隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，公路交通規(guī)模不斷擴(kuò)大，隧道數(shù)量也隨之增多。高速公路隧道照明系統(tǒng)除了要為駕駛員提供舒適的燈光環(huán)境，還要節(jié)省運(yùn)營(yíng)開(kāi)支。當(dāng)前高速公路普遍缺乏節(jié)能控制系統(tǒng)，因此提供照明功能的同時(shí)降低隧道運(yùn)營(yíng)開(kāi)支是隧道照明系統(tǒng)研究建設(shè)中的重要課題，實(shí)現(xiàn)高速公路隧道照明節(jié)能控制對(duì)節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

公路交通正隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步不斷擴(kuò)大著自身規(guī)模，近幾年，憑借施工技術(shù)不斷進(jìn)步與勘察設(shè)計(jì)理念日益成熟，我國(guó)公路隧道工程建設(shè)也邁向了一個(gè)新的臺(tái)階。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近十年以來(lái)，公路橋梁隧道渡口里程總長(zhǎng)度已經(jīng)達(dá)到512.2551萬(wàn)米，已建成通車(chē)的隧道多達(dá)7384處，短隧道4544處、中隧道1357處、長(zhǎng)隧道1218處、特長(zhǎng)隧道265處(如圖1所示)。其中秦嶺終南山公路隧道長(zhǎng)度達(dá)到18.02公里，被譽(yù)為“亞洲第一”。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)可知，公路隧道現(xiàn)今已成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)快捷、安全、高速運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)施，并作為實(shí)現(xiàn)環(huán)境交通友好型的核心措施，在我國(guó)現(xiàn)代化交通運(yùn)輸發(fā)展與進(jìn)步中起著不可撼動(dòng)的作用。

國(guó)內(nèi)外高速公路隧道照明系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)50年代，國(guó)外就開(kāi)展了公路隧道照明技術(shù)的研究，至今已有六十余年。諸多國(guó)家經(jīng)過(guò)不斷的探索與創(chuàng)新，其高速公路隧道照明技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。當(dāng)時(shí)間發(fā)展至現(xiàn)代，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家隧道照明系統(tǒng)漸漸從高科技智能向可持續(xù)人性化方面發(fā)展。僅東歐各國(guó)，高速公路隧道已經(jīng)普遍開(kāi)始使用“二次配光”和“逆光照明”技術(shù)。在充分利用光源的同時(shí)，節(jié)約了電力能源與照明工具等資源。在照明工具選擇上，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家摒棄了高壓鈉燈，轉(zhuǎn)而使用光纖維隧道燈、電子感應(yīng)無(wú)極燈等新型設(shè)備。

1.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)隧道照明系統(tǒng)發(fā)展起步較晚，雖然當(dāng)前時(shí)代下，我國(guó)公路隧道發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛，但依舊比不上國(guó)外成熟的技術(shù)與理念。差距不僅表現(xiàn)在技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)上，基礎(chǔ)性的工程建設(shè)也存在一定的不足。我國(guó)于2000年1月頒布了《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，詳細(xì)規(guī)定了隧道調(diào)光分級(jí)、光源分級(jí)、總均勻度以及燈具布置等。但是由于最近幾年電能資源浪費(fèi)極為嚴(yán)重，有關(guān)部門(mén)已經(jīng)開(kāi)始廣泛關(guān)注隧道照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)問(wèn)題。我國(guó)在深入研究理論的同時(shí)，在高速公路隧道建設(shè)中也運(yùn)用了相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，例如廣東龍頭山隧道、河北司馬臺(tái)隧道、安徽前家山隧道等已先后將LED燈與無(wú)極調(diào)光技術(shù)應(yīng)用于公路隧道照明中。

1.3高速公路隧道照明發(fā)展趨勢(shì)

高速公路隧道照明質(zhì)量影響著行車(chē)安全，多年以來(lái)，高速公路隧道建設(shè)者們一直將照明質(zhì)量作為工程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容與研究重點(diǎn)，卻忽視了能源浪費(fèi)問(wèn)題。因此，我國(guó)現(xiàn)階段高速公路隧道照明系統(tǒng)在保證行車(chē)安全的前提下，進(jìn)行節(jié)能降耗設(shè)計(jì)是公路隧道照明系統(tǒng)發(fā)展的必然要求，人性化、經(jīng)濟(jì)化、科學(xué)化是照明技術(shù)發(fā)展以及社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

高速公路隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1高速公路隧道照明系統(tǒng)的特點(diǎn)

高速公路大體上是半封閉空間，空間內(nèi)部由特殊管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。這種設(shè)計(jì)容易造成隧道內(nèi)外交通環(huán)境差別過(guò)大，導(dǎo)致車(chē)輛通過(guò)隧道時(shí)產(chǎn)生明暗交替，影響行車(chē)視覺(jué)。所以，以隧道通行安全性與運(yùn)行環(huán)境舒適性為前提，高速公路隧道設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮影響照明質(zhì)量的因素，例如閃爍現(xiàn)象、亮度均勻、視覺(jué)特效、路面亮度等。根據(jù)國(guó)際照明委員會(huì)規(guī)定，高速公路隧道在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到駕駛員的暗適應(yīng)、明適應(yīng)能力。因此可以將隧道照明分為五個(gè)部分：接近段、入口段、過(guò)渡段、中間段、出口段。如圖2所示：

2.2高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)要求

2.2.1接近段設(shè)計(jì)。接近段作為接近隧道洞口的一段道路，主要起到對(duì)駕駛員視覺(jué)初步調(diào)解作用。接近段空間亮度接近洞外亮度，所以不需要設(shè)置照明。一般情況下，接近段路基兩側(cè)會(huì)種植大量樹(shù)木或設(shè)置百葉天棚、斷墻洞口等減光措施。該設(shè)計(jì)目的在于減弱“黑洞”效應(yīng)，節(jié)省能源。

2.2.2入口段設(shè)計(jì)。高速公路隧道洞口第一段路便是入口段，該路段光照設(shè)計(jì)目的在于消除“黑洞”效應(yīng)對(duì)駕駛員的影響，避免交通事故的發(fā)生，并起到一定優(yōu)化節(jié)能作用。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定K值計(jì)算法計(jì)算亮度，即：Lth=L20(S)˙K

2.2.3過(guò)渡段設(shè)計(jì)。車(chē)輛經(jīng)過(guò)入口段后，隧道照明亮度便會(huì)漸漸降至中間段照明水平，這個(gè)過(guò)程中照明由亮變暗的區(qū)域被稱(chēng)為過(guò)渡段。過(guò)渡段照明設(shè)計(jì)目的在于幫助駕駛員適應(yīng)較低亮度，克服“適應(yīng)滯后”效應(yīng)。

根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，過(guò)渡段共有TR1、TR2、TR3三段，過(guò)渡段長(zhǎng)度根據(jù)隧道設(shè)計(jì)最高時(shí)速，并依照CIE適應(yīng)曲線函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即：

Ltr=Lth*(1.9+t)1.4

2.2.4 中間段設(shè)計(jì)。高速公路隧道最長(zhǎng)的一段道路即為中間段，駕駛員經(jīng)過(guò)之前三段道路后已經(jīng)完全適應(yīng)隧道內(nèi)照明程度，所以中間段照明為基本照明?！豆匪淼劳L(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定高速公路隧道中間段最低亮度要求為2.5cd/m2。一般情況下，中間段照明亮度設(shè)計(jì)按表1設(shè)計(jì)取值即可。

2.2.5出口段設(shè)計(jì)。出口段作為高速公路隧道最后一段道路，通過(guò)該路段適應(yīng)時(shí)間較短，所以在出口段照明設(shè)計(jì)上應(yīng)以消除“白洞”效應(yīng)為主。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，出口段亮度應(yīng)為中間段照明亮度5倍，長(zhǎng)度取值60m。

高速公路隧道節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1主程序設(shè)計(jì)

高速公路隧道節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心在于為車(chē)輛提供按需照明，并以此為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能控制。具體流程為：開(kāi)啟主程序并進(jìn)行開(kāi)機(jī)自檢，排除組件故障，在系統(tǒng)運(yùn)行正常情況下開(kāi)始系統(tǒng)初始化;當(dāng)系統(tǒng)存在異常時(shí)，先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障修理，并退出主程序。節(jié)能控制系統(tǒng)完成自檢與初始化過(guò)程后，即可開(kāi)始正常運(yùn)行，主程序?qū)⑼ㄟ^(guò)脈沖信號(hào)預(yù)估車(chē)輛行駛速度，并運(yùn)用數(shù)據(jù)云對(duì)車(chē)輛位置進(jìn)行模擬，保證系統(tǒng)誤差控制在1%以?xún)?nèi)，以誤差修正后的車(chē)輛位置作為啟動(dòng)區(qū)域，開(kāi)始照明調(diào)節(jié)，具體流程如圖3所示：

3.2車(chē)輛位置云模擬系統(tǒng)計(jì)算

云模擬系統(tǒng)是控制高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能程序的核心部分，程序系統(tǒng)將采集到的車(chē)輛位置信息傳至DSP，在車(chē)輛位置預(yù)估程序完成數(shù)據(jù)處理后，交由TMS320F/28035發(fā)送至繼電器輸入端，從而完成照明控制。高速公路隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)車(chē)輛位置估計(jì)程序具體流程如圖4所示。