２０１７ １２ Ｉ中国交通信息化 １２３ ＤＯＩ：１ ０ １ ３４３９／ｊ ｃｎｋｉ ｉｔｓｃ ２０１７ １ ２ ０１４ 高速公路隧道ＬＥＤ灯智能调光系统设计与实现 Ｊ二毅豪。，袁钠： （１．＿ｆ匕 １１科技人学，湖北武汉４３００７４；２．紫）匕捷通科技股份有限公州， 摘要：本文参考闰家隧道照明标：位，设计实现一套高速公路隧道ＬＥＤ灯智能调光系统 拳系统经测试使用，可以明显减少驾驶人员眩光现 象．提高隧道通行安全性；对比人工控制照明，可以减少电量；肖耗，并满足节能环保需求 拳系统设计方案可行，有助于提高隧道运营管理效 矗，具有一定实际应用价值 关键字：高速公路隧道；ＬＥＤ灯照明：智能调光；节能 胁ｆ ／…技术 １Ｉ ，Ｉ Ｅ１） 洋 ，『 设 ｌ川）¨ｌｌ仃 智能调光控制设计 隧道幻特殊 、 ｔ 简 …遵．ｊｊ／』 中会产 ：同 掏， 驶人 接近、进入、驶 Ｊ，ｉ ｓｆＩ＊，ｊｌ』．＝Ｉ）ｌ【＿‘ 、 术 ｇ，ｊ 训ｌＪ１二隧逝 ［（ｇｔＪｊ系 中‘ 嫡命 、ｅＵ 效 ＾’ 圮救…众 优铸． ¨ ‘ ＂ 叫 ｆ 、 －Ｚ ，Ｌｓ，，／Ｖ Ｉ憾通 …常… 【Ｉ参数 比 『匕行驶车速越 、隧道内外 响驾驶人 对蛳 『』Ｉ１ １ Ｊ ，Ｊ 表１隧道照明常用灯具参｛￡对比 。 ０、 十（ｉ ｎｌ／ｗ｝ Ｉ｝１【］ＪＩ 】（Ｉ、ｌｉ｛ 、 Ｉ Ｊ ０ Ｊ Ｊ ＩｆＬ：４砒Ｉ ‘Ⅲ 越人，这ｆｌ｛ｉＭ 变化 蛐 烈，ｒ 况 断ｌＪ： Ｅ， ｉ十 系统时 参考《公路隧道心【Ｉ，ｊ 并 苟懂隧道 汁圳Ｊ！ｌＪ》（ Ｇ／Ｔ Ｄ７０／２—０１—２０１４）的基础 ， Ｉ 卜２（｝（） ¨１【７ 体“ ．阶梯 臧缇 觉蕾讳． 观帮怵灯此舒适渐变效果 隧道 ［ＩＪＪ系统分段 姗罔旧 ｊ ｈｍ牧｛ ） （卜 ｛ ＞‘ ２００（） Ｈ（）（）（Ｊ ＜ ＜州Ｍ ）【）（１～２ ～… ＜（ “）（）（） （“）ｌ】（ ）ｌ（卜 １） ＜ ｔ ）． （）｛） 越 ｛］｝ ｌ Ｈ（ｋ） ｆ １【】】 ， 屯 ＞Ｈ（】『】（）（） ＿ｙ —Ｈ ｆ：ｉ ≮ ＜２８（ ） ＞１ １ ｒｉ ＜Ｉ 州（）（｝ １（） ＿ｌ 、‘ … ｎ毡 ＜Ｉ（）（ｊ０（） Ｈ一１ ／ｒ，价（ｈ） ｊ＿ｔ ｒ： 【 叫ｆ ｌ ｔ ｝ ｝ Ｈ Ｊ Ｊｌｌ１ｌｌｌ ＿＜‘｝（Ｙｔ ２／』小ｌ ｉ Ｊ＜ Ⅳ １ ＜： 】１ 。、㈦ （． Ｚ Ｊ Ｉ隧道照明衣统分段图 ｆ』ｊ Ｊ Ｉ 灯 隧道 人彩数采…ｒ肋 ［Ｊ、『Ｊ （一）调光方式设计 州仃醚ｍ Ｃ，ＩＩ；Ｊｆｌｉ川 棠 分圾删 这种 捌 本照叫¨ Ｊ’ ÷， ｊ ｈ ｆ ）匕 Ｊ‘｝１Ｉｆ以，｝ Ⅱ１ｊｉ３， ４－ｊ Ｉ］－ｄｎ “ⅢＪｊ ，分＿ｊｌＪ 收 川 ｊ 』 … Ｉ ｔ 包Ｉ＿ｌ，』【川） ，通过啪臧Ｊ 【｛：数 弋 浊 ＩＩ将隧道 【ｌＩｊｌ＂ ｝ 分为丛小 明卡ｒｌｌ￣１ｇ￣，！ｌＣｆ仆Ｊ 个隧道．将Ｈ交叉划分为 ｉ中 圳回路． 圮 需求１： 这 人 ｒ 删Ｊ、 然ｍｆ、 ¨ ， 址… Ｊ：址远 ｊ１：｝１｛』虹 圳． 川 ｉ『’．训、ｆ ．他川 叭【 ；ＪＪ『＿ 叫”｝１分布 疆道入ｉ Ｉ脞 出Ｌｊ ，Ｉ；ＺＸ，Ｊ 不 醛进外）匕 强崾， 隧道／，］４ｑ同 度 级羟 Ｊ ｍ ｊ盟Ｊ 场 』 ． ｆｉ 完个ｆｒ屿 分圳将 划分ｙ，ｙ 个”、 明， 公 隧道 …‘ 求 当 火隧道外 ｒ，，』！一＇，Ｊ…Ｉｈ，，、Ｉ＂ Ｉ ｍ ，盐Ｊ戊能源浪 较 时，这 …， ’川 ／『 …ｒ ｌ』Ｊ『］ｔ ｉｔ ￣， 这 ， 地开父照叫＿Ｉ ｎ ＞缎胴光 制方法 浊 州 均 变化，小褂合《公路隧道 没汁圳ｊｌ 》 懂总 小＝ 【！Ｊ，ｆｔ Ｊ：ｑ 划分Ｉ ＦＤｌｆＪ川路 实 州步隧道ｒ￣ｉ￣ｂ儿／ Ｌｒ惰 ｆ ｔ 研究点， 川 ｛制系统捉 分忻隧道 … 坞 决一繁． 求 特点，为 公 隧道 均 眨 ｉｌｆ￣ｆ；ｄ 怀 针 这个叫题，本文挺川 无撇渊光府 ，Ｈ¨将隧道 技术＜ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 明灯具划分成多个照明回路，各回路进行无极调光。无极调 光控制不再是简单地开启或关闭照明灯具，而是将隧道内照明亮 度作为被控量，根据实际需求亮度连续调节灯具的使用功率。无 极调光控制隧道照明系统处于动态平衡状态，实现照明的平滑调 控，能有效避免路面亮度不均匀现象。整体的无极调光控制方 案，存在照明控制复杂、过度照明等问题。结合回路划分，实现 小范围内无极调光，既能提高照明舒适度和能源利用率，叉能降 低照明控制复杂程度。 明亮度分析算法流程图如图２所示。 图２照明亮度分析算法流程图 智能调光系统上位软件实现 基于前文的智能凋光系统设计．针对Ｇ４２沪蓉高速麻武段天 景山隧道右洞具体情况．本文采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２０１０开 发 ［具ｆ［ＩＭｉｃｒｏｓｏｆｔ ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２００８ Ｒ２数据库管理工具完成智能 凋光系统上位软件的实现。 （二）控制模式设计 提升隧道照明质量的关键是设计出高效合理的调光控制策 略。随着照明技术向智能控制方向发展，传统的手动控制和时序 控制模式逐渐不能满足照明需求。本文基于隧道照明安全性和节 能需求提出智能控制模式。 许多因素会影响到隧道照明亮度需求．如洞口照度、天气情 况、车速、车流量、洞内通风效果、墙壁反光性能等。综合考虑 所有因素，可分析出隧道照明最佳需求，但一一考虑这些因素， 一（一）系统控制流程 智能调光系统实现凋光控制的流程如图３所示。软件启动 后，在各部分通信正常的情况下，从数据库中读取隧道入洞１２￣［１ 出洞口备采集设备上传的数据，对这些数据分析计算后得出调光 有效输入参数，接着使用输入参数进行决策分析，输出最优照明 方面需要各专业设备提供数据支持，另一方面，实时分析数据 量较大，对系统计算能力要求较高。本文的智能控制模式选用对 隧道行车安全影响权重最大的洞口照度作为分析参数，对其进行 控制策略算法处理，计算出对应不同隧道段备回路的亮度值，从 需求俏。最后，判断当前照明是否满足需求，若满足则完成本次 自动控制，周期结束后，开始下一次控制；蓄不满足则将照明需 而下发控制指令，实现对ＬＥＤ灯亮度的智能调节。智能控制模式 的调节频率根据隧道洞外光强随时变化曲线设定。若光强随时间 变化率较大，则调节频率需提高；反之，降低调节频率。 （三）照明亮度分析 本文设计的智能控制模式中，影响隧道照明亮度的信息有洞 外光强度和洞内光亮度。一股隧道会安装多个光强检测仪和亮度 求值组装为控制指令下发备控制单元，完成Ｈｔ｛明调光功能，周期 结束后，开始下一次控制。 谴取圯姓榆测仪ｆ¨圯兜愉测仪教栅 融台订教敏 ．分 Ｈ｛Ｉ 驯前求仳 仪来测量隧道内外实时光亮度情况，希望通过冗余信息分析出更 加准确数据。对于这种信息表现形式多样化，信息量庞大，且信 息之间存在复杂关系的情况．通常使用信息融合方法对这些信息 进行处理，并得出有效结沦。 ＼足照叫需求／／ ／ 目前处理多个检测设备数据的融合方法有多种，如最小方差 估计法、线性最小方差估计法及最大拟然估计法等。很多融合分 析方法对检测设备本身的特性需要大量的先验信息。如数据的联 合概率分布密度函数和条件概率分布密度函数等，而这些数据较 难得到。本文对采集的数据进行两级融合分析。首先进行数据级 融合分析，剔除不可靠数据，减小信号采集误差，得到更加精确 的光照数据。数据级融合分析采用较为简单的自适应加权平均融 发送谓光品 控制指令 ｌ 图３调光控制的流程图 （二）上位软件功能框架 上位软件主要包括智能凋光控制和照明能耗分析功能。系统 主界面如图４所示。 智能调光功能包括三种控制模式：智能控制、时序控制和手 动控制．系统默认为智能控制模式。系统采用联动触发和控制预 案方式实现调光控制，即系统设魁光照强度变化阈值、时间点触 发值和事件触发值．在各模式下，达到触发条件后系统联动下发 相对应预案，控制ＬＥＤ灯调光。 合估计算法，该算法可以只分析检测设备的测量数据得到均方误 差最小融合值。然后再进行决策级融合，在数据级融合结果的基 础上，进一步融合，得出需要的调光亮度值决策。对于决策级融 合分析，由于检测设备输出量类型不同，需要对输出数据进行阈 值转换，使其模糊化后才能进行算法融合，最后得出融合值。照 智能控制模式下，系统后台实时分析计算光强检测仪等传感 訇４背能涮光 、玩乏 面 ㈠。川０敬 ， ＂处ｔ …仃放圮 喽ｆｉ 分”干 捌儿 ｌ¨） 曲¨坐 ，｝ …ｃ ｛…０÷ｌ ＆／ ｉ ；越川｛ Ｉ聊Ｊ‘’ 腰×Ｊ‘ｊ；ｉ／：Ｉｔ￣，ｊ ） ；。 ｉ Ｔｉｈ： 【 …， ｛ ：Ｌｉ）￣：＿ｉＪｊｆ 。 Ｊｆ． ｊ ｚ 】 ＇』Ｊ、 ｎ０ Ｍ ． 州 ¨ ｒ 也夕Ｉ、） ‘ｊ蚰 ｊ 州ＩＪ ｉ ｂ￣ｌ Ｊ Ｊ ｌ’ 倾』℃ 系筑 ≯教羽］ｌＩ，Ｉ ｌＪｌ＾乃 输入参 数 ｊＩ，Ｉｉ￣ｆ¨ Ｉ 址 。ｉ 个 Ｉ］ ｝ ，１ ＿ｆ『Ｕ占 、１ Ｊ 、够 １：ｊ 、ｔｎ… ，ｉ￣Ｊｉ／Ｉ、人 式｝Ｉ ，剧 Ｉ 川、¨ 求 圳４：１—１Ｊ ｌＩｆＩ ¨ ｒ１ １ｉ： ｔ￣Ｆ ｆ ５、 ６分川为 吁 弋 ｝ ℃ ： ｌ 比 川。；￣ｉｔｉｌＪ ・ｌ详情 ’Ｉ执行，麟 Ｉ 摹件 ｉ－《 划强作倚口 伯熏详情 骂ｒ 晰 式ｎ点控制 鬟：手精 １ ｉ 。… ．ｐ－功 『 接 Ｊ…：时Ｊ、 ， 耻 １ ｆ『¨… ｌ Ｊ …能托 』Ｊ＿ｊ能ｆ 叫 抄 【 【ＩＵ 、ＩＵ流 ｆＵ ㈤．ｍ１］］过浮动 ｌ｛１『Ｉ矧 ｆ『｛ （ＨＨｆｉｌＥ 求勺 ７ ｌｊ１ｆ ｉ ｒ 叫 Ｉ【 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表２天紫山右洞电量测试（右洞采用智能控制模式） ｆ｛１０］２（）１ ７（）８ ２２ Ｉｊ ２Ｏｌ７【＇８ ２：｛ ｊＵ＆编｝ 电啵 趟 】ｌ『『 ＩＪ 起始是码他 （ＫＷｈ） 结束【１ｌ＿Ｉ＇Ｌ 截 袭鹏俩 （ＫＷｈ） （ＫＷｈ） ５ １ ４：５７ １７２６：ｊ １５：刚 １７２（｝＿５ ３２（） ６ １ ４：５７ １８３４ ０ １５：０４ １８： ７ ０ （） １ ４：５８ １７９０（） １５：０５ １ ７９３ ６ ： （） ８ １ ４：５８ ６１２ｌ（） １５ ０５ ６１２５１ ４１（） １１ 】４：５９ ７９９５１ １５ ０５ ８（）（ ６ １／１５（】 １２ １ ４：５９ ８１（）８ ５ １ ５：０５ ８１２３【ｊ １刚（Ｊ ｌ ４ １ ４ ５【｛ ７９７４ ７ １５：（）５ ７９８６ ｛ ｌｌ６（） ｌｆ ／ ／ ／ ／ ５５４（） 折钟 戚 ／』、ｉＩ，ｊ总Ｉ…谴（ＫＷｈ） ５５１ ６ 电＆ 变比Ｚｊ５０／５ 从 ２、表３中可以胥出，在测量时间内，右洞照明使用总电 精为５５１．６ＫＷｈ， 洞照明使用总电量为６４９ １ＫＷｈ．说明采用智能 控制模式比采用时序控制模式节约能耗。计算节电率如下所示： 节电率＝（型 号 ）＋１００％＝ｉＳ．０２％ 本次对比选用的足晴天环境下照明电量数据，这种环境下采 用智能控制模式比采用时序控制模式照明节约用电量１５０２％。根 表３是景山左洞电量测试（左洞采用普通时序控制模式） ¨期２ｏ ７ Ｏ８ ２２ 日期２ｏ ７ Ｏ８ ２３ ｌ乜表编号 起始袁码慎 截至表码值 电醚（ＫＷｈ） 起始叫间 （ＫＷｈ） 结束时问 （ＫＷｈ） １１４：５６ ３２６２ ５ １５：０４ ３２７１ １０ ８６ Ｏ ２ １４：５６ ２２０２ ２ １５ ０４ ２２０７ ６０ 刚０ ３ １５：０２ ２０５３ ０ １５：０７ ２０５６ ８０ ３８（） ４ １４：５６ ２６４３ ４ １５：０４ ２６４９ ９Ｏ ６５ ０ ９ １５・０（） １２０４５ ９ １５：０５ １２０６４ ８０ １ ０ ｌ（） １４：５９ ８６：］０ ２ １５：０５ ８６３９ ｇ【） ９７ ０ １３ １４：５９ １０７２０ ９ １５：０５ １０７３３ ２ｆ） ｌ２３（） 合计 ／ ／ ／ ／ ６６２ ０ 折辣成２４小日 Ｊ总电娃（ＫＷｈ） ６４９ １ ｔ乜裁互感 变比为５０／６ 据历史情况分析，在阴天环境下，采用时序控制模式照明会存在 更多过度照明情况。因此，可推断，一年周期内，采用智能控制 照明比采用普通时序照明可节约大于１５０２％的电量。 四、结束语 经测试使用，本系统在一定程度上提高了隧道照明舒适性， 保障了隧道行车安全，同时降低了隧道照明能源消耗，实现了节 能减排。由于最优效果的隧道照明需要考虑全方面的环境因素， 但本文仪考虑了隧道外光照因素，因此，系统在综合分析光照需 求方面有待进一步优化升级。另外，由于远程通信及照明控制有 一定延时，加上天景山隧道地处山区，光照环境变化幅度较大、 频率较高，灯具照明变化不一定能实时跟上隧道外自然光照的变 化节奏，因此，本系统对相关硬件设备性能耍求较高，实际应用 受到一定。 参考支献 ［Ｉ］公路隧道照明设计细则［Ｓ Ｊ ＪＴＧ，／ｒ Ｄ７０／２—０ｌ－一２０Ｉ ４ ｌ２】鲁立彬．商速公路隧道照明自适应智能控制系统［Ｊ】中国交通信恿，化．２０１ ０ （９） ９ｊ一９７ 【３］郡锋．ＬＥＤ照明灯具在公路隧道中的应用研究叫公路．２０Ｉ１（７）：１ ６７～ｌ ７｝ 【４】钟标，杨雪高速公路隧道Ｌ ＥＤ照明智能调光系统［Ｊ１中国＝莛通信息化． ２０｝３．（８） 【５］田国栋公路隧道ＬＥ Ｄ灯照明组网及编码调光控制研究 西安：长安 赶学， ２０Ｉ ３１２Ｂ］ 【６］黄风武．陈舅 肖华等隧道照明节能控制系统的研究与宴现【Ｊ＿公路工 程．２００８．３３（０６） ¨Ｉ—ｌ１ ４ ［＿，＿王涛高速公路隧道ＬＥＤ照明技术的应用 】技术，２Ｏ１ ５，２６ 】２７ 【８】朱磊公路隧道ＬＥＤ照明节能控制研究［Ｄ］西安．长安 学．２ ｃ… ■责任编辑：刘睿健
