郭競杰

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350002）

隨著交通網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代化城市建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路隧道的數(shù)量不斷增加。盡管隧道在交通運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用，但是其照明系統(tǒng)經(jīng)常被忽視。尤其是在夜間和惡劣天氣條件下，不適當(dāng)?shù)恼彰骺赡軙?huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故。因此，對(duì)高速公路隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）改造具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高速公路隧道照明的重要性及現(xiàn)有照明系統(tǒng)的不足

1.1 隧道照明對(duì)行車安全的重要性

在暗光條件下行駛時(shí)，駕駛?cè)藛T需要更加努力地適應(yīng)光線變化，這可能會(huì)導(dǎo)致視覺疲勞。良好的隧道照明可以提供明亮、均勻的光線，幫助駕駛?cè)藛T看清道路、隧道內(nèi)的其他車輛和交通標(biāo)志，有助于提升警覺性和注意力，從而降低疲勞駕駛風(fēng)險(xiǎn)和事故的發(fā)生概率。另外，在緊急情況下，如遇到交通事故或障礙物等，良好的照明可以使駕駛?cè)藛T有效識(shí)別危險(xiǎn)并采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

1.2 現(xiàn)有照明系統(tǒng)存在的不足

1.2.1 能耗大，成本高

首先，現(xiàn)有隧道照明系統(tǒng)通常采用高壓鈉燈或熒光燈等傳統(tǒng)光源。這些光源在長時(shí)間運(yùn)行中會(huì)消耗大量電能，導(dǎo)致能源費(fèi)用高昂。特別是對(duì)于大規(guī)模的高速公路隧道網(wǎng)絡(luò)，能耗問題尤為突出，照明電費(fèi)在隧道運(yùn)營總成本中占據(jù)相當(dāng)大的比例。其次，隧道照明系統(tǒng)的維護(hù)和更換成本相對(duì)較高。傳統(tǒng)光源壽命較短，需要定期更換，而維護(hù)和更換燈具需要消耗大量人力和物力資源。最后，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的故障率較高，頻繁的故障維修增加了維護(hù)成本。

1.2.2 能源浪費(fèi)，污染環(huán)境

首先，傳統(tǒng)光源在使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，不僅會(huì)增加隧道內(nèi)的溫度，而且會(huì)提高冷卻系統(tǒng)的能耗，進(jìn)一步加大能源浪費(fèi)。其次，傳統(tǒng)光源常含有汞等有害物質(zhì)，一旦燈具破損或報(bào)廢，可能會(huì)污染環(huán)境，威脅人員健康。最后，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的光束散射較大，隧道內(nèi)外亮度不均勻，不但會(huì)造成電能的浪費(fèi)，而且容易產(chǎn)生光污染問題，影響周邊生態(tài)環(huán)境和居民生活。

1.2.3 照明質(zhì)量差，降低安全性

首先，傳統(tǒng)高壓鈉燈和熒光燈等光源的色溫較低，呈黃色或白熾色，不僅影響駕駛?cè)藛T的夜間視覺舒適度，還可能引發(fā)視覺疲勞和眩光問題，降低駕駛的安全性。其次，傳統(tǒng)光源的光束散射角度較大，光線不均勻，易導(dǎo)致隧道內(nèi)出現(xiàn)陰影、暗區(qū)和亮區(qū)，使駕駛?cè)藛T難以獲得清晰的視線，增加了交通事故的發(fā)生概率。最后，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的開關(guān)控制方式較為簡單，通常采用階段性的開關(guān)控制，無法根據(jù)隧道內(nèi)外光線條件的變化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)亮度。在不同天氣狀況、不同時(shí)間段和不同隧道位置，照明亮度無法平穩(wěn)過渡，可能會(huì)出現(xiàn)瞬間的明暗變化，影響駕駛?cè)藛T的視線適應(yīng)性，降低了行車安全性[1]。

2 LED 改造方案

2.1 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 選擇LED 燈具和控制器

選擇合適的LED 燈具至關(guān)重要，需要考慮燈具的亮度、色溫、壽命和能效等因素。LED 燈具應(yīng)具備足夠的亮度，以確保隧道內(nèi)可見性良好。色溫應(yīng)適中，以駕駛?cè)藛T視覺舒適為宜。同時(shí)，考慮長期使用，應(yīng)選擇壽命長的LED 燈具，以減少更換和維護(hù)成本。在能效方面，LED 燈具應(yīng)具備較高能效，以降低能源消耗。因此，在設(shè)計(jì)LED 照明系統(tǒng)時(shí)，需要仔細(xì)評(píng)估LED 燈具的各項(xiàng)性能參數(shù)，選擇適合隧道照明需求的型號(hào)。

LED 控制器的選擇是LED 改造中不可忽視的因素。LED 控制器用于管理LED 燈具的亮度和色溫，以滿足不同的照明需求。控制器應(yīng)具備穩(wěn)定的性能和高精度的調(diào)光能力，確保隧道內(nèi)外亮度均勻。選擇適當(dāng)?shù)目刂破骺梢詫?shí)現(xiàn)智能化控制，根據(jù)外部光線亮度和交通情況動(dòng)態(tài)調(diào)整隧道內(nèi)的亮度值，提高能源利用率的同時(shí)確保行車安全。

2.1.2 布局和安裝LED 照明系統(tǒng)

在LED 照明系統(tǒng)的布局方面，需要考慮隧道內(nèi)的照明需求和隧道的幾何形狀，確保整個(gè)隧道內(nèi)光線均勻且亮度充足，為駕駛?cè)藛T提供開闊的視野。布局的關(guān)鍵是確定LED 燈具的安裝位置和數(shù)量，需要綜合考慮隧道的長度、寬度、高度及光學(xué)特性。通常情況下，LED 燈具應(yīng)均勻分布，避免出現(xiàn)亮度不均勻的情況或存在陰影區(qū)域。

在安裝LED 照明系統(tǒng)時(shí)，需要遵循專業(yè)的安裝標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。安裝過程中，應(yīng)確保LED 燈具固定牢靠，防止振動(dòng)下引發(fā)燈具脫落。電纜線路應(yīng)正確連接，避免電纜過度繃?yán)蚺で?。同時(shí)，應(yīng)定期進(jìn)行安裝質(zhì)量檢查和測試，確保LED 照明系統(tǒng)正常運(yùn)行[2]。

2.2 照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 亮度檢測和控制

通過亮度檢測和控制，LED 照明系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的條件和需求自動(dòng)調(diào)整照明亮度，以確保高速公路隧道內(nèi)外的照明效果始終處于最佳狀態(tài)。亮度檢測器的作用是確保隧道內(nèi)外的光線亮度保持在合適水平，以滿足駕駛?cè)藛T的視覺需求。這些檢測器通常分布在隧道入口、出口和內(nèi)部的關(guān)鍵位置。在隧道出、入口，亮度檢測器可以捕捉到外部的自然光線亮度水平。由于隧道內(nèi)部的光照通常會(huì)因交通量、天氣條件和時(shí)間差異而發(fā)生變化，亮度檢測器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測亮度變化情況。通過不斷比較外部和內(nèi)部的亮度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以獲得隧道內(nèi)外亮度差異的準(zhǔn)確信息，為后續(xù)的調(diào)光操作提供基礎(chǔ)。

智能控制器是LED 照明系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，主要根據(jù)亮度檢測器提供的數(shù)據(jù)生成調(diào)光指令，通過提高或降低LED 燈具的亮度，確保隧道內(nèi)的照明水平適應(yīng)不同的環(huán)境條件。當(dāng)系統(tǒng)接收到亮度檢測器的數(shù)據(jù)時(shí)，智能控制器會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和參數(shù)來決定采取何種調(diào)光措施。例如，當(dāng)檢測到隧道入口的外部光線亮度較高時(shí)，控制器可能會(huì)降低LED燈具的亮度，以避免過度照明和不必要的能耗。相反，如果隧道內(nèi)部的亮度下降，控制器會(huì)提高LED 燈具的亮度，以確保足夠的可見度。

LED 系統(tǒng)的亮度控制通常具有動(dòng)態(tài)調(diào)光功能，即可以根據(jù)隧道內(nèi)不同區(qū)域的需要調(diào)節(jié)亮度水平。該功能對(duì)于優(yōu)化能源利用和提高照明質(zhì)量至關(guān)重要。例如，在隧道的進(jìn)口和出口段，由于駕駛?cè)藛T需要適應(yīng)不同的光線條件，需要更高的亮度以提升可見性，控制器可以根據(jù)亮度檢測器的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)提高LED 燈具的亮度；而在隧道的中間段，交通可能較為穩(wěn)定，這時(shí)可以降低亮度以減少電能消耗，但是要確保具備足夠的照明水平，以保證行車安全。動(dòng)態(tài)調(diào)光使LED 照明系統(tǒng)能夠更精確地適應(yīng)不同區(qū)域的亮度需求，提高了照明的效率和節(jié)能性。

2.2.2 調(diào)光控制器的設(shè)計(jì)

調(diào)光控制器的設(shè)計(jì)需要充分考慮LED 燈具的性能和隧道照明的需求，如圖1 所示。首先，調(diào)光控制器應(yīng)具備高精度的亮度調(diào)節(jié)能力，通常采用脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。PWM 控制通過調(diào)整LED 燈具的開關(guān)頻率和占空比來控制燈具的亮度，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)和平滑的亮度調(diào)節(jié)，避免了閃爍或抖動(dòng)現(xiàn)象。其次，調(diào)光控制器的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮隧道內(nèi)外的光線條件和交通情況，以確定亮度調(diào)節(jié)策略。例如：白天陽光充足時(shí)，控制器可以降低LED燈具的亮度以節(jié)約能源；在夜間或陰雨天氣下，控制器應(yīng)提高亮度以確保行車安全。這需要在控制器中預(yù)設(shè)不同的亮度模式和閾值，以滿足不同的照明需求。最后，調(diào)光控制器應(yīng)具備通信和監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測LED 照明系統(tǒng)的功能。通過與亮度檢測器和控制總線連接，調(diào)光控制器可以接收外部光線數(shù)據(jù)，并根據(jù)情況自動(dòng)調(diào)整LED 燈具的亮度。同時(shí)，系統(tǒng)操作員可以通過遠(yuǎn)程控制手段進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況或特殊需求[3]。

圖1 LED 調(diào)光控制器

2.3 應(yīng)急電源備份和故障處理

LED 化改造方案中的應(yīng)急電源備份和故障處理是確保LED 照明系統(tǒng)在各種意外情況下保持正常運(yùn)行的重要部分。首先，應(yīng)急電源備份是為了應(yīng)對(duì)電力中斷或電源故障等情況而設(shè)計(jì)的。在LED 改造中，應(yīng)考慮使用備用電源，如不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系統(tǒng)或發(fā)電機(jī)組，以確保LED燈具在電力中斷時(shí)能夠繼續(xù)供電，防止出現(xiàn)交通事故。同時(shí)，備用電源應(yīng)具備足夠的容量，以支持LED 燈具在應(yīng)急模式下運(yùn)行，通常需滿足特定時(shí)間段內(nèi)的照明需求。其次，故障處理是保障LED 照明系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。故障包括LED 燈具損壞、控制器故障或通信中斷等，為了快速診斷和解決這些問題，應(yīng)在系統(tǒng)中集成故障檢測和報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測到故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)發(fā)出警報(bào)并記錄故障信息，以便維修人員迅速響應(yīng)和修復(fù)故障，縮短系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。最后，應(yīng)急電源備份和故障處理方案需要在LED 改造的設(shè)計(jì)和實(shí)施中充分考慮，以確保LED 照明系統(tǒng)在各種不可預(yù)測的情況下繼續(xù)為高速公路隧道提供安全和可靠的照明，保障駕駛?cè)藛T的行車安全。

3 LED 改造效果分析

3.1 節(jié)能效果顯著

相較于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)，LED 照明系統(tǒng)在能源利用上具有顯著的優(yōu)勢，能夠帶來明顯的節(jié)能效果。LED 燈具以其高能效的特點(diǎn)，將更多的輸入電能轉(zhuǎn)化為可見光，并將相對(duì)較少的電能轉(zhuǎn)化為熱能。相比之下，傳統(tǒng)的熒光燈或高壓鈉燈等照明設(shè)備會(huì)產(chǎn)生更多熱能，導(dǎo)致電能浪費(fèi)。通過LED 改造，隧道內(nèi)的電能消耗顯著減少。傳統(tǒng)照明系統(tǒng)需要經(jīng)常更換燈管和維護(hù)電子元件，而LED 燈具通常壽命較長，降低了維護(hù)和更換頻率，縮短了維修成本和維修帶來的停工時(shí)間[4-5]。

某高速公路隧道的總支出為100 000 元，LED 改造后隧道內(nèi)的電能消耗和維護(hù)成本顯著減少，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，如表1 所示。

表1 改造前后的費(fèi)用統(tǒng)計(jì)表 單位：元

3.2 增強(qiáng)了隧道行車的安全性

在該高速公路隧道LED 照明系統(tǒng)改造前，隧道內(nèi)的事故率相對(duì)較高。這種情況主要是由于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的光照亮度不足，駕駛員視線受限。尤其在進(jìn)出隧道的瞬間，眼睛適應(yīng)環(huán)境的問題顯著，增加了行車風(fēng)險(xiǎn)。隨著LED 照明系統(tǒng)的引入，這一狀況得到了顯著改善。LED 燈光的色溫更接近自然光，減少了駕駛員的視覺疲勞，進(jìn)一步提升了行車安全，事故率顯著降低，從每月0.8 起下降至0.3 起，降幅達(dá)到62.5%。

4 結(jié)語

高速公路隧道照明系統(tǒng)的LED 改造不僅提高了照明質(zhì)量，還改善了出行安全性和舒適性。隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，LED 改造在未來的隧道建設(shè)和維護(hù)中將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，為人們提供更加安全、便捷和舒適的出行體驗(yàn)。因此，LED 改造是一種值得大力推廣和應(yīng)用的照明技術(shù)，有助于改善交通運(yùn)輸領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)質(zhì)量。