摘要：在公路隧道中，LED照明技术相较于传统照明技术具有很多技术优势，针对性提出LED照明技术在公路隧道应用中存在的主要问题，并深入研究分析了LED照明技术在公路隧道中的应用进展。
关键词：LED照明技术；公路隧道；应用研究；智能化控制
引言
随着我国的基础设施建设的快速发展，国内公路隧道在建和建成里程数也在飞速增长。当前国内多数公路隧道的照明设施为高压钠灯等传统灯光系统，该类灯光系统普遍存在寿命低、耗电量高等问题，增加了不必要的政府公共设施支出，提高了公路隧道的运营成本，降低了经济效益。因此，低能耗成为了选择公路隧道照明系统的关键因素，而LED照明技术相对于传统灯光系统可以有效地减少能源浪费，同时LED照明还具有寿命长、颜色可调、便于智能控制等众多优势，特别适合作为公路隧道的照明系统。
1、LED照明技术在公路隧道的应用优势
1.1 LED照明的性能优势
LED灯具存在以下优势：①LED灯具具备明显经济优势。LED灯具凭借其更高的能量转化率，可以在同样亮度的情况下消耗更低的电能。同时LED灯具后期维护成本明显低于高压钠灯，LED灯具更高的使用寿命也带来了一定的经济优势。②LED灯具性能更可靠。LED灯结构稳固，抗振动和磕碰能力较好，同时具有良好的密封性和耐潮湿性。另外，LED灯具使用安全低压，工作过程发热更小。
1.2 LED照明智能化控制系统的优势
相对于高压钠灯等传统照明系统，LED照明智能化控制系统有明显优势。通过使用该系统可有效降低人力运维成本，避免人为失误，使灯光系统更精准、高效。传统灯具的系统控制方式主要是在施工区域内调整灯具的功率和安装距离，并配合人为控制电路通断。该控制方式不仅对专业技术人员依赖程度较高，同时传统灯具无法依据周围环境变化来主动改变光照亮度，导致浪费过多能源。而LED照明智能化控制系统则可以凭借其系统内的多种传感器和控制器，针对不同的环境自动调节光线强度，使公路隧道内的光照条件达到最佳，高效精准控制光照强度，在降低能耗的同时增强了道路的安全性。
2、LED照明技术在公路隧道应用中面临的主要问题
2.1 LED照明技术的配光问题
设计部门需要根据公路隧道的实施情况，结合其具体结构分配布置LED灯具，并为每组灯具设置合适的光束角度，避免公路隧道内出现炫光的同时最大限度提高光照利用率，并使整体照明的均匀度更高；另一方面，在对公路隧道内LED光源完成一次分配时，还可以通过为LED灯具设计特殊光学透镜或反射罩的方式，实现光源的二次优化。而由于国内LED领域对二次光源设计方面关注度不足，导致当前国产LED灯具的光学透镜或反射罩相对简单，未能将LED灯具的巨大潜能充分释放出来。因此，公路隧道内使用LED照明技术需要充分考虑配光问题。
2.2 LED照明技术的散热问题
①电流电压不变的情况下，光照亮度降低；②高温会导致LED灯光的颜色出现变化；③高温显著降低其使用寿命。而LED灯具性能的稳定性直接关系到公路隧道运营的安全性，因此公路隧道中的LED灯具必须充分考虑其散热问题。现今工程建设中使用的LED灯具通常有以下散热方式：①热管散热，即以热管为散热结构发散热量。该方式虽然散热效果好、性能可靠，但价格高昂且外形不美观。②自然散热，即完全依靠自然风对其进行降温。该方式制造维护费用低、结构可靠。③强制散热，即在系统内安装风扇对LED进行降温。该方式虽然散热能力最强，却具有费用高、可靠性差、依赖后期维护等弊端。所以应根据公路隧道的实际情况合理选择LED灯具的散热方式。
2.3 LED照明技术的电源问题
为实现LED照明系统的亮度自动调控功能，要求LED照明系统的电源不仅可以识别以上控制信号，还可以在一定区间内自由调整输出电流。LED灯具具有很陡的正向伏安特性，当其电路电压出现轻微改变时便会引起电流大幅升高或降低，进而导致灯具的光照强度、颜色、性能等方面显著衰弱，因此LED照明系统具有一个稳定、可靠的电源具有重要意义。面对LED照明系统对电源提出的要求，在电源开发过程中应持续加强部件的稳定性和可靠性，并加强控制、检测等在内的集成化设计，以此优化电源问题。3LED照明技术在公路隧道中的应用进展我国已经在云南、重庆等多个省市自治区进行了公路隧道LED照明系统试运行，并先后获得了多方认可，这期间LED照明技术的应用进展表现在以下三个方面。
3、LED照明技术的科学化
在LED照明技术发展初期，其照明亮度和能耗并未优于传统照明技术，但通过科学技术人员的努力，如今的LED照明技术已经全方位超越传统照明，拥有了更好的实用性能，呈现出完全取代之势。因此，在LED技术不断发展和大量实践验证后，该技术仍会在现今科学技术的带动下持续进步，并使LED照明技术逐渐普及到全国各地的公路隧道，为社会塑造更好的公路隧道照明条件。
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3.1 LED照明技术的智能化
自LED照明技术开始应用于公路隧道等工程照明后，便不断增强自身系统的智能化控制能力，在其控制系统内逐渐增加了亮度传感器、车辆密度传感器等关键部件，使LED照明技术已经实现了现阶段的亮度智能无级调光，在很大程度上摆脱了对专业操作人员的过度依赖[1]。该系统可以根据公路隧道内的实际车流量、隧道外光照亮度和隧道具体结构自动执行1～256级无级调光，以达到所有光照条件下的照明需求，并使隧道内亮度变化更符合人眼视觉曲线，同时令照明系统整体能耗下降，满足社会对节能环保的要求。
3.2 LED照明技术的实践化
任何照明技术的进步都需要以大量实践检验为基础。公路隧道LED照明技术发展初期，尽管经过了大量的实验室验证，但真正将其投入真实环境实践后仍暴露并改进了诸多问题，例如LED灯具散热问题。公路隧道LED灯具仍处于不断实践与完善的过程，通过将LED灯具持续投入适当的实践中，才能更加充分开发LED灯具的潜能[2]。从发展的角度来看，一方面公路隧道LED照明技术的应用推动了该技术的实践化，另一方面LED照明技术的实践化也促进了该技术的应用推广，二者相互促进，这也是该技术在公路隧道照明建设中应用发展的必然趋势。
4、隧道照明智能控制基本流程和系统
4.1隧道照明智能控制流程
隧道照明智能控制流程主要包括三个主要的步骤：第一，基于隧道洞外的自然光强检测值、车检器采集隧道洞外亮度、交通量和车速等照明基本控制参数；第二，基于该数据参数，利用亮度计算模型，计算隧道内所需的照明亮度；最后，根据所需的照明亮度和洞内亮度，判断对应的照明开启模式，开启或关闭相应的照明灯具[3]。
4.2隧道照明智能控制系统
要实现隧道照明的智能控制，其关键是照明智能控制系统的构建，基于隧道照明智能控制基本流程，山区公路隧道智能控制系统包括：外场数据的采集模块、智能运算和决策模块、以及控制输出模块等部分。
4.2.1数据采集模块
数据采集模块负责采集、收集隧道照明控制需要的各类信息，包括洞外光强检测器测量的洞外亮度、车检器检测的交通量、车速、时间、天气以及是否发生异常事件等。各类信息可以利用设备自动采集或利用人工录入等方式进行采集和汇总[4]。
4.2.2智能运算和决策模块
隧道照明智能运算和决策模块是隧道照明自动控制的核心，起到采集数据处理和分析、亮度运算和输出规则的制定等功能，它包括：交通流预测模型、智能控制运算模型、调光策略与灯具匹配关系、隧道照明环境数据采集规则、照明输出控制规划等组成。（1）交通流预测模型交通流是隧道照明自动控制的关键参数之一，隧道交通量和车速等指标可通过路段车检器实时获取，或结合路段车检器及历史数据进行交通流预测[5]。（2）亮度运算控制模型基于洞内外亮度、交通量、车速等指标进行对隧道的入口段、过渡段、中间段等亮度指标进行计算，得出隧道需控制的亮度值。（3）调光策略与灯具匹配关系智能调光，需要对隧道灯具开启与洞内亮度的关系进行确定，现阶段入口加强照明一般可分为加强1、加强2、加强3等模式，如果分左右侧分别开闭灯具，可实现27种或64种开关模式。（4）隧道照明环境数据采集规则针对数据采集模块，实时采集的亮度、交通量、车速等参数，需对数据采样频率、数据异常判断、数据处理规则进行定义，以达到照明智能运算的要求[6]。（5）照明输出控制规则输出控制规则，将结合高压钠灯和LED灯具的照明特点，实时输出亮度的要求、灯具保护要求、道路亮度变化平稳过渡等要求，制定照明输出控制规划。
4.2.3控制输出模块
控制输出模块，是基于智能控制运算模块完成的照明控制规则，对隧道内加强基本、基本照明、横通道照明等进行实时控制。
结束语
本文阐述了LED照明技术在照明性能参数和智能化控制系统方面的巨大优势，并在此基础上分析了LED照明技术在公路隧道应用中面临的配光、散热和电源三个主要问题，总结出了LED照明技术在科学化、智能化和实践化方面的应用进展。尽管当前应用于公路隧道照明的LED照明技术还不完善，但该技术凭借其相对于传统照明技术的优势，对于未来公路隧道照明技术的发展具有重要意义。
参考文献
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[2]马绪荣,陈公增.公路隧道中LED照明技术的应用[J].筑路机械与施工机械化,2018,35(09):119-123+147.
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[5]陆远迅,刘国贵,王兴,张倩.基于太阳能的公路隧道照明方法[J].隧道建设,2015,35(07):674-678.
[6]朱明午.隧道LED照明节能技术在高速公路中的应用[J].科技与企业,2014(16):352.
论文作者:王辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
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