通過設置于隧道入口側和出口側（避免隧道內照明燈所影響的位置）的環境光傳感器采集到隧道外光照強度信息，經由前置處理電路對環境光信號進行放大、濾波以及模數轉換處理，處理結果傳輸至比較電路中，與預先設定的照明亮度比較，確定環境光-設定照明差值，并于中央處理電路中與照明變化等級真值表對比，確定第一、第二照明段的照明燈亮度變化等級，將此信息傳輸至控制單元，由控制單元驅動電路控制照明段運行。

（2）車流、隧道環境信息監測輔助系統的構建

該輔助系統主要通過對車流信息監測模塊實時采集的車流量信息，經由預處理電路進行有效信息的提取，利用比較電路與設定的車流量閾值進行比較，進而通過該模塊中的中央處理器確定車流-照明等級，并將最終結果反饋至控制單元。同時，由隧道環境信息獲取模塊通過無線方式與氣象服務器連接，獲取當前隧道附近的氣象參數，包括隧道附近的空氣能見度參數等，同樣傳輸至控制單元。最終由控制單元進行綜合選擇中間照明段亮度等級，并控制其運行。

3 應用價值

公路系統中的照明機制，尤其是光照條件要求比較特殊的隧道環境，其構成地形條件較為復雜，照明線路的合理鋪設，能源的供給，甚至于照明管線故障排查和維修等問題都需要進行綜合考慮，本次系統設計采用分模塊構建的方式，便于上述故障的處理。隧道供能中使用太陽能和風能發電互補供電系統解決特殊地區能源供給不足的問題，大幅降低照明系統電能消耗，充分響應國家對于綠色能源使用的號召，并在某種程度上提高隧道運營經濟效益的需要。由此，針對適用于山區隧道的環保節能LED智能分級光控照明系統的研究，結合其在隧道照明中的成功應用，尤其是對于電力能源供應條件受限地區，不僅高效、節能，而且使用壽命長、易于維護。這在當前國家大力推進節能減排、創建低碳社會的大背景下，具有很強的現實意義。

4 結束語

論文針對目前公路隧道照明控制系統的弊端而進行研究，研究內容具有較強的現實意義，能很好的解決公路隧道照明不善而引起的交通問題以及照明成本問題，本文提出研發集第一、第二檢測控制單元、分級照明段及太陽能和風能發電互補供電系統為一體的智能光控系統，具有一定的創新性。系統的成功開發能解決目前公路隧道照明所引起的交通問題，并針對國家對于新能源的應用作出積極響應，不僅市場前景可觀，對于公路隧道建設領域的發展也具有指導性的意義。

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TU7

B

1007-6344（2016）04-0069-01

李靈愛（1991-），女，四川省雅安市人，研究生在讀，研究方向為結構變形監測。

重慶市研究生科研創新項目(CYS14157)；2015年重慶交通大學研究生教育創新基金項目（重點）