内蒙古自治区民航机场集团有限责任公司
摘要：公路隧道照明控制技术是公路隧道建设、运营管理的重要内容，也是提升智慧公路隧道建设品质的有效措施。通过国内公路隧道照明的建设需求，分析了隧道照明控制技术的应用现状，重点探讨行业内主流采用ＬＥＤ照明控制技术及其应用过程中存在的问题，旨在与同行交流智慧公路隧道照明控制技术的应用和发展前景，进一步促进智慧公路隧道建设提质升级。
关键词：智慧公路；隧道照明；技术
引言
高速公路隧道是一个相对较为封闭环境，视线条件较差，相较于普通道路照明而言，隧道照明有着更高的要求。高速公路隧道照明除了满足基本的行车照明以外，还要规避白天车辆驾驶进入隧道和驶出隧道的亮度变化，可能导致驾驶人员出现视觉适应问题，影响到行车安全。高速公路隧道内照明系统如果无法进行智能调光，势必带来无效照明而浪费能源。
1智慧公路隧道照明系统
通过隧道内外安装的车流监控设备、光照传感器以及智能电表系统，获取隧路段实时光照信号、车流情况以及隧道电能消耗数据，通过物联网将这些信息传送给隧道管理控制服务器。主控制器收集相应隧道内外环境信息，如隧道洞内外亮度、车流量、车速和车辆灯光3照度等参数，将其转换成数字量作为模糊控制器的输入信号，通过模糊控制器进行模糊判断分析和去模糊化，生成调光控制策略；调光策略信息经串口通信发给协调器，由协调器无线转发给与LED照明灯具直接相连的无线节点，从而驱动LED驱动电源产生相应的线性0V-10v调光信号，或者适时地关闭部分加强照明灯具，实现LED照明灯具实时准确的亮度变化。系统控制的过程是：隧道外车流量传感器监测到车辆接近隧道入口时，主控制器控制信息采集控制单元采集隧道外的光照度、车辆速度以及车流情况，通过传感器网络系统发送给主控制器，主控制器将这些参数作为控制输入信号，运用模糊控制算法进行分析处理，输出隧道照明的具体亮度调节指令，将亮度调节指令逐级传送给二级调光控制器和第三级的灯具控制终端上，由LED的控制器实现对照明灯具的实时控制，实现整个隧道照明系统的智能控制。
2智慧公路隧道照明控制技术
2.1源及灯具布置方式
隧道内空气污染严重，烟雾大，透明度低，空气湿度大，因此隧道照明灯具宜使用可靠性高、透雾性能好的光源，灯具防护等级不低于IP65。高压钠灯具有光效高、透雾性能好、使用寿命长、技术成熟等优点，所以隧道内加强照明灯具推荐选用高压钠灯。LED灯具有寿命长、光效高、无辐射与低功耗等优点，所以隧道内基本照明灯具推荐选用LED灯。考虑到隧道为单向两车道，本着安全、经济、方便的原则，照明灯具的布设选用中线侧偏布置方式，人口段、过渡段、出口段照明由基本照明和加强照明两部分组成，基本照明的灯具布置按中间段布设，加强照明选择功率较大的灯具。
2.2无级调光技术研究与应用
在传统PLC基础上采用专用无级调光技术相融合，组建新的隧道节能照明系统。我们在云南江通高速公路雄关隧道、福德隧道采用LED灯来实现无级调光技术应用。在现有的专用无级调光和传统PLC的基础上进行功能融合，组建新的隧道节能照明系统综合控制器。该系统主要由以下5大部分构成：①嵌入式CPU模块（传统PLC）；②多通道高精度ADC模拟信号采集处理模块（AI）；③多通道高精度DAC模拟信号输出模块（AQ）；④手动调光模块；⑤信号转换模块（输出信号驱动模块）。其中嵌入式CPU模块（传统PLC）集成了数字信号处理电路、嵌入式微控制器、EEPROM、时钟电路、LCD显示电路、基本控制按键输入电路、通讯接口、掉电检测电路等。
调光系统可接收4～20mA的公路隧道洞外亮度检测信号及洞内亮度检测信号，并将其转换为数字信号，还可接收车流量信号。PLC控制系统根据设定的加强照明参数、基本照明参数、时间段以及洞外亮度值等进行计算后，输出2路DC0～5V的模拟电压信号去控制LED隧道灯的亮度，其中一路信号为基本照明调光控制信号，用于控制公路隧道的基本照明灯具亮度；另一路信号为加强照明调光控制信号，用于控制公路隧道的加强照明灯具亮度。PLC控制器通过扩展AQ模块可以实现具有多路的模拟控制信号输出，实现较为复杂的调光控制功能，通过PLC上位软件可以较为方便地调用一些现成、通用的调光算法，可以直接在现场或后台进行参数的设定、读取、存储和修改，除此之外还可以根据项目的需要编写更符合现场应用的调光控制算法。手动调光模块可以实现2路的LED显示和参数输入功能，通过这一功能可实现手动调光参数的设定和显示，手动调光器设有手/自动控制切换开关，通过此开关可以很方便实现控制方式的切换。控制器可与中控室上位机实现通讯，通过该功能，不仅可实现各项参数的设定、读取、存储和修改，还可实现应急故障处理，系统故障提示等功能。控制器还具有掉电检测、继电器点位输出等功能。在工程施工时接入冗余的EPS供电即可实现一个完整的隧道综合节能控制系统。系统内部无级调光控制策略及算法方面，主要分为以下3个部分：①基于模糊神经网络的隧道照明无级调光控制系统，模仿人的模糊综合判断推理过程，以生物神经网络为模拟基础，将定性的知识表达与定量的数值运算相结合，具有较高的控制精度。采用了缓变调光算法，避免亮度突变带来的安全隐患；智能预测日照时间，从而实现对加强照明启闭时间的自动控制；对于复 杂输入、输出情况，具有较快的响应速度；具备良好的自适应和自学习能力，便于对设备进行拓展、升级；②基于智能控制算法的自学习特性，实现对隧道周边“环境数据”的无监督学习，对于高峰期、节假日等车流量剧增以及高原地区气候急剧变化带来的隧道缓行、拥堵的情况进行预判，自身提前做好准备预案并实施，实现对不同时刻外部环境亮度、车流量的宏观预测，提高响应速度，实现能耗最优化；③基于成本低、穿透强、能耗低、距离远的LoRa无线通信的物联网技术，针对照明段当前采用的分段设计导致的亮度跳变和能源浪费，实现入口段及过渡段的分组或单灯控制，降低能耗、提高安全。
2.3数字调光技术
数字调光控制器一般输出ＲＳ４８５和开关量数字信号进行调光控制，其工作原理和系统构成与模拟调光基本相同。照明控制器常设于隧道远程管理中心，以远程管理中心实时控制为主，本地控制为辅。受灯具驱动电源特性影响，在现场需要将远程数字控制信号转换为电压模拟信号以控制灯具驱动电源。
2.3亮度实时监测技术
高速公路隧道智慧照明系统中，亮度实时监测技术十分关键，主要是借助图像处理软件来计算路面实际亮度，为闭环反馈系统输入信息，便于后续管理人员管理隧道。隧道内车辆检测模块借助监控摄像机实现，如果发现监控路段上没有车辆，则开始计算路面实际亮度，避免路面行车影响到检测结果精准度。使用霍夫变换检测无车图像隧道路面两侧标志线，提取路面标志线，动态调整和校正路面图像灰度和距离，保证路面图像灰度值归一化。洞内光强检测器对隧道路面某点亮度读数为标准灰度转化为实际亮度，精准计算隧道内亮度和照度。
结语
隧道照明硬件系统，根据隧道内外光照度、车流量以及车速等实时信号参数，运用物联网技术，采用模糊控制的思想，实时控制隧道照明的亮度，实现“车流量大则提升隧道照明亮度、车流量小则降低隧道照明亮度”以及“隧道外光照度强则提升隧道照明亮度、隧道外光照度弱则降低隧道照明亮度”的控制效果，从而避免了过度照明，实现节能。
参考文献：
[1]李可.公路隧道工程中LED照明节能技术的应用研究[J].科技风，2018，（17）：106.
[2]邝仲平.高速公路隧道照明综合节能技术的研究和应用[J].交通标准化，2011，（17）：117-120.