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基于隧道照明的特点与灯具设置的要求，文章介绍了现行隧道照明智能控制系统方案，并分析了不同的隧道照明智能调光应用方法。
隧道照明;智能控制;照明系统;调光
0 引言
在公路隧道的运营中，照明属于连续性负荷。为保证隧道的安全运营，需全天候进行供电，其费用占日常运营费用的很大一部分。目前我国公路隧道在不断进行节能改造，隧道照明设计也不断地创新和优化，所以通过选用节能灯具以及结合运用现代信息化手段，探究开发智能照明调光系统很有必要，这不仅能保证隧道的运营安全，而且能达到理想的节能效果。
1 隧道照明特点及要求
隧道是高速公路的特殊结构物，其特殊性决定了隧道照明要求的特殊性。隧道运营过程中在不同的状况下对照度的需求也不尽相同，对隧道照明进行智能化控制，不仅能获得良好的照明体验，还能达到良好的节能效果。由于隧道的特殊环境及特殊要求，也对隧道照明设计提出了较高的要求。设置普通照明和加强照明来统一进行开关控制，难以满足隧道运行过程中不同状况下对照度的需求，需要根据隧道的特点进行优化设计和智能化控制。
1.1 隧道照明的特性
隧道多位于山区或丘陵等地形复杂的地带，常见的隧道结构多为全封闭型，不能借助自然光照，全部依靠照明灯具光照。隧道数量多且长，对隧道灯具照明分开处理势必会增加更多的资金、设备投入和管理成本，因此对其进行集中智能化控制就显得尤为重要。要在满足通行照度需求的同时，设计智能控制系统，实现对隧道灯具的集中控制，实时监测灯具的照明状态，及时发现故障灯具并迅速维护和检修，避免因灯具照明原因导致通行事故。
1.2 灯具设置的原则
根据《公路隧道照明设计细则》，规定了隧道照明设置的具体要求，隧道照明不同段区对照明的需求也不一样。隧道的长度、车流量、洞外日照光强等都会影响灯具的设置。
同时隧道灯具安装受隧道结构及其运行特性的影响，每一个隧道灯具的设备也不尽相同，或单一钠灯，或单一LED灯，或两种进行相结合。
1.2.1 入口段照明
隧道入口段是连接洞外道路的区段。为了防止车辆由自然光照下驶入隧道时不至于有太大的光照对比，此段有着较高的照度要求，应防止车辆驶入隧道时因为光照太弱出现“黑洞”效果。
1.2.2 过渡段照明
隧道过渡段指的是隧道入口段至中间段的区域。这部分路段应有一个光照的逐渐降低趋势，帮助驾驶员快速适应隧道内的照明环境，使眼睛有一个较好的视觉状态。可设置适量的灯具来调节光照度，适当减少到中间段这一区域的灯具照明数量。
1.2.3 中间段照明
这是隧道内的主要照明路段，完全依靠灯具照明来实现，没有对自然光和灯具调光适应的要求，通常根据车流量、眩光、通风等情况进行设计和调整照度。
1.2.4 出口段照明
隧道出口段和入口段有相类似的情况，灯具的照度需求要适当增大，防止因车辆驶出隧道时产生“白洞”效果，导致意外事故发生。
2 隧道照明智能化控制分析
隧道照明具有灯具数量多、管理区域长、维护难度大的特点。隧道照明与行车安全及隧道防灾救援等密切相关，需要较高的可靠性和稳定性，集中控制中心管理人员必须及时掌握灯具状态。在信息化、智能化迅速发展的今天，采用照明智能控制系统进行实时监测，会大大增加隧道安全运营的可靠性。现行照明智能控制系统主要包括回路控制方案和调光控制方案，下面依次进行介绍。
2.1 隧道照明设计及智能控制系统
隧道照明智能控制系统综合考虑隧道内的车流量、天气、行车速度以及隧道长度等多种因素，实现智能的光源调控，不仅能满足任何情境下行车对照度的需求，还能达到较好的节能效果。智能照明控制系统能实现对照度的连续调光，不再仅仅依靠时间控制和光敏开关来调节照度，而是通过光度计对洞外照度的采集来实时监测洞外实际照度变化，从而实现对照明灯具的实时调节，满足不同天气、不同车流、不同车速、不同隧道路况等状态下的照明要求，实現隧道内照度与隧道外照度的和谐统一，防止在隧道出入口出现“黑洞”或“白洞”效果，确保了车辆通行安全。
2.2 回路控制方案
回路控制型照明智能控制系统主要依靠主控制器、工控机、显示器、远程数据集中器等来对隧道照明系统进行分组控制，实现实时的状态监控、时控和遥控。回路控制型智能照明控制系统依靠总线或通信接口形式，通过开关控制器对灯具回路进行启停控制，达到亮度和节能要求。该系统借助分时段控制和数模转换器能进行照明自主控制，但不能实现无极调光，也不能满足隧道调光需求。但其集成化、模块化的控制模式较为便捷，而且连接设备监控系统，投资成本不太高。
2.3 调光控制方案
LED灯、无极灯等新型高效节能灯具在隧道照明应用中的普及和推广，为照明智能控制系统实现无极调光创造了条件，不同类型的调光控制方案可以根据工程实际情况进行科学的选择。当前应用较多的方案包括脉冲宽度调制方案、0～10 V/1～10 V方案、数字式可寻址方案、CAN总线方案、RS-485接口方案、DMX512方案等。其中脉冲宽度调制方案和0～10 V/1～10 V方案在隧道智能照明控制系统中使用频率较高。脉冲宽度调制方案对于隧道条件差、控制点数多的环境较易适用，与0～10 V/1～10 V方案相比更便于远距离传输。
2.3.1 脉冲宽度调制方案
脉冲宽度调制方案的原理是通过软件对占空比进行调节从而实现对电流的控制。采用这种调制方案是利用开关元器件通断来实现调光的目的，不仅调光的精确度较高，而且没有色谱偏差。同时，高频状态下即使脉冲占空比在信号传输过程中丢失，也不会对调光效果造成影响，有着较高的容错性，适合环境要求较高的调光控制需要。 2.3.2 0～10 V/1～10 V方案
该调光方案的原理也是通过电压变化来改变电源输出电流来实现调光的目的，只是使用的调光器不同，不具备灯具关闭功能，但具有模拟量调光、线性调光、直观控制的特点，在特低电压状态下也能确保其安全。但传输距离较远时要加装中继模块。
上述两种调光方案调试便捷，成本不高，能根据需要进行亮度调节，更好地满足隧道照明大范围、远距离和统一调光的需求。
3 照明智能控制应用方法分析
3.1 PWM调光控制
PWM调光控制是通过专用接口驱动器根据占空比对输出电流进行调节以实现对亮度进行控制的照明智能控制方法。这种方法不仅成本较低，而且能实现回路调光、单灯调光和无级调光。其缺点是：如在一个长隧道中采取单灯控制则需要数量很大的区域控制器，安装位置选择受限，而且有较大的线路铺设任务，使前期施工和投入运营后的维护难度都大大增加，不利于后期运营的管理。
3.2 DALI总线
采用DALI总线控制，灯具的DALI电源地址会接收系统指令从而做出调光、回传参数等相关反应。因为一个DALI控制器能控制60多套灯具，不仅大大降低了DALI控制器数量，而且增大了调光范围，实现了无极调光。但若在隧道照明中利用DALI总线控制，因为隧道中的灯具数量庞大，需要的控制器也相对较多，且DALI灯具和控制器价格有些昂贵，通信速度不快且线路铺设的任务也很大，因此，建设成本也大大提高，同样也对后期的维护成本造成影响。
3.3 RS485总线
采用RS485总线传输信号，通过灯具上的电源驱动接收的指令，作出调光、回传参数等相关反应，该技术已经较为成熟。如隧道供配电中的开关柜，利用电力监控主机和485总线进行控制，但也仅是控制隧道的灯具回路，并没有自动调节功能。RS485单根总线通信距離能达到1 km，还可以利用中继器最多能达到10 km的距离，具有较高的通信速率。如在长隧道中设置RS485总线进行调光控制，配合环境检测等仪器组合，可以实时调节，满足不同天气、不同车流、不同车速、不同隧道路况等状态下的照明要求。不足之处是还需要研究开发对接RS485信号的灯具，而且现场总线铺设任务较重。
3.4 电力载波（PLC）
电力载波主要是通过电力电缆传递数字信号，通过灯具电源驱动地址接收的控制模块命令，实现对灯具的调光和各类参数的回传。这种方式不需要重新铺设控制线路，可利用现有电缆实现对灯具的光照进行调节，减少了线路敷设成本。PLC的缺陷是通信速率不高，受电网噪声和脉冲噪声的干扰较大，对电网环境有着较高的要求。再加上PLC不能跨变压器，要添加一些区域控制器，在每个隧道配电房内设置分控制器才能进行集中控制，使其应用范围受到一定限制。
3.5 组合控制系统
当前除了上述智能控制方式外，一些更加成熟的组合方式不断地开始应用。如DALI灯具系统+RS485总线组合、PWM调光+PLC传输组合、照明智能主控器及其他配件组合等。通过有效的组合方式更好地实现了对隧道照明的智能化控制，这不仅能较好地满足车辆通行的照明需求，也能最大程度地降低投资成本和节约电力能源损耗。如上分析，DALI灯具系统现在还没有普及且价格较贵，与其组合的建设成本较高，不建议在现阶段使用，可待技术成熟后再进行优化组合。在山区隧道中，如崇左至靖西高速公路这样桥隧比例较高的公路，隧道照明设计的要求也相对比较高。虽然现在提倡用LED灯具进行设计，但由于山区雾气大，可利用钠灯穿透性强的特点，在一些长隧道中设置钠灯与LED灯相结合的灯具设计方式。如果设计智能调光照明系统，应考虑到隧道出入口加强灯，并考虑到加强回路的控制方式。
崇靖高速公路上已运营的那岭隧道长度为2 623 m，隧道照明系统设计为钠灯+LED灯的组合模式，现在的调光模式为线圈+照明智能主控器（PWM）+无极灯具+加强回路控制，即从有车进入隧道到开出，照明智能主控器（PWM）控制无极灯具自动调亮到设置的亮度;无车在隧道内时，隧道保持暗亮状态，以此达到行车安全和节能的目的，加强灯不进行控制。此调光系统的缺点是不能实时根据环境的变化而自动对隧道灯具回路进行控制。如在此系统的基础上与隧道外光强仪器组合起来，再与电力监控主控制器进行回路控制，就可以根据实时的环境光度进行隧道照明控制。所以利用线圈（或微波）+照明智能主控器（PWM调光控制）+无极灯具+加强回路控制+电力监控+环境光检测仪器的组合模式，在现阶段内，可以说是非常合适的。环境光检测仪器采集环境光数据发送到加强回路控制与电力监控系统，进行回路控制，优化入口加强灯的光照强度，达到自然过渡的模式。采用线圈（或微波）检测车辆存在数据，发送到明智能主控器（PWM调光控制）进行无极调光，达到节能的目的。
4 结语
隧道照明直接影响着行车安全、成本投入和电力能耗，照明控制系统的优劣也直接影响隧道的照明和节能效果。相关人员需要不断地研究创新来优化智能化控制系统，以最先进的控制技术和设备来控制隧道照明系统，增强隧道照明的功能和节能效果，为交通运输行业创造更大的价值。
[1]马绪荣，陈公增.公路隧道中LED照明技术的应用[J].筑路机械与施工机械化，2018，35（9）：119-123，147.
[2]陈忠良.高速公路LED照明智能控制与综合节能技术应用探讨[J].中国交通信息化，2018（2）：132-135.
[3]沈逸才.隧道照明智能调光控制方案的探讨[J].现代建筑电气，2017，8（3）：44-47.
隧道照明;智能控制;照明系统;调光
0 引言
在公路隧道的运营中，照明属于连续性负荷。为保证隧道的安全运营，需全天候进行供电，其费用占日常运营费用的很大一部分。目前我国公路隧道在不断进行节能改造，隧道照明设计也不断地创新和优化，所以通过选用节能灯具以及结合运用现代信息化手段，探究开发智能照明调光系统很有必要，这不仅能保证隧道的运营安全，而且能达到理想的节能效果。
1 隧道照明特点及要求
隧道是高速公路的特殊结构物，其特殊性决定了隧道照明要求的特殊性。隧道运营过程中在不同的状况下对照度的需求也不尽相同，对隧道照明进行智能化控制，不仅能获得良好的照明体验，还能达到良好的节能效果。由于隧道的特殊环境及特殊要求，也对隧道照明设计提出了较高的要求。设置普通照明和加强照明来统一进行开关控制，难以满足隧道运行过程中不同状况下对照度的需求，需要根据隧道的特点进行优化设计和智能化控制。
1.1 隧道照明的特性
隧道多位于山区或丘陵等地形复杂的地带，常见的隧道结构多为全封闭型，不能借助自然光照，全部依靠照明灯具光照。隧道数量多且长，对隧道灯具照明分开处理势必会增加更多的资金、设备投入和管理成本，因此对其进行集中智能化控制就显得尤为重要。要在满足通行照度需求的同时，设计智能控制系统，实现对隧道灯具的集中控制，实时监测灯具的照明状态，及时发现故障灯具并迅速维护和检修，避免因灯具照明原因导致通行事故。
1.2 灯具设置的原则
根据《公路隧道照明设计细则》，规定了隧道照明设置的具体要求，隧道照明不同段区对照明的需求也不一样。隧道的长度、车流量、洞外日照光强等都会影响灯具的设置。
同时隧道灯具安装受隧道结构及其运行特性的影响，每一个隧道灯具的设备也不尽相同，或单一钠灯，或单一LED灯，或两种进行相结合。
1.2.1 入口段照明
隧道入口段是连接洞外道路的区段。为了防止车辆由自然光照下驶入隧道时不至于有太大的光照对比，此段有着较高的照度要求，应防止车辆驶入隧道时因为光照太弱出现“黑洞”效果。
1.2.2 过渡段照明
隧道过渡段指的是隧道入口段至中间段的区域。这部分路段应有一个光照的逐渐降低趋势，帮助驾驶员快速适应隧道内的照明环境，使眼睛有一个较好的视觉状态。可设置适量的灯具来调节光照度，适当减少到中间段这一区域的灯具照明数量。
1.2.3 中间段照明
这是隧道内的主要照明路段，完全依靠灯具照明来实现，没有对自然光和灯具调光适应的要求，通常根据车流量、眩光、通风等情况进行设计和调整照度。
1.2.4 出口段照明
隧道出口段和入口段有相类似的情况，灯具的照度需求要适当增大，防止因车辆驶出隧道时产生“白洞”效果，导致意外事故发生。
2 隧道照明智能化控制分析
隧道照明具有灯具数量多、管理区域长、维护难度大的特点。隧道照明与行车安全及隧道防灾救援等密切相关，需要较高的可靠性和稳定性，集中控制中心管理人员必须及时掌握灯具状态。在信息化、智能化迅速发展的今天，采用照明智能控制系统进行实时监测，会大大增加隧道安全运营的可靠性。现行照明智能控制系统主要包括回路控制方案和调光控制方案，下面依次进行介绍。
2.1 隧道照明设计及智能控制系统
隧道照明智能控制系统综合考虑隧道内的车流量、天气、行车速度以及隧道长度等多种因素，实现智能的光源调控，不仅能满足任何情境下行车对照度的需求，还能达到较好的节能效果。智能照明控制系统能实现对照度的连续调光，不再仅仅依靠时间控制和光敏开关来调节照度，而是通过光度计对洞外照度的采集来实时监测洞外实际照度变化，从而实现对照明灯具的实时调节，满足不同天气、不同车流、不同车速、不同隧道路况等状态下的照明要求，实現隧道内照度与隧道外照度的和谐统一，防止在隧道出入口出现“黑洞”或“白洞”效果，确保了车辆通行安全。
2.2 回路控制方案
回路控制型照明智能控制系统主要依靠主控制器、工控机、显示器、远程数据集中器等来对隧道照明系统进行分组控制，实现实时的状态监控、时控和遥控。回路控制型智能照明控制系统依靠总线或通信接口形式，通过开关控制器对灯具回路进行启停控制，达到亮度和节能要求。该系统借助分时段控制和数模转换器能进行照明自主控制，但不能实现无极调光，也不能满足隧道调光需求。但其集成化、模块化的控制模式较为便捷，而且连接设备监控系统，投资成本不太高。
2.3 调光控制方案
LED灯、无极灯等新型高效节能灯具在隧道照明应用中的普及和推广，为照明智能控制系统实现无极调光创造了条件，不同类型的调光控制方案可以根据工程实际情况进行科学的选择。当前应用较多的方案包括脉冲宽度调制方案、0～10 V/1～10 V方案、数字式可寻址方案、CAN总线方案、RS-485接口方案、DMX512方案等。其中脉冲宽度调制方案和0～10 V/1～10 V方案在隧道智能照明控制系统中使用频率较高。脉冲宽度调制方案对于隧道条件差、控制点数多的环境较易适用，与0～10 V/1～10 V方案相比更便于远距离传输。
2.3.1 脉冲宽度调制方案
脉冲宽度调制方案的原理是通过软件对占空比进行调节从而实现对电流的控制。采用这种调制方案是利用开关元器件通断来实现调光的目的，不仅调光的精确度较高，而且没有色谱偏差。同时，高频状态下即使脉冲占空比在信号传输过程中丢失，也不会对调光效果造成影响，有着较高的容错性，适合环境要求较高的调光控制需要。 2.3.2 0～10 V/1～10 V方案
该调光方案的原理也是通过电压变化来改变电源输出电流来实现调光的目的，只是使用的调光器不同，不具备灯具关闭功能，但具有模拟量调光、线性调光、直观控制的特点，在特低电压状态下也能确保其安全。但传输距离较远时要加装中继模块。
上述两种调光方案调试便捷，成本不高，能根据需要进行亮度调节，更好地满足隧道照明大范围、远距离和统一调光的需求。
3 照明智能控制应用方法分析
3.1 PWM调光控制
PWM调光控制是通过专用接口驱动器根据占空比对输出电流进行调节以实现对亮度进行控制的照明智能控制方法。这种方法不仅成本较低，而且能实现回路调光、单灯调光和无级调光。其缺点是：如在一个长隧道中采取单灯控制则需要数量很大的区域控制器，安装位置选择受限，而且有较大的线路铺设任务，使前期施工和投入运营后的维护难度都大大增加，不利于后期运营的管理。
3.2 DALI总线
采用DALI总线控制，灯具的DALI电源地址会接收系统指令从而做出调光、回传参数等相关反应。因为一个DALI控制器能控制60多套灯具，不仅大大降低了DALI控制器数量，而且增大了调光范围，实现了无极调光。但若在隧道照明中利用DALI总线控制，因为隧道中的灯具数量庞大，需要的控制器也相对较多，且DALI灯具和控制器价格有些昂贵，通信速度不快且线路铺设的任务也很大，因此，建设成本也大大提高，同样也对后期的维护成本造成影响。
3.3 RS485总线
采用RS485总线传输信号，通过灯具上的电源驱动接收的指令，作出调光、回传参数等相关反应，该技术已经较为成熟。如隧道供配电中的开关柜，利用电力监控主机和485总线进行控制，但也仅是控制隧道的灯具回路，并没有自动调节功能。RS485单根总线通信距離能达到1 km，还可以利用中继器最多能达到10 km的距离，具有较高的通信速率。如在长隧道中设置RS485总线进行调光控制，配合环境检测等仪器组合，可以实时调节，满足不同天气、不同车流、不同车速、不同隧道路况等状态下的照明要求。不足之处是还需要研究开发对接RS485信号的灯具，而且现场总线铺设任务较重。
3.4 电力载波（PLC）
电力载波主要是通过电力电缆传递数字信号，通过灯具电源驱动地址接收的控制模块命令，实现对灯具的调光和各类参数的回传。这种方式不需要重新铺设控制线路，可利用现有电缆实现对灯具的光照进行调节，减少了线路敷设成本。PLC的缺陷是通信速率不高，受电网噪声和脉冲噪声的干扰较大，对电网环境有着较高的要求。再加上PLC不能跨变压器，要添加一些区域控制器，在每个隧道配电房内设置分控制器才能进行集中控制，使其应用范围受到一定限制。
3.5 组合控制系统
当前除了上述智能控制方式外，一些更加成熟的组合方式不断地开始应用。如DALI灯具系统+RS485总线组合、PWM调光+PLC传输组合、照明智能主控器及其他配件组合等。通过有效的组合方式更好地实现了对隧道照明的智能化控制，这不仅能较好地满足车辆通行的照明需求，也能最大程度地降低投资成本和节约电力能源损耗。如上分析，DALI灯具系统现在还没有普及且价格较贵，与其组合的建设成本较高，不建议在现阶段使用，可待技术成熟后再进行优化组合。在山区隧道中，如崇左至靖西高速公路这样桥隧比例较高的公路，隧道照明设计的要求也相对比较高。虽然现在提倡用LED灯具进行设计，但由于山区雾气大，可利用钠灯穿透性强的特点，在一些长隧道中设置钠灯与LED灯相结合的灯具设计方式。如果设计智能调光照明系统，应考虑到隧道出入口加强灯，并考虑到加强回路的控制方式。
崇靖高速公路上已运营的那岭隧道长度为2 623 m，隧道照明系统设计为钠灯+LED灯的组合模式，现在的调光模式为线圈+照明智能主控器（PWM）+无极灯具+加强回路控制，即从有车进入隧道到开出，照明智能主控器（PWM）控制无极灯具自动调亮到设置的亮度;无车在隧道内时，隧道保持暗亮状态，以此达到行车安全和节能的目的，加强灯不进行控制。此调光系统的缺点是不能实时根据环境的变化而自动对隧道灯具回路进行控制。如在此系统的基础上与隧道外光强仪器组合起来，再与电力监控主控制器进行回路控制，就可以根据实时的环境光度进行隧道照明控制。所以利用线圈（或微波）+照明智能主控器（PWM调光控制）+无极灯具+加强回路控制+电力监控+环境光检测仪器的组合模式，在现阶段内，可以说是非常合适的。环境光检测仪器采集环境光数据发送到加强回路控制与电力监控系统，进行回路控制，优化入口加强灯的光照强度，达到自然过渡的模式。采用线圈（或微波）检测车辆存在数据，发送到明智能主控器（PWM调光控制）进行无极调光，达到节能的目的。
4 结语
隧道照明直接影响着行车安全、成本投入和电力能耗，照明控制系统的优劣也直接影响隧道的照明和节能效果。相关人员需要不断地研究创新来优化智能化控制系统，以最先进的控制技术和设备来控制隧道照明系统，增强隧道照明的功能和节能效果，为交通运输行业创造更大的价值。
[1]马绪荣，陈公增.公路隧道中LED照明技术的应用[J].筑路机械与施工机械化，2018，35（9）：119-123，147.
[2]陈忠良.高速公路LED照明智能控制与综合节能技术应用探讨[J].中国交通信息化，2018（2）：132-135.
[3]沈逸才.隧道照明智能调光控制方案的探讨[J].现代建筑电气，2017，8（3）：44-47.