基于優(yōu)化布燈參數(shù)模型和CAN的隧道照明系統(tǒng)研究

1、    基于優(yōu)化布燈參數(shù)模型和can的隧道照明系統(tǒng)研究    摘要：眾所周知，中國的隧道數(shù)量龐大，有效的隧道照明是保證行車安全的關(guān)鍵。而在目前的隧道照明系統(tǒng)中，存在很多的問題，如技術(shù)單一，耗能高，造成環(huán)境壓力加大，高昂的造價也浪費了國家的財政資源，另外，由于人類視覺適應(yīng)的滯后現(xiàn)象等因素的影響，隧道安全也成為人們及其重視的問題。在此背景下，研究出一套節(jié)能環(huán)保，安全又經(jīng)濟(jì)的照明系統(tǒng)對于整個社會的意義而言是及其重要的。本文筆者將依托相關(guān)技術(shù)模型分析新型的隧道布燈及智能控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：布燈參數(shù)優(yōu)化模型;can總線;無極調(diào)光控制系統(tǒng)1 隧道照明智能控制系統(tǒng)的必要

2、性1.1 背景概述隨著我國城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展，在西部多山地區(qū)連接農(nóng)村與城鎮(zhèn)的隧道成為人們主要的交通方式。然而我國目前隧道交通安全事故頻發(fā)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，其主要原因在于隧道照明布置不合理及在較大的節(jié)能驅(qū)動下隧道控制單位減半開燈。目前，我國高速公路隧道照明系統(tǒng)普遍采用以車速、車流量最大值來確定隧道亮度的模式，這種照明方式電能消耗大，如全國第一長的高速公路隧道西康高速公路秦嶺終南山隧道（雙洞）總長 18020m，每年的電費在 1800 萬元左右。隧道用電成為高速公路運營管理部門的一筆沉重的負(fù)擔(dān)，同時也對“國家節(jié)能減排戰(zhàn)略”的實施帶來不積極的影響。所以如何在確保行車安全的同時降低隧道照明能耗，已成為隧

3、道科研設(shè)計、建設(shè)和運營單位亟需解決的問題。為解決這一問題，我們可以研究基于優(yōu)化的布燈參數(shù)和 can 總線的智能控制技術(shù)，在優(yōu)化布燈參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，優(yōu)化行車照明條件，實現(xiàn)隧道照明的自動控制，達(dá)到隧道節(jié)能最大化的目的。1.2 國家戰(zhàn)略分析國家節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃中指出，要突出抓好工業(yè)、建筑、交通、公共機(jī)構(gòu)等重點領(lǐng)域和重點用能單位節(jié)能，大幅提高能源利用效率，有效減少主要污染物排放總量。在建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的背景下，高速公路隧道建設(shè)部門作為重要的交通通道和公共服務(wù)設(shè)施應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的節(jié)能減排工作。2隧道照明控制系統(tǒng)的研究2.1研究方向的確定隨著自動控制技術(shù)的快速發(fā)展以及推廣，國內(nèi)外在隧道

4、照明控制方面的研究也隨之發(fā)展。隧道照明節(jié)能光源的研究主要在兩方面：其一是通過對比不同光源性能來選擇合適的照明燈具;其二是對隧道照明燈源的配光曲線進(jìn)行研究實驗或設(shè)計。依據(jù)配光曲線設(shè)計的 led 比傳統(tǒng)的 led 節(jié)能 12%，因此我們將led燈作為我們的照明燈具。另外，在隧道建設(shè)中，隧道通信方式的選擇對隧道的建設(shè)成本具有一定的影響，同時還將影響隧道的智能化程度。電力線不僅可以為照明系統(tǒng)提供電源 ，同時也可作為通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，目前國內(nèi)外的隧道照明通信網(wǎng)絡(luò)主要有 lonworks 總線、傳統(tǒng)的 rs485 總線、高效的 can 總線以及無線或者物聯(lián)網(wǎng)等。 can 總線具有傳輸距離遠(yuǎn)、通信速度快以

5、及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)多等特點，利用can總線實現(xiàn)了隧道照明的全線智能通信控制。隨著 can 總線的應(yīng)用及開發(fā)，can 總線目前尚未形成統(tǒng)一的高層協(xié)議，而對于不同的高層協(xié)議，其通信能力各不一樣。 因此，隨著 can 總線的發(fā)展，can 高層協(xié)議是未來隧道通信協(xié)議研究的重點方向。2.2 技術(shù)核心該系統(tǒng)基于綠色、節(jié)能、環(huán)保等出發(fā)點，在現(xiàn)有布燈方式及布燈參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行布燈參數(shù)的優(yōu)化，通過計算建立優(yōu)化布燈參數(shù)模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計基于can總線的無極調(diào)光控制系統(tǒng)，采用一種基于布燈參數(shù)優(yōu)化模型和can總線的照明控制系統(tǒng)來實現(xiàn)隧道照明的節(jié)能控制需求。2.2.1布燈參數(shù)優(yōu)化模型在規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，通過研究布燈

6、方式、布燈間距等可能影響節(jié)能照明的因素，建立一種布燈參數(shù)優(yōu)化模型，并通過dialux進(jìn)行3d建模，模擬現(xiàn)實隧道環(huán)境的照明節(jié)能效果。經(jīng)過建模計算，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用中央布置方式時，隧道路面照度、亮度及亮度均勻度最高，照明效果最好，交錯布置方式照明效果次之、對稱布置照明效果最差，考慮節(jié)能要求，可以采用中央布置方式，并對其進(jìn)行優(yōu)化。2.2.2 can總線控制系統(tǒng)在布燈參數(shù)優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，基于隧道布燈參數(shù)優(yōu)化的節(jié)能技術(shù)，加入了can總線控制照明模塊，使該系統(tǒng)能夠根據(jù)運營中實測路面最小照度值，調(diào)整燈具輸出功率，使隧道內(nèi)照度始終可以滿足照明需求。選用 can 總線構(gòu)建隧道照明通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)隧道各段不同照明的

7、目標(biāo)。 經(jīng)隧道布燈參數(shù)優(yōu)化后可得隧道各區(qū)段需求亮度模型，而該模型依據(jù)傳感器測量的車速、車流量以及洞外亮度值，通過照明控制計算機(jī)計算出隧道內(nèi)各區(qū)段所需照明亮度。結(jié)合隧道 led 燈光衰曲線，對隧道各段 led 燈實際照明功率進(jìn)行調(diào)整。 照明控制計算機(jī)通過 can 總線將照明控制指令傳輸至照明系統(tǒng)的各個燈具節(jié)點，各節(jié)點依據(jù) can 控制器節(jié)點編碼判斷該指令是否符合接收要求，can 控制器將接收的照明控制指令傳輸至燈具節(jié)點對應(yīng)的調(diào)光控制器， 調(diào)光控制器根據(jù)照明控制指令控制 led 驅(qū)動器，從而實現(xiàn)對 led 燈的無極調(diào)光控制。這樣，布燈參數(shù)優(yōu)化與智能控制相結(jié)合，就能在布燈參數(shù)優(yōu)化帶來 1 次節(jié)能的基礎(chǔ)上，再通過智能控制實現(xiàn)第 2 次節(jié)能，從而實現(xiàn)節(jié)能的最大化。3 結(jié)語總之，本系統(tǒng)目前通過提供一種新型的隧道照明裝置系統(tǒng)，一方面使隧道布燈科學(xué)化，合理化，使隧道駕駛過程更為安全，另一方面綠色節(jié)能環(huán)保，符合國家“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略要求，投入市場使用后預(yù)計會帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，這對于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和隧道照明領(lǐng)域的進(jìn)一步研發(fā)也具有重大意義。參考文獻(xiàn)1 錢衛(wèi)建. 高速公路隧道照明節(jié)能減排對策研究j. 中國交通信息化， 2016（4）： 127-129.2 白欣欣. 高速公路長大隧道照明系統(tǒng)改進(jìn)研究