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摘要:采用隧道實(shí)時交通流量結(jié)合照度檢測的動態(tài)調(diào)光單燈控制系統(tǒng),在高速公路led隧道照明智能化節(jié)能改造的應(yīng)用,能夠使隧道照明環(huán)境更加合理、節(jié)能,為智慧照明相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和更新奠定可靠的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:單燈控制系統(tǒng);LED隧道照明;智能化節(jié)能改造
1前言
本文在保證隧道照明滿足行車標(biāo)準(zhǔn)要求下,結(jié)合福建省高速公路隧道照明管理實(shí)際,為了有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的環(huán)保目標(biāo),采用隧道實(shí)時交通流量結(jié)合照度檢測動態(tài)調(diào)光方式的單燈控制系統(tǒng)并將其引入沙廈高速公路(廈門段)的巖內(nèi)隧道和鳳溪隧道的LED隧道照明的智能化節(jié)能改造中,不僅可以在確保實(shí)際的照明需求情況下,為隧道提供安全、可靠、合理、節(jié)能、舒適的照明環(huán)境,還能夠減少供電部門和運(yùn)營管理單位之間的能源需求分歧。
2隧道智能照明監(jiān)控系統(tǒng)的基本概述
2.1隧道智能照明監(jiān)控系統(tǒng)的原理
智能照明監(jiān)控系統(tǒng)主要由隧道單燈控制器、照明集中控制器、照度傳感器、智能照明監(jiān)控平臺服務(wù)器及智能照明平臺軟件五部分組成。每盞燈具運(yùn)行狀態(tài)控制可獨(dú)立監(jiān)控,也可以進(jìn)行多個燈具分組策略控制,以提供更靈活的智能監(jiān)控系統(tǒng)、最優(yōu)的組合。單燈控制系統(tǒng)通過RS485通訊協(xié)議能夠為集中監(jiān)控系統(tǒng)提供更為有效的數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容。單燈控制器具備獨(dú)立地址,能夠獨(dú)立的調(diào)節(jié)燈具亮度,可實(shí)現(xiàn)對應(yīng)LED照明燈具的開、關(guān)、調(diào)光、運(yùn)行狀態(tài)查詢(實(shí)時或定時查詢對應(yīng)燈具電壓、電流、功率因數(shù)、開關(guān)狀態(tài)),在整個過程中,速地掌握每一個LED的照明情況。集中控制器是系統(tǒng)控制調(diào)光的中樞部件,安裝在專用集中控制箱中;通信接口采用RS485通信接口并具備以太網(wǎng)RJ45,通過RS485總線傳輸控制命令,控制隧道就地單燈控制器調(diào)光節(jié)能,上行通訊連接遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器,下行實(shí)現(xiàn)隧道就地?zé)艟咧悄苷{(diào)光控制[1]。除此之外,單燈控制系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)和第三方拓展設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和各種接入功能,在實(shí)施過程中結(jié)合照度傳感器、監(jiān)控卡口攝像機(jī)采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)光,以便于集中器具備額外的透傳價值。單燈控制系統(tǒng)能夠采用拓?fù)渲徒M態(tài)相結(jié)合的方式,集中展示隧道內(nèi)配電柜中接入平臺的各類設(shè)備的參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等,對回路數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)化的監(jiān)測,以便于發(fā)生故障之后對其進(jìn)行有針對性的排除。
2.2單燈控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
本次智能化改造的單燈控制系統(tǒng)是采用0-10V調(diào)光技術(shù)的485單燈控制器,主要應(yīng)用于隧道LED燈的單燈的調(diào)光、狀態(tài)采集,以485通訊的形式傳遞出更完整的數(shù)字化信息。通過帶屏蔽的485控制線傳輸方式,系統(tǒng)的抗干擾能力相對較強(qiáng),能夠確保信號穩(wěn)定。單燈控制系統(tǒng)在實(shí)際工作的過程中,依托智能算法還能夠檢測LED路燈的工作狀態(tài)。一旦發(fā)生故障,整個單燈系統(tǒng)會自動報告位置和故障的情況,減少維修和監(jiān)管人員的工作難度。而依托控制體系和“三遙”監(jiān)督體系,可以使現(xiàn)場的LED隧道燈開關(guān)實(shí)現(xiàn)多樣化、動態(tài)的聯(lián)動,有效調(diào)節(jié)控制隧道燈的電壓、電流以及工作功率等,在收集準(zhǔn)確信號、判斷路燈照明情況等方面也具有重要的應(yīng)用價值[2]。
3單燈控制系統(tǒng)在LED隧道照明智能化節(jié)能改造的應(yīng)用
3.1明確初始照度
《公路隧道照明設(shè)計細(xì)則》有明確規(guī)定機(jī)動車交通道路的照明設(shè)計應(yīng)該符合既定的要求,采用隧道100kM/h時速隧道照明標(biāo)準(zhǔn)照度要求為初始照度為4.5Cd/m2?!豆匪淼勒彰髟O(shè)計細(xì)則》文件中有明確的規(guī)定節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)[3]。當(dāng)顯色指數(shù)Ra≥65、色溫介于3500~6500K的LED光源用于隧道基本照明時,亮度可按照表1所列亮度標(biāo)準(zhǔn)的50%取值,但不應(yīng)低于1Cd/m2。本次隧道照明智能化節(jié)能改造基于此,在設(shè)計過程中將現(xiàn)有的視頻高清測速及流量交通卡口的技術(shù),且把道路車流量、隧道內(nèi)外實(shí)際亮度等各種因素考慮在內(nèi),對隧道LED照度進(jìn)行有針對性的調(diào)節(jié),使其初始照度超過設(shè)計規(guī)范維護(hù)照度的數(shù)值,滿足隧道亮度要求下,達(dá)到節(jié)能效果。
3.2功能的實(shí)現(xiàn)
隧道照明智能化節(jié)能改造采用隧道實(shí)時交通流量結(jié)合照度檢測動態(tài)調(diào)光設(shè)計,動態(tài)調(diào)光策略可在定制智能照明監(jiān)控平臺上靈活設(shè)定,通過實(shí)施交通流量調(diào)節(jié)燈具亮度,可根據(jù)交通量變化、不同天氣條件、不同時間段洞外的亮度等情況及時、有效地調(diào)整照明光源指標(biāo)水平,實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的節(jié)能降耗目標(biāo)。
3.2.1隧道交通流量采用300萬高清測速及流量交通卡口對隧道實(shí)時交通流量統(tǒng)計,在交通流量視頻平臺服務(wù)器之間增設(shè)防火墻和網(wǎng)閘,保障高速公路兩個網(wǎng)段內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?,并通過調(diào)取視頻平臺服務(wù)器上隧道內(nèi)實(shí)際的車流數(shù)據(jù)來設(shè)置開關(guān)燈策略。例如,夜晚高速公路車輛少,如果夜晚時段的照度和白天相同,則會產(chǎn)生資源的浪費(fèi)。在單燈控制系統(tǒng)的支持下,可以有效降低夜晚的燈具功率,這樣不僅能夠滿足基本的照明需求,而且還提升了資源的利用效率;當(dāng)高速隧道內(nèi)發(fā)生事故造成堵車時,通過車流量數(shù)據(jù)分析,進(jìn)行輸出功率的調(diào)節(jié)增加亮度和開啟照明,確保行車安全。
3.2.2光照度感器采用RS485接口,通信協(xié)議能兼容接入集中控制器,可計算周圍環(huán)境照度平均值;通過平臺可以監(jiān)測隧道洞內(nèi)洞外就地照度狀態(tài)。
3.2.3智能照明監(jiān)控平臺服務(wù)器是整個智能控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及控制管理設(shè)備的核心,可提供TCP/IP、GPRS接入方式,在同一網(wǎng)絡(luò)的PC上對集中器和節(jié)點(diǎn)控制器進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和控制;同時,其還具有數(shù)據(jù)備份功能,可以存儲設(shè)備詳細(xì)信息和設(shè)備配置數(shù)據(jù),平臺系統(tǒng)軟件采用B/S架構(gòu)來構(gòu)建服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫。照明監(jiān)控終端工作站無須安裝客戶端,可通過瀏覽器直接訪問,并能實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理分級,且應(yīng)用設(shè)置相互之間不受影響,系統(tǒng)登錄有無響應(yīng)退出機(jī)制。照明策略可按隧道入口段、過渡段、中間段、出口段進(jìn)行分組獨(dú)立控制,并預(yù)設(shè)不同場景,根據(jù)不同場景進(jìn)行燈具亮度調(diào)節(jié)及開關(guān)控制。照明監(jiān)控平臺能夠?qū)崿F(xiàn)隧道內(nèi)燈具亮度0~100%范圍內(nèi)調(diào)整以及無極調(diào)光,控制方式為以下3種:3.2.3.1光感(洞外照度檢測儀):白天通過讀取洞外光感數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)洞內(nèi)燈具亮度、設(shè)置作用時間段。3.2.3.2車流量(車流量檢測儀):晚上通過車流量數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)洞內(nèi)亮度,車流量還作用于自動應(yīng)急(車流量數(shù)據(jù)判定為隧道內(nèi)堵車時自動調(diào)節(jié)燈具全開)。3.2.3.3平臺軟件手動控制:當(dāng)隧道內(nèi)有突發(fā)事件需要人為干預(yù)燈光,可通過人為操作一鍵全開、全關(guān)、調(diào)光等功能。白天以光照度及交通流量參數(shù)為照明控制依據(jù),晚上以時間及交通流量為控制依據(jù);短時間光照度的變化(如車隊燈光、浮云遮日等)不作為照明控制參數(shù)(短時干擾時間可在平臺靈活設(shè)定);照明等級要求可根據(jù)管養(yǎng)單位運(yùn)營需要分級調(diào)整。隧道內(nèi)照明按5級照明進(jìn)行控制,具體動作如下:晴天:基本照明+應(yīng)急照明+加強(qiáng)一照明+加強(qiáng)二照明+加強(qiáng)三照明。云天:基本照明+應(yīng)急照明+加強(qiáng)二照明+加強(qiáng)三照明。陰天:基本照明+應(yīng)急照明+加強(qiáng)三照明。重陰天(及傍晚):基本照明+應(yīng)急照明。夜間:基本照明+應(yīng)急照明。最后是隧道燈狀態(tài)的監(jiān)測功能,可以有效解決運(yùn)維成本高的問題。照明監(jiān)控平臺可實(shí)時查詢并記錄各燈具的電流、電壓、功率因數(shù)等狀態(tài)值,在燈具電壓電流異常情況下,平臺能自動提示報警信息并定位至故障燈具位置,及時準(zhǔn)確對不亮的故障隧道燈進(jìn)行維護(hù),確保其照明效果。
4結(jié)語
把隧道實(shí)時交通流量結(jié)合照度檢測動態(tài)調(diào)光方式的單燈控制系統(tǒng)應(yīng)用到LED隧道照明智能化節(jié)能改造中,能夠有效控制照明設(shè)施,以此不僅可以提高隧道運(yùn)營安全水平,還實(shí)現(xiàn)了更高效、更人性化的節(jié)能減排。智能系統(tǒng)結(jié)合洞外的自然光亮度這一光源特性指標(biāo)以及時間、車流量大小、設(shè)計速度等條件來實(shí)時自動調(diào)節(jié)隧道內(nèi)的照明亮度,滿足駕駛員的視覺需求。隧道照明調(diào)光的周期越短,調(diào)光的分級越多、越精細(xì),則隧道內(nèi)調(diào)光亮度越能接近理論需求亮度,隧道內(nèi)行車的安全性也越高,隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能幅度也就越大。
參考文獻(xiàn):
[1]吳龍波.淺談路燈單燈控制系統(tǒng)在城市道路照明中的應(yīng)用[J].河南建材,2018(1):249-250+252.
[2]楊喜云.單燈控制系統(tǒng)在EMC模式LED道路照明節(jié)能改造的應(yīng)用[J].照明工程學(xué)報,2016(3):40-44.
[3]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路隧道照明設(shè)計細(xì)則:JTGTD702-01-2014[S].北京:人民交通出版社,2014.
作者:王艇 單位:廈門百城交通工程咨詢有限公司