隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，公路交通規(guī)模不斷擴大，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)省運營開支。當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降低隧道運營開支是隧道照明系統(tǒng)研究建設(shè)中的重要課題，實現(xiàn)高速公路隧道照明節(jié)能控制對節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實意義。

公路交通正隨著經(jīng)濟發(fā)展與社會進步不斷擴大著自身規(guī)模，近幾年，憑借施工技術(shù)不斷進步與勘察設(shè)計理念日益成熟，我國公路隧道工程建設(shè)也邁向了一個新的臺階。據(jù)不完全統(tǒng)計，近十年以來，公路橋梁隧道渡口里程總長度已經(jīng)達到512.2551萬米，已建成通車的隧道多達7384處，短隧道4544處、中隧道1357處、長隧道1218處、特長隧道265處(如圖1所示)。其中秦嶺終南山公路隧道長度達到18.02公里，被譽為“亞洲第一”。

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

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

1.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀50年代，國外就開展了公路隧道照明技術(shù)的研究，至今已有六十余年。諸多國家經(jīng)過不斷的探索與創(chuàng)新，其高速公路隧道照明技術(shù)已經(jīng)相當成熟。當時間發(fā)展至現(xiàn)代，國外發(fā)達國家隧道照明系統(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，高速公路隧道已經(jīng)普遍開始使用“二次配光”和“逆光照明”技術(shù)。在充分利用光源的同時，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)達國家摒棄了高壓鈉燈，轉(zhuǎn)而使用光纖維隧道燈、電子感應(yīng)無極燈等新型設(shè)備。

1.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)隧道照明系統(tǒng)發(fā)展起步較晚，雖然當前時代下，我國公路隧道發(fā)展勢頭十分迅猛，但依舊比不上國外成熟的技術(shù)與理念。差距不僅表現(xiàn)在技術(shù)與經(jīng)驗上，基礎(chǔ)性的工程建設(shè)也存在一定的不足。我國于2000年1月頒布了《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》，詳細規(guī)定了隧道調(diào)光分級、光源分級、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極為嚴重，有關(guān)部門已經(jīng)開始廣泛關(guān)注隧道照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計問題。我國在深入研究理論的同時，在高速公路隧道建設(shè)中也運用了相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計，例如廣東龍頭山隧道、河北司馬臺隧道、安徽前家山隧道等已先后將LED燈與無極調(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

高速公路隧道照明質(zhì)量影響著行車安全，多年以來，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)計的核心內(nèi)容與研究重點，卻忽視了能源浪費問題。因此，我國現(xiàn)階段高速公路隧道照明系統(tǒng)在保證行車安全的前提下，進行節(jié)能降耗設(shè)計是公路隧道照明系統(tǒng)發(fā)展的必然要求，人性化、經(jīng)濟化、科學(xué)化是照明技術(shù)發(fā)展以及社會發(fā)展的必然趨勢。

高速公路隧道照明系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1高速公路隧道照明系統(tǒng)的特點

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)計容易造成隧道內(nèi)外交通環(huán)境差別過大，導(dǎo)致車輛通過隧道時產(chǎn)生明暗交替，影響行車視覺。所以，以隧道通行安全性與運行環(huán)境舒適性為前提，高速公路隧道設(shè)計過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、視覺特效、路面亮度等。根據(jù)國際照明委員會規(guī)定，高速公路隧道在設(shè)計過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部分：接近段、入口段、過渡段、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)計要求

2.2.1接近段設(shè)計。接近段作為接近隧道洞口的一段道路，主要起到對駕駛員視覺初步調(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)會種植大量樹木或設(shè)置百葉天棚、斷墻洞口等減光措施。該設(shè)計目的在于減弱“黑洞”效應(yīng)，節(jié)省能源。

2.2.2入口段設(shè)計。高速公路隧道洞口第一段路便是入口段，該路段光照設(shè)計目的在于消除“黑洞”效應(yīng)對駕駛員的影響，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)計規(guī)范》規(guī)定K值計算法計算亮度，即：Lth=L20(S)˙K

2.2.3過渡段設(shè)計。車輛經(jīng)過入口段后，隧道照明亮度便會漸漸降至中間段照明水平，這個過程中照明由亮變暗的區(qū)域被稱為過渡段。過渡段照明設(shè)計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)計規(guī)范》規(guī)定，過渡段共有TR1、TR2、TR3三段，過渡段長度根據(jù)隧道設(shè)計最高時速，并依照CIE適應(yīng)曲線函數(shù)進行計算，即：

Ltr=Lth*(1.9+t)1.4

2.2.4 中間段設(shè)計。高速公路隧道最長的一段道路即為中間段，駕駛員經(jīng)過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。《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(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)計按表1設(shè)計取值即可。

2.2.5出口段設(shè)計。出口段作為高速公路隧道最后一段道路，通過該路段適應(yīng)時間較短，所以在出口段照明設(shè)計上應(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，長度取值60m。

高速公路隧道節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1主程序設(shè)計

高速公路隧道節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計核心在于為車輛提供按需照明，并以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn)高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能控制。具體流程為：開啟主程序并進行開機自檢，排除組件故障，在系統(tǒng)運行正常情況下開始系統(tǒng)初始化;當系統(tǒng)存在異常時，先對系統(tǒng)進行故障修理，并退出主程序。節(jié)能控制系統(tǒng)完成自檢與初始化過程后，即可開始正常運行，主程序?qū)⑼ㄟ^脈沖信號預(yù)估車輛行駛速度，并運用數(shù)據(jù)云對車輛位置進行模擬，保證系統(tǒng)誤差控制在1%以內(nèi)，以誤差修正后的車輛位置作為啟動區(qū)域，開始照明調(diào)節(jié)，具體流程如圖3所示：

3.2車輛位置云模擬系統(tǒng)計算

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)將采集到的車輛位置信息傳至DSP，在車輛位置預(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)車輛位置估計程序具體流程如圖4所示。