隧道照明控制系統中節能模塊的設計與應用探討

【關鍵詞】隧道照明；節能控制；模糊神經網絡；PLC；智能化管理

引言

公路隧道建設快速推進，照明系統能耗問題愈發凸顯，傳統隧道照明系統保障安全照明時，存在能耗過高、管理落后難題。運用現代智能控制技術，將模糊神經網絡與PLC控制系統相結合，可依據隧道內外環境實時變化，靈活調整照明亮度，優化能源利用，降低無謂電力損耗，該節能控制方案既提高照明系統能效，又為隧道智能化管理開拓新方向[1]。

一、隧道照明控制系統的設計概述

（一）隧道照明控制系統的基本構成

隧道照明控制系統涵蓋多個模塊，含光照傳感器、紅外感應器、車速傳感器、數據采集模塊、PLC控制模塊等，光照傳感器檢測隧道內外明暗程度，將數據實時回傳控制系統，據此調控照明設備亮度。紅外感應器與車速傳感器監測車流數量和行駛速度，依數據判斷照明調整需求，PLC控制模塊作為核心，按控制邏輯操作燈具開關、調節亮度，系統全自動化運行，借實時數據采集處理，保障隧道照明契合交通安全要求，實現高效節能。

（二）節能模塊在隧道照明控制系統中的作用

節能模塊是隧道照明控制系統的關鍵部分，系統依據外部環境光照、隧道內車速及車流量等即時數據，自行調控照明設備狀態，到了夜晚或者光照不足時，系統自動增強照明亮度；車流量小、車速慢時，適當調低亮度來節省電能。采用模糊神經網絡技術后，系統可根據多樣輸入數據自適應優化調節，顯著提升節能效果，還能保障隧道內駕駛員視覺安全。

（三）現有隧道照明控制系統存在的問題

大量傳統系統缺失智能化調節能力，照明控制多靠固定時段設定或人工手動操作，難以對環境變化實時響應，造成能源白白損耗，當下的系統在面對復雜多變的交通流量與天氣狀況時，反應不夠靈敏，無法依據實際車速、車流量以及外部光照的動態改變靈活調節，常出現調節延誤或過度照明現象。還有些系統硬件設備更新緩慢，難以適配發光二極管（LightEmitting Diode，LED）照明等新型節能技術要求，制約節能成效與經濟效益提升[2]。

二、隧道照明節能模塊的設計原理

（一）節能控制策略的基本原理

系統精確采集隧道入口外部光照強度數值、車輛行駛速度以及車流量具體數據，為控制模塊輸送有效輸入信息，將模糊神經網絡與PLC控制有機融合，依據這些數據的實時動態改變，靈活且自適應地調整燈光亮度，當出現車流量處于高峰、車輛行駛速度較快的情形時，系統迅速自動提升照明亮度，全力確保駕駛員在行駛過程中有清晰的視覺感知；反之，若車速減緩、車流量稀少，系統及時降低照明亮度，以此有效減少能源消耗。這種創新智能控制策略，切實避免了傳統照明系統存在的無效能源損耗問題，充分保證隧道內照明條件完全滿足交通安全所需，節能控制策略的落地實施，使得隧道照明系統的能源使用效率得以顯著優化，能夠及時且精準地響應復雜多變的環境狀況，切實保障能源的高效利用，極大程度地減少能源浪費現象。

（二）光照強度與能耗的關系分析

隧道內外光照環境時刻變動，傳統照明系統難以依據實時光照情況調節亮度，往往始終維持固定的最大亮度，造成大量能源白白浪費，智能照明控制系統里，光照強度調節與系統能耗緊密相關，外部光照充足時，系統自動降低照明亮度，削減能耗；外部光線昏暗，系統即刻增強照明強度，保障隧道內良好可視度。系統還能依據隧道內車輛流量大小和行駛速度快慢，精準調節亮度，車流稀少、車速緩慢時，及時調低亮度，避免不必要的高強度照明，從而大幅降低能耗，這一控制方式有效優化照明設備能耗表現，顯著提升系統能源利用效率。

（三）自動調節與定時控制在節能設計中的應用

自動調節系統可即時察覺外部光照狀況、隧道內車速快慢與車流量多少等因素，依照這些變化自主調控照明亮度，隧道外光照強烈時，系統主動減弱隧道內燈光強度，防止過度照明導致能源浪費；外部光照昏暗，系統便自動增強照明亮度，保障隧道內行車安全。定時控制系統負責管理照明開關時間，在隧道交通流量小的夜間或非高峰時段，按預先設定的時間表調整照明開關及亮度，進一步節省電力，自動調節與定時控制相結合，讓隧道照明系統既能靈活應對復雜交通和環境變化，又能有效降低能耗，大幅提升整體節能效果，實現經濟與環境效益雙提升。

三、隧道照明節能模塊的核心技術

（一）智能傳感技術的應用

智能傳感技術借助各類傳感器采集隧道內外實時數據，涵蓋光照強度、車速、車流量、煙霧濃度等重要信息，光感傳感器、紅外傳感器與車流量檢測器將收集的數據轉為數字信號，經由PLC處理，依靠智能傳感器，系統實時監控隧道環境變動，自動調節照明強度契合多樣交通需求。白天光照充足，系統自主調控隧道燈光亮度，減少無謂電力消耗；車流量大時，及時增強照明亮度，保障駕駛員視覺清晰，智能傳感技術還能監測隧道煙霧濃度、能見度等環境狀況，迅速調整照明方案保障行車安全，該技術的運用讓隧道照明系統可自適應外部環境變化，有效提升能效、降低能源浪費[3]。

（二）調光技術在節能模塊中的運用

調光技術綜合考量環境光照強弱和交通流量大小等多方面因素，自動對隧道照明光強進行精準調整，有效規避因過度照明引發的能耗浪費現象，每當隧道外部光照充足強烈之際，調光系統便會迅速自動降低隧道內部的照明強度，以此大幅減少能源的不必要消耗；而一旦處于光照不足的環境狀況下，系統即刻提高照明強度，從而充分確保隧道內擁有足夠清晰的能見度。調光技術與車流量傳感器、車速傳感器緊密結合協同發揮作用，促使照明亮度的調整過程變得更加靈活自如且精確無誤，在交通流量處于高峰狀態或者車輛行駛速度較快的情況下，系統及時提高亮度，顯著增強駕駛員在駕駛過程中的視覺適應能力；而當車輛行駛速度較為緩慢或者車流量明顯較少之時，系統隨即降低亮度，進一步杜絕不必要的能量浪費。

（三）數據采集與處理技術的實現

借助各類傳感器的安裝部署，系統持續采集隧道內外光照強度、車輛行駛速度、車流量等多維度數據信息，采集的數據經模數轉換后，有序傳輸至數據處理模塊，系統運用PLC控制技術，對數據展開實時運算與剖析，并依據預先設定的控制策略實施動態優化調節，為提升數據處理效率與精準度，系統引入模糊神經網絡算法等智能數據處理技術，對多源數據進行綜合研判分析，進而優化照明系統控制策略。為保障系統穩定高效運行，數據采集模塊將實時采集的數據存儲留存，并及時反饋至監控中心，為后續系統維護與升級提供依據，這項技術讓隧道照明控制系統在復雜交通與環境狀況下迅速響應，及時調整照明方案，有效提升系統節能性與可靠性，為系統長期優化提供堅實數據支撐。

四、隧道照明節能模塊的實際應用效果

（一）節能模塊應用后的能效提升分析

節能模塊深度融合智能傳感技術與調光控制系統，憑借對隧道內外光照強度變化、車輛行駛速度快慢以及車流量大小等實時數據的精準捕捉，自動且靈活地調整照明亮度，從根源上避免因過度照明造成的能源無端浪費。反觀傳統的隧道照明系統，大多采用固定不變的亮度設置模式，無法及時對瞬息萬變的環境做出響應，致使大量電能在不經意間被白白消耗，節能模塊對照明強度進行細致入微的調節，讓照明系統能夠精準依據實際需求提供充足光照，為交通安全構筑起堅實保障，也有效減少了不必要的能源損耗。在隧道內的各個不同路段，節能模塊會敏銳地根據車流的動態變化及時調整亮度，在交通繁忙的高峰時段，迅速提供更高強度的照明亮度，確保駕駛員擁有清晰的視野；而當車流量稀少時，則適時降低亮度，進一步實現能源的優化使用。經過全面綜合考慮隧道內外光照的起伏變化、車輛行駛速度以及車流量等諸多因素，節能模塊的應用能夠對隧道內的照明設備進行高效管理，顯著降低功率消耗，從而實現了極為顯著的能效提升，有力確保了隧道照明系統在不降低安全性和駕駛舒適度的基礎上，最大程度地實現能源節約。

（二）經濟效益與環境效益評估

節能模塊經過精準優化照明亮度與科學規劃使用時段，大幅削減能源浪費，顯著降低電力消耗，直接減少隧道照明系統運行成本，在長期應用過程中，這種節能優勢尤為顯著，特別是在隧道照明負荷較高的時段，借助智能調節亮度，有效避免不必要的能源損耗，切實降低電費支出，節能模塊的應用還能顯著減少溫室氣體排放。隨著全球環保要求不斷提升，降低碳足跡已成為各行業重要目標，隧道照明系統作為耗能大戶，引入節能控制技術，既為隧道運營單位帶來經濟回報，又助力實現節能減排的環保目標，在環境效益層面，節能模塊優化能源使用效率，降低對化石能源的依賴，推動綠色照明技術普及，進而對生態環境產生積極影響，對節能控制系統的長期評估可見，系統的環保效益與經濟效益相互支撐，共同推動可持續發展。

（三）節能模塊對隧道安全性的影響

傳統隧道照明系統在滿足安全需求時，常忽略光照強度與能源消耗的平衡，易造成照明過度或不足，影響駕駛員視覺適應與安全行駛，節能模塊借智能調節系統，讓照明強度依車速、車流量及外部光照等因素實時調整，保障隧道內亮度適宜，進而提升駕駛員視覺舒適度與安全性[4]。車流密集時，節能系統自動提高照明亮度，讓駕駛員在復雜交通環境中視野清晰；車流較少時，系統降低照明強度，避免過度照明造成能量浪費，節能模塊集成智能傳感技術，可實時監測隧道內環境變化，如煙霧或其他異常情況，及時調整照明設備工作狀態，這種自動化、智能化的照明調節，有效降低能源消耗，增強隧道應急響應能力，提升隧道整體安全性，優化照明設計后，節能模塊確保隧道內外視覺過渡更平滑，降低因照明不足或過亮帶來的駕駛風險。

五、隧道照明控制系統節能模塊的優化策略

（一）節能模塊優化的技術路徑

技術實現中，多層次傳感器網絡采集隧道內外環境數據，含外部光照強度、車速、車流量、隧道內光照度等，數據經PLC系統實時處理，結合模糊邏輯與神經網絡算法優化光照調節，系統模糊化處理車流量、車速、外部光照等多種輸入數據，判斷照明需求，調節燈光亮度，避免過度或不足照明。技術路徑優化提升數據采集與處理精度，升級算法讓系統依據歷史數據學習預測，提前調整照明方案應對不同交通與環境變化，日間光照強時，系統自動調低照明強度；車流高峰，系統提高亮度保障隧道內外過渡平滑，這樣的技術路徑優化，讓節能模塊靈活應對復雜情況，保障安全時實現最大化節能效果。

（二）系統運行中的智能優化控制

智能優化控制是系統運行核心，持續監控隧道環境變化，動態調整照明設備工作狀態，控制系統兼顧照明亮度調節、設備開關控制與調光策略選擇，實施時，依車速、車流量和外部光照強度等實時數據，借模糊神經網絡算法計算分析，自動調節照明設備亮度，此技術讓系統依不同時段、環境和交通狀況自適應調整。高峰期車速快、車流量大，系統自動提高照明亮度；非高峰時段或光照強時，自動調低亮度節省能源，智能化控制保障駕駛員安全舒適，實現照明系統高效節能與長期穩定運行，智能優化控制技術應用，使隧道照明系統按運行狀態靈活調節，提供精細化能源管理策略，提升系統可持續性與智能化水平。

（三）未來發展趨勢與技術創新方向

智能化成為未來隧道照明控制系統的核心導向，隨著物聯網、人工智能和大數據技術的深度滲透與廣泛應用，隧道照明系統將進一步有機融入智能控制平臺，全面實現全流程自動化運作、全天候實時監控以及動態化優化管理，經過深度學習算法與海量大數據的深度分析，未來的照明系統將具備更高維度的預測能力與精準決策能力，能夠依據不同時段的交通流量變化、實時天氣狀況以及季節性環境變遷，自動生成并調整照明方案，從而最大化優化能源使用效率[5]。集成化發展構成未來隧道照明系統的重要演進趨勢，這種集成化體現在硬件設施的高度集成方面，更凸顯于系統的綜合協同管理層面，隧道照明、通風系統、交通控制等多個子系統將實現深度協同工作，共同構建更為高效的綜合管理平臺，綠色環保理念成為未來技術創新的關鍵方向，未來的隧道照明系統將更加注重能源的綠色化利用模式，進一步大規模推廣LED高效照明技術、太陽能供電等可再生能源應用技術，實現對傳統電力資源的實質性替代。

結語

隧道照明節能控制系統的設計與應用切實提升隧道照明能效和經濟效益，集成模糊神經網絡與PLC控制技術后，系統可依據實時數據自動調節照明亮度，優化能源利用并降低電力消耗。該系統既滿足安全需求，又具備顯著環境效益與經濟回報，伴隨智能化技術持續進步，隧道照明系統節能控制將更高效，為隧道照明管理可持續發展提供有力支撐。

參考文獻：

[1] 倪娜，唐靖，曾弋茹.公路長隧道的照明節能控制系統的設計與研究[J].公路，2024，69（12）：278286.

[2] 席回歸.基于低壓電力載波的公路隧道照明控制系統研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2024.

[3] 員偉.公路隧道照明節能控制系統設計與應用[J].交通世界，2023（19）：121123.

[4] 陳大華.隧道色溫可調照明節能控制系統設計與應用[J].西部交通科技，2022（06）：103105.

[5] 龔宇航.隧道中間段照明系統節能設計與控制[D].成都：西南交通大學，2022.