高速公路隧道智能照明系統分析

劉 亮

(遼寧省高速公路運營管理有限責任公司 沈陽市 110000)

1 概述

1.1 研究背景及意義

城市隧道越來越多地進入人們的生活,而隧道照明是保障隧道內行車安全和運營的重要部分。近年來,隧道照明的運營開支較高,交通事故頻發,安全和節能兩大難題引起相關部門的高度重視,隧道照明改造升級迫在眉睫。

1.2 隧道照明概況

隨著城市化進程的加快和智能交通系統的發展,隧道調光項目在特定的交通和城市基礎設施背景下發展起來。其旨在通過先進的照明技術和系統實現隧道內照明強度的自動調整,以適應不同時間、天氣條件和交通流量的變化。該項目的核心目標是提升隧道內行車安全性,同時兼顧能源使用率和環境保護要求。傳統的隧道照明系統往往采用固定亮度,無法有效應對光線條件的快速變化和不同需求,可能導致駕駛員視覺不適,增加反應時間。隧道調光項目通過集成傳感器技術、智能控制系統以及配套的LED照明設備,顯著降低能源消耗和維護成本,大大提高了行駛者的舒適性和安全性,體現出現代社會對智能化和可持續發展的不斷追求。高速隧道照明系統實況見圖1。

圖1 高速隧道照明系統

2 高速公路隧道智能照明系統技術路線

系統技術路線包括系統設計的體系結構、開發體系和開發工具的選擇?？茖W合理的技術體系能夠充分利用現有IT資源,提高IT效率。采用先進的開發工具,可以大幅縮短系統開發周期,提升系統開發質量,減少項目實施風險。技術路線的選擇必須從性能、效率、擴展性、開放性、穩定性、安全性、投資回報等方面的需求綜合考慮。

系統技術路線的選擇需考慮兩個方面:一是設計科學合理的系統體系結構;二是選擇合適的開發技術框架和模式,為整個智慧照明平臺服務。

2.1 分布式體系結構

綜上,文章采用基于Web應用的三層分布式體系結構,保證系統開放性、可擴展性、先進性和跨平臺等重要特性的實現,滿足用戶復雜業務邏輯可定制和可管理的個性化需求。

三層分布式體系結構由Web服務器接受請求,由運行在應用服務器中的業務邏輯處理子系統進行業務處理并返回,客戶端只需一個瀏覽器。數據庫服務器用來存儲管理信息系統用到的各種數據。隨后,充分整合數據庫、應用服務器、Web服務器等中間件平臺,形成一個分布式的運行支撐環境。

2.2 地址匹配技術

地址匹配是指將用戶交互式輸入的一條地址信息或從數據庫記錄中讀取的地址描述信息(以下簡稱“地址串”)經過語義分析、數據排錯處理后,對其進行字符串拆分,然后選擇一定的地址匹配策略與基礎空間共享數據庫標準地址信息進行比對,并進行必要的地址插值計算處理,從而使該記錄自動獲取一個對應的空間地理坐標值,從而準確定位到電子地圖相應空間位置上的過程[1]。該技術提供了一種將非空間信息空間化的快捷手段,具體流程如圖2所示。

圖2 地址匹配基本數據流程圖

2.3 硬件框架

根據《公路工程質量檢驗評定標準 第二冊 機電工程》(JTG 2182—2020)規范要求[2],以小于500m的短隧道為例,將隧道照明按照不同區段劃分并設置不同亮度值,如圖3所示。

(1)系統初始狀態,隧道內無車,所有燈具設置為最低亮度 (5%左右)。

(2)當隧道進洞口卡口檢測到來車后,聯動調光控制器,將第一段照明調亮至設計照明亮度(根據規范和設計計算的隧道行車應具備的照明亮度)。

(3)當隧道中部攝像頭檢測到來車后,聯動照明控制柜,將第二段照明調亮至設計照明亮度,同時閉環確認第一段內是否有留存車輛,若無,則將第一段照明調亮至預設的最低亮度。

(4)當出口車檢設備檢測到來車后,閉環確認第二段內是否有留存車輛,若無,則將第二段照明調亮至預設的最低亮度,同時,復核整個隧道內是否有留存車輛。

(5)當攝像頭故障,亮度傳感器正常,燈具亮度按照洞外亮度值調節;亮度傳感器故障,攝像頭正常,有車輛通過時燈具亮度調節至70%。

(6)亮度傳感器故障,攝像頭故障,燈具亮度調節至70%。

2.4 平臺架構

系統采用有線或無線調光控制器,可根據洞外亮度和車流量信息實時調節隧道內各照明段的亮度,可在無車時將隧道各段燈具調暗至可調的最低調光比例(5%),有車時可根據洞外亮度值將各照明段調亮至滿足規范要求的亮度(最亮70%),并逐次點亮車輛前方安全行駛距離內的燈具,實現“車來燈亮,車走燈暗,燈隨車行”[3]的動態調光效果,在保證安全的前提下,實現節能最大化。

隧道照明智慧調光平臺系統由基本型調光控制器、附帶車輛檢測的調光控制器、多模網關、洞外亮度檢測儀、洞口車流量車速檢測設備、智能網聯邊緣控制主機、亮度可控型公路隧道 LED 照明燈具、自適應隧道調光系統平臺軟件組成。整個隧道照明智慧調光平臺系統為四級架構,分別為用戶層、展現層、應用層、數據層[4],具體如圖4所示。

圖4 隧道照明智慧調光平臺架構圖

3 隧道智能照明控制系統設計

3.1 系統總體設計

照明監控管理控制系統具備照明智能化設備管理功能,結合高速公路照明的應用場景,形成完善的設備控制和設備監測管理機制。系統提供光照+經緯度+任務等多種照明設備的開關燈策略以滿足現場應用需求,提供自動巡檢、狀態監測、運行數據查詢、故障告警等功能應用和電能統計、亮燈統計等數據統計分析功能,同時實現照明設備遠程控制管理、節能管理、安全防護管理和精細化管理,系統整體架構如圖5所示。

圖5 系統整體架構

3.2 調光智能控制系統

調光智能控制系統主要由洞外亮度檢測儀、隧道調光智能控制柜、LED 照明燈具、通訊系統和上位機工作站等組成。

系統能夠根據交通量信息、設計冗余和不同的時間段調節基本照明的亮度。當基本照明出現光衰,致使洞內基本照明檢測儀的實測結果低于標準要求時,系統能夠自動調節基本照明亮度,使之滿足標準要求,按需照明。

3.2.1控制原則

隧道照明的設計目的是要確保隧道內部的光照既安全又舒適,滿足駕駛員的視覺需求,具體需實現以下方面:

(1) 隧道照明的基本原則:確定隧道照明的目的和基本要求。例如,提供足夠的亮度,確保駕駛員安全判斷,減少視覺疲勞等。

(2) 照明區域分類:(a)入口段。隧道入口部分,需要高亮度,幫助駕駛員從明亮的外部環境過渡到較暗的隧道內部。(b)過渡段。接在入口區后的部分,亮度逐漸降低,使駕駛員的視覺逐漸適應。(c)中間段。隧道的主體部分,亮度相對穩定且通常較低。(d)出口段。隧道的尾部,亮度逐漸增高,使駕駛員提前適應明亮的外部環境。

(3) 照明設計和模擬:應用軟件技術進行照明設計和模擬,通過對隧道內車輛的實時監測跟蹤,實現LED隧道燈開關及亮度的實時控制,達到“車來燈亮,車走燈暗,燈隨車走”的安全節能效果。

(4) 節能與可持續性:采用高效的燈具和智能控制系統,降低能源消耗,提升隧道照明的可持續性。

(5) 安全與應急照明:在電力故障等緊急情況下提供基本照明,確保應急措施順利實施。

(6) 智能照明控制系統:使用傳感器和自動控制技術,根據隧道內外的實時光照條件和交通流量動態調整照明。

3.2.2控制模式

(1) 分段控制

系統對隧道內入口段、過渡段、中間段及出口段的照明燈具分段調控,通過調光控制器回路設置,實現各區域段照明設備按比例調光及開關操作。

(2) 單回路控制

系統支持對調光控制器單回路的控制?？蓪υ摶芈愤B接的照明設備進行按比例調光及開關操作。

(3) 調光控制模式切換

隧道隨車調光控制模式主要包括手動控制、預置模式控制、時序控制及智能控制。系統可根據現場需求靈活切換控制模式。

4 結語

4.1 總結

文章闡述分析的隧道智能照明智慧系統平臺通過前沿技術實現燈光智能控制。智能照明系統可以提供有關照明性能和能源使用情況的詳細數據,幫助進一步優化操作,維護照明計劃,不僅能夠提高照明效率,還能夠節約能源,降低維護成本,帶來顯著的經濟效益。

4.2 展望

智能照明系統下一步發展方向是車輛流量數據的整合,整合便于更高效地管理隧道或相關交通系統的流量,間接創造經濟效益。同時該系統可以常態監控燈具的狀態,預測潛在的故障,從傳統的響應性維護升級為預測性維護,降低突發性修復的頻率和成本。