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基于无极调光的隧道智慧照明系统研究及应用

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第9期作者：刘凤华

[导读] 摘要：随着我国交通基础设施的逐渐完善，隧道数量及里程不断增加。

        葛洲坝集团交通投资有限公司湖北武汉 430000
        摘要：随着我国交通基础设施的逐渐完善，隧道数量及里程不断增加。隧道智慧化程度还处于起步阶段，隧道“黑洞效应”及“白洞效应”亟待解决，能耗有待进一步降低，通过研究基于无极调光隧道智能照明系统以及在实际工程中的应用成效，分析对比隧道照明传统控制方式的不足，提出了智慧隧道照明系统的设计方法，阐明了智慧隧道照明节能及安全优势。
        关键词：隧道照明；无极调光；应用成效
        0引言
        随着自动控制技术的快速发展以及推广，国内外在隧道照明控制方面的研究也随之发展。传统的隧道照明大部分是手动控制，少量的半自动控制，而在日后大量的隧道照明控制研究中，许多研究者提出了智能化控制方案。李列[1]提出采用多级调光控制策略实现隧道照明节能的目标，但不能根据隧道的周围环境（洞外亮度、车速、车流量等）实现智能控制。Mohamed Salah Musa[2]对隧道采用三级控制策略，并且测量隧道照度以及车流信息，通过自适应调整方法来达到闭环控制效果，其节能效率为22.1%。Hong Zeng[3]以交通信息和隧道外部环境为参数，采用模糊控制算法对浙江省某高速公路隧道实现照明控制，实验结果表明其节能达到87%。肖华[4]提出模糊控制理论与神经网络相结合，将其应用于隧道照明控制系统中，但该系统只通过理论分析得到其在建设及能源节约效果。
        1隧道照明控制方式对比研究
        公路隧道照明控制技术是隧道物联网、互联网技术等新一代信息技术不断发展而不断进步的，其控制方式由经历了两个阶段，即传统的人工方式到自动控制方式，通过表1分析对比隧道照明的传统控制方式与智慧控制方式的优缺。
        表1隧道智慧控制方式概况表

        2.通常采用LED灯照明，能耗低。
        2隧道智能照明系统
        本项目中的隧道照明系统由智能光伏微电网供电系统、智能照明控制系统、照明质量实时监控系统、照明能耗实时监测系统以及隧道智慧照明管理平台等五大部分组成。
        （1）隧道只能微电网供电系统
        智能光伏微电网是由分布式能源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型智能发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。
        （2）智能照明控制系统
        隧道智能照明系统配备集中控制器、调光控制器、洞外亮度传感器等设备。照明控制方式以无级调光为主，回路控制为辅，隧道洞口亮度自动检测控制为主，时间控制为辅，洞外亮度越高，照明亮度越高，反之亦然。在无级调光控制设备失效时，自动启用预设的时序控制模式，保证隧道安全运营。
        （3）隧道照明质量实时在线监控子系统
        隧道照明质量实时在线监控子系统是在隧道洞内装设无线照明质量监测仪，实时监测洞内照明质量。智能照明控制系统根据实时的洞外亮度值，自动计算洞内照明质量的标准需求值。将标准需求值和照明质量实时在线监控子系统实时监测到的照明质量值进行对比，评估当前时刻的照明质量是否合格，实时监测隧道照明质量。
        （4）隧道照明能耗实时在线监测子系统
        隧道照明能耗实时在线监测系统，在隧道照明系统低压柜进线回路装设一套智能电表及能耗实时在线监测仪，实时统计隧道照明系统的功率和累计耗电量，积累运行数据，从而对项目节能效果进行科学公正的节能性评价。
        （5）隧道智慧照明综合管理平台
        隧道智慧照明综合管理平台是用于隧道照明系统运营情况远程实时监控。软件平台能够全方位地对隧道照明系统进行监控管理，主要功能包括隧道照明运营状况实时监控、隧道照明运行参数实时监控和隧道照明能耗实时监测等，实现运营管理的智能化、程序化、信息化。
        3工程应用情况
        3.1工程概况
        2018年，在大广北高速某两条隧道（均为中长隧道）改造中采用了基于无极调光智慧照明系统，将原设计中的回路控制、高压钠灯替换为无极调光控制系统、LED灯，并增加照明质量实时在线监控子系统、照明能耗实时在线监测子系统。
        3.2应用效果
        （1）智慧隧道系统改造完成后，通过第三方单位检测，照明亮度和均匀度满足相关规范及标准，能够保证隧道的安全运营。
        （2）采用LED灯后，有效的改善了隧道内照明环境。
        （3）采用的动态调光系统，消除了隧道入口的“黑洞效应”及出口的“白洞效应”，两年内隧道内交通事故率为0。
        （4）隧道智慧运营系统在2018年、2019年两年运营期间，未发生任何系统故障。
        （5）隧道照明耗电同期相比下降70%以上，具体情况如表2所示。
        表2运营耗电量较各期对比分析表(kWh)

        四、总结
        1.基于无极调光的隧道智慧照明系统，各时段内的照度和均匀度能够满足相关规范及标准，可用于隧道照明。
        2.智慧照明系统能够消除隧道的“黑洞效应”及“白洞效应”，降低运营风险。
        3.智慧照明系统相比于传统照明系统节省能耗效果明显。
        4.基于无极调光的智慧照明系统可以与隧道运营平台集成，增加隧道灾害预警及事故应急处理系统，进一步提升隧道安全运营水平。
        参考文献：
        [1]李列.基于灰色理论的隧道照明多级亮度智能控制策略研究[J].照明工程学报，2011，22（4）：7-10.
        [2]MOHAMED SALAH MUSA，PERUMAL NALLAGOWNDEN，KEVIN WILLIAM CHIU，et al.
        Design and development of intelligent adaptive tunnel lighting system[C]//2015 IEEE conference on Energy conversion，2015（12）：19-20.
        [3]ZENG HONG，QIU JIAN，SHEN XINGFA，et al.Fuzzy control of LED tunnel lighting and energy conservation[J].Tsinghua Science and Technology，2011（12）：576-582.
        [4]肖华，黎福海，程栋，等. 基于模糊神经网络的无线隧道照明节能控制系统[J]. 计算机技术与应用，2009（7）：128-131.
        作者简介：刘凤华，身份证号码：370703198706292218。