高速公路隧道照明安全节能设计研究曾涛

高速公路隧道照明安全节能设计研究曾涛

曾涛

深圳市星饰界环艺设计工程有限公司广东深圳518000

摘要：高速公路隧道照明的目的是创造更舒适的视觉环境，确保在白天和夜间行驶的车辆以设计速度能够安全地接近、穿越和通过隧道，同时为在隧道内的车辆驾驶员提供舒适和安全的行车环境。本调查拟获取承德至张家口高速公路承德段隧道照明现状、交通状况和隧道内外亮度，结合各隧道工程的实际特点，使用科学合理的智能化控制技术，最大限度地发挥LED光源固有的优势，在提高隧道照明质量的同时减少电能消耗。

关键词：高速公路；隧道照明；安全节能；设计研究

1导言

随着高速公路由沿海向内陆，由平原向山区延伸，隧道的比例越来越高，隧道照明能耗也明显增加，其节能需求愈渐迫切，而照明系统是否节能在很大程度上取决于设计。笔者认为，隧道照明节能设计重点应考虑设计参数的合理选用，硬件结构的平衡合理，软件控制方案策略的先进、高效，以及营运维护和管理的完善。

2高速公路隧道入、出口照明系统设计原理

白天当驾驶员从隧道外驶进隧道内时，由于隧道的亮度差别极大，所以从隧道外部看照明不充分的的隧道入口时，只会看到一个黑洞或一个黑框。当驾驶员进入隧道后，由于人眼视觉的滞后性作用，会产生视觉上的盲区，因此隧道入口处必须设置缓和照明段，以让人眼适应。缓和照明段分为入口区、过渡区，入口照明段的长度取决于洞内外亮度值，同时还与设计时速，洞内照度和洞壁材料等因素有关。而白天当车辆通过较长的隧道接近其出口时，由于洞外的亮度远高于洞内，隧道的出口对驾驶员而言，好像是一个白色的洞，人眼同样对这种光线产生滞后。驾驶员对前方的行车只能看到一个很暗的轮廓，对前方车辆的距离不能准确做出判断。如果是夜间行驶，其效果正好相反，驾驶员在隧道内看到的是黑洞而不是白洞。在这种情况下，驾驶员难以辨别洞外的道路线形、路上交通情况及道路上的任何障碍物情况，也是一个视觉盲区。因此隧道出口也同入口处一样设有过渡区，要加强照明，使得过渡区的亮度与洞外亮度相近。目前在进行隧道照明设计时，入、出口段照明的亮度值是由洞外亮度L20（S）乘以入口段亮度折减系数K近似算得，而确定洞外亮度L20（S）的方法主要有3种：查表法，黑度法和亮度计算法（环境简图法）：查表法是按洞外停车视距（S）处视看隧道的20°视野的天空面积百分比值、洞口朝向活动外环境、车速查取洞外亮度值；黑度法是在停车视距（S）处距地面1.5m高正对隧道方向20°视野内，各景物将各自所占面积的百分比作为权重计算出平均黑度，再与参照物的亮度做比较，确定测量时的洞外亮度L20（S）值；亮度计算法是有隧道外景物亮度与各部份所占的百分比乘积算得的，即在停车视距（S）处距地面1.5m高正对隧道方向20度视野内，考虑天空亮度、路面亮度、洞口环境亮度和隧道口亮度的合值即为洞外亮度L20（S）值。因此，洞外亮度直接影响洞内照明缓和段的设计。为使隧道入口段照明设计达到安全和节能的要求，降低洞外亮度L20（S）是最有效的办法。在进行隧道设计时，可以通过增加隧道洞外植被面积、改变隧道端墙形式、改善路面铺装材料等方法降低洞外环境亮度，洞外亮度降低后，洞口段照明的亮度值也随之下降，从而减少照明设施。这样既能达到高速公路隧道行车安全的要求，又能达到节能的目标。

3隧道照明控制系统

该系统主要有主控计算机、照明控制器、相关通信设备构成。以洞外亮度、车速车流量为系统输入，通过专家计算公式计算，输出照明回路的调光命令。以洞内亮度和驾驶员的反馈信息作为系统反馈。同时该系统能够对车辆有无进入隧道进行检测，根据交通量及外界天气的信息将隧道内的亮度调至合理的范围。当无车进入时，隧道内的亮度调至较低光照强度。保证控制的精确及时。

3.1控制系统结构设计

对于短隧道可采用一个控制器实现对隧道灯组的控制，较长隧道则由多个控制器实现照明控制。每个控制器都是通用的，即可以工作于隧道中各个路段（入口段、过渡段等）。其对于工作路段的设别，是跟据收到的“输入控制编码信息”自动确定的。为方便起见，出口段及出口过渡段则利用强制跳线设定。这里的“路段”是按《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1一1999）设计的，以下简称《规范》。如图1所示。

图1控制器单元

3.2调整LED隧道灯光源

相对于荧光灯，LED光源能够使亮度调节更加灵敏，采用模糊神经网络技术，通过科学研究，在外界光线变化过程中使得隧道内的LED光源进行自适应调节，并增加故障自动诊断和报警功能，方便光源的管理。LED隧道节能照明控制系统，采用智能控制方式，根据隧道内外的光照的情况自动调节隧道灯组的亮度，通过调节后的亮度符合《规范》要求，但在特殊情况下（例如车流量突然变大）系统将自动设置为常亮模式，以保证车辆能顺利通过。系统结构如图2所示。

图2照明系统控制图

3.3照明系统应用特点

本系统不仅能实现隧道内照明最大限度满足人眼曲线，对人的视觉过程机理进行分析，通过选取足够多的人员样本进行测试，满足人眼对路况识别和亮度的需求，根据车辆是否启动LED灯高效绿色节能照明系统，并通过调光技术的应用进一步实现能耗较低的控制。而当无车进入时，通过相应控制使隧道内的照明亮度降至节能状态，从而达到节能的目的，体现功能的简单性和可靠性。

4结语

高速公路隧道照明系统节能设计涵盖的内容较多，要实现系统节能，需在各个环节实施节能措施，同时还需要设计者紧随科学技术的发展，不断加以创新，以优化系统结构和控制技术，并逐步提高节能效果。

参考文献：

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