公路隧道照明控制系统研究与实现郭兰英,梁波（长安大学 信息工程学院，陕西 西安 710064）摘要：隧道照明控制系统在达到基本的照明指标后，安全、舒适又节能的照明技术永远是系统追求的目标。

将西汉高速公路铁炉沟隧道照明系统分为基于照明回路控制的手动模式，可以提高系统的安全性；基于五个照明等级控制的分段时序控制模式能够满足不同季节、不同时段的照明要求；基于电路回路控制的自动控制模式不仅能使洞内的照明亮度与外界自然光的亮度相适应，而且节约电能；建议后期采用的基于动态调光的自动控制模式，不仅更好的节约电能，而且提供了舒适的照明，通过一年多的运行证明了其技术方案的可行性。

关键字：隧道照明；控制模式；动态调光中图分类号：U459.2 文献标识符：AStudy on Lighting Control System of the Tunnel on ExpresswayGUO Lan-ying ,Liang Bo(School of Information Engineering , Chang’an University , Xi’an 710064 , Shaanxi , China) Abstract: When the tunnel illuminating control system has achieved its basic illumination indexes, the illuminating technology with safety, comfort, and economy of energy becomes the always aim of the system. The illuminating control system of Tie Lugou tunnel on Xi’an-Hanzhong expressway be divided into manual control pattern based on circuit control can improve the safety of the system. The illuminating control strategy based on five level time sequence can adapt different season and time. The automatic strategy based on circuit control not only can accommodate the lightness in the tunnel to the nature light outside but also can save power. We advises to adopt the automatic control strategy based on dynamic dimming technique, this scheme can saving power and achieving more comfortable effect. The feasibility of the proposed technique scheme has been demonstrated after running for one year.Key words: tunnel lighting；control strategy；Dynamic dimming0 引言隧道是一种特殊的管状构造物，车辆进入隧道的过程是一个明亮--黑洞--明亮的过程。

人眼在明暗交替变化的过程中，往往会产生“黑洞效应”和 “白洞效应”，极易发生交通事故。

因此，如何在隧道内各段采用不同强度的照明来改善隧道内的照度，创造洞内良好的工作视觉，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，就是隧道照明控制系统要解决的问题。

国内目前对隧道照明设备的控制方式有三种：手动控制模式，分时段进行的时序控制模式和有级控制模式[2]。

目前大部分都采用手动控制模式 [3]。

深圳的迭福山隧道与陕西的铁炉沟隧道长度相当，照明控制系统以自动控制为主，采用四个照明等级的手动遥控为辅[4]。

目前隧道照明系统主要存在以下两个问题：(1)采用手动控制模式及分段时序模式的系统，不能随时根据洞外的亮度变化进行洞内亮度调节，在隧道照明方面造成了很大的浪费。

(2)以自动控制模式为主，手动控制模式为辅的系统，洞内调光采用控制灯具的不同开关组合有级模式，不能实现无级调光[5]。

针对以上不足，结合国内外高速公路隧道照明控制技术的应用研究，本文提出了满足铁炉沟隧道照明要求的手动控制、分段时序控制、自动控制模式，即弥补了手动控制模式及分段时序模式的不足，提高了系统的安全性，节约了电能，同时通过缩小每级的亮度变化，在视觉上实现系统照明的连续调光。

1铁炉沟隧道的照明模式铁炉沟隧道内照明分为基本照明、加强照明、隧道路灯照明、应急照明、应急停车带照明、避灾引导照明以及横洞照明，其中基本照明、加强照明、隧道路灯照明与照明控制有关。

设定A、B、C、D、E、L分别表示不同类别的照明器，每类照明器由多个电路回路完成控制。

其中，A类照明器为基本照明，布满隧道的整个线路，安装在洞内内侧(隧道内靠近超车道的一侧)的墙壁上；B类照明器也为基本照明，布满隧道的整个线路，安装在洞内外侧(隧道内靠近行车道的一侧)墙壁上；C、D、E三类照明器为加强照明，覆盖隧道的引入段、过渡段Ⅰ、过渡段Ⅱ和出口段，为双侧对称安装；L类照明器为隧道路灯照明器，布置在接近段和出口段以外的高速公路上，公路两侧各安装六个灯柱。

以上行线为例，各类灯具布设示意如图1所示。

图 1 照明器布设示意图每个灯具的亮度计算比较复杂，除涉及照度计算有关内容外，它还与观察点的位置、路面材料等有关。

查对国内外有关资料，驾驶员注意力集中的区域大致是前方60m ~160m，因此，视点纵向距离取距计算区域60m ~160m，侧向距离取1/4路面宽，视点高为1.5m；计算区域内纵向计算点间距不宜大于1.0m，横向计算点应不少于5点[6]。

某灯具在路面计算点产生的亮度可按下式计算：()γβγ,2H I L crPi =n个灯具在计算点产生的亮度可按下式计算：∑==ni Pi P L L 1式中：P L ——P点的亮度(cd/m 2)； 计算区域内路面的平均亮度：m L L mP Pav ∑==1通过以上公式求得每个灯具开启时其照明区段的平均亮度，将铁炉沟隧道照明按亮度分为五个等级，即可满足隧道照明亮度的基本需求，每级照明模式及其对应的回路如表1所示。

表1 五级照明模式与照明回路的对应关系 亮度等级 １(白天) ２(白天) ３(白天) ４(夜间) ５(夜间) 回路 A+B+C+D+E A+B+C+D A+B+C A+B+L (A或B)+L 注：模式(A或B)+L中，设定每个月的上半月和下半月由A类照明回路和B类照明回路交替使用铁炉沟隧道手动控制方式主要由人工根据不同的时段及天气情况而开关不同类别的照明器；分段时序控制方式是根据一天中不同的时段而开启相应的照明器；隧道照明的自动控制方式则是利用光强检测器分别采集隧道内外的亮度参数，经过对比处理后，由计算机系统自动控制各个照明回路的开关，使洞内的照明亮度与外界自然光的亮度相适应。

1.1手动照明控制模式手动控制分为单回路控制和多回路控制，其中，单回路控制是指监控人员可根据不同的情况开启或关闭一类照明回路。

多回路控制是按照表1五级模式的对应关系，每一次开启或关闭一组照明回路。

在突发事件发生时，该控制方式具有较强的灵活。

手动控制方式开启或关闭照明回路主要是由监控人员对隧道的具体状况进行大体的分析和判断后做出的应急措施，只有当自动控制失效时才会采用手动控制的方式进行隧道的照明控制。

1.2 分段时序照明控制模式分段时序控制方式主要根据季节的不同和一天中不同的时段来开启不同类别的照明器。

通过对铁炉沟隧道地理位置和气候状况的调查。

分段时序照明控制方式算法简单，易于实施，并且在实际应用中稳定可靠。

但该控制方式不能考虑到不同天气状况带来的影响，不能对隧道内外的光强值进行准确的判断和分析，因此在使用中缺乏准确性和精确性，增加了运营费用。

1.3自动照明控制模式按照文献[6]中照明系统设计的规定，隧道照明按区段可分为引入段、过渡段、基本段、出口段。

在隧道照明中，引入段是进入洞口的第一段，司机在接近、进入隧道的过程中，由于亮度的差别和人眼的视觉变化，此区段的事故发生概率是最大的，其次则是隧道的出口处，因此引入段和出口段的照明控制对整个隧道的运营起到了举足轻重的作用, 隧道引入段的照明控制又是整个隧道照明控制的重中之重[7]。

铁炉沟隧道监控系统中分别在上行线和下行线的入口处设置了两组亮度检测器，各包含一个洞内检测器和洞外检测器。

令L I 和L O 分别为隧道入口洞内光强检测器和洞外光强检测器的检测值，引入段的亮度th L 为可按下式计算：o th L k L ×=式中：th L ——引入段亮度(cd/m 2)；k ——引入段亮度折减系数，按文献[6]查表取值，铁炉沟隧道设计行车速度为80km/h，双车道单向交通量N=2400辆/h时，K取0.035；o L ——洞外亮度(cd/m 2)。

过渡段由1TR 、2TR 个照明段组成，其中： I tr L L 3.01= I tr L L 1.02= I L ——洞内亮度(cd/m 2)。

基本段亮度标准Lin 按文献[6]查表为40cd/m 2≥Lin≥20cd/m 2，其亮度只和车速、车流量有关，和洞内外亮度无关。

在单向交通的隧道中，需要对出口段作适当的处理，以便缓和“白洞现象”带来的不利影响。

令出口段的亮度标准为Lout，根据文献[6]，出口段亮度宜取基本段亮度的5倍，参照即200cd/m 2≥(Lout=5• Lin)≥100cd/m 2。

设定照明器的优先级由高到低为：A 、B 、C 、D 、E ，则隧道内覆盖引入段的所有照明回路按优先级从高到低的顺序可以定义为：H 1、H 2、…、Hn ，当这些回路单独开启时其照明区段平均亮度值分别为：L 1、L 2、…、Ln ，并设定Hj 是当前开启的照明回路中优先级最低的回路。

控制算法中过渡段照明回路的开启初始状况即为引入段的照明控制状况，基本段初始状况即为过渡段Ⅱ的照明控制状况，出口段初始状况即为基本段的照明控制状况。

因此系统根据前面计算所得的平均亮度理论值，将之与其亮度标准进行比较判断，当相应区段的亮度小于亮度标准时，逐一开启下一个电路回路，直至相应区段平均亮度满足其标准亮度要求。