公路隧道綠色照明與智能控制技術(shù)交流匯報(bào)

1、XXX公路隧道綠色照明與智能控制技術(shù)交 流 匯 報(bào)匯報(bào)人：XXXXXXXX二0一七年八月學(xué)術(shù)報(bào)告交流匯報(bào)四、隧道智能通風(fēng)控制技術(shù)匯報(bào)目錄二、隧道照明LED調(diào)光硬件節(jié)能控制匯報(bào)目錄三、隧道照明智能軟件節(jié)能控制技術(shù)一、隧道照明設(shè)計(jì)基本介紹五、隧道防災(zāi)救援智能控制技術(shù)一、隧道照明設(shè)計(jì)基本介紹1、概述1、目的把必要的視覺信息傳遞給司機(jī)，提高駕駛的安全性和增加舒適感2、隧道照明與道路照明的異同晝間照明（更加復(fù)雜），亮度水平3、隧道照明設(shè)計(jì)的主要困難隧道入口及其相鄰區(qū)段需要考慮人的視覺適應(yīng)過程1、概述4、照明設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題1）隧道附近的環(huán)境2）隧道狀況3）交通狀況4）附屬設(shè)備狀況5）維護(hù)管理狀況1、概述

2、5、汽車司機(jī)從明亮的環(huán)境接近、進(jìn)入、通過、駛出隧道過程中所產(chǎn)生的視覺問題1）進(jìn)入隧道前的視覺問題（白天）：“黑洞效應(yīng)”（長隧道），“黑框效應(yīng)”（短隧道），亮度差異過分懸殊2）進(jìn)入隧道后立即出現(xiàn)的視覺問題（白天）：暗適應(yīng)，“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象” 1、概述3）隧道內(nèi)部的視覺問題(白天，夜間）：廢氣形成的煙霧，降低了隧道的能見度4）隧道出口的視覺問題：白天，長隧道，接近出口，“亮洞”，眩光，舒適性；夜間，黑洞，看不清外部道路的線形以及路上的障礙物，行車不安全2、道路照明質(zhì)量1、司機(jī)的視覺2、影響視覺的主要因素3、道路照明的質(zhì)量光的度量1、光通量：單位時(shí)間內(nèi)光輻射能量的大小，光源發(fā)出光的量。單位：lm（流

3、明），1流明是發(fā)光強(qiáng)度為1cd（坎德拉）的均勻點(diǎn)光源在1sr（球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量。在照明工程中，光通量是說明光源發(fā)光能力的基本量。例如一只220V、40W的白熾燈的光通量為350lm，而一只220V、40W的熒光燈的光通量為2100lm，為白熾燈的6倍。光的度量2、發(fā)光強(qiáng)度（光強(qiáng)）由于輻射發(fā)光體在空間發(fā)出的光通量不均勻，大小也不相等，為了表示輻射體在不同方向上光通量的分布特征，需引入光通量的（空間）角密度的概念。S為點(diǎn)狀發(fā)光體，它向各個(gè)方向輻射光通，若在某方向上取微小立體角d，在此立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量為d，則兩者的比值即為該方向上的光強(qiáng)。光的度量2、發(fā)光強(qiáng)度（光強(qiáng)）光強(qiáng)的單位是坎德拉（c

4、d），國際單位制中基本單位之一。光強(qiáng)用于說明光源和燈具所發(fā)出的光通量在空間各個(gè)方向或在選定方向上的分布密度。例如一只220V、40W的白熾燈的光通量為350lm，它的的平均光強(qiáng)為28cd，若在該燈泡上面裝一盞白色搪瓷平板燈罩，則燈的正下方的發(fā)光強(qiáng)度能提高到7080cd。如果配上一個(gè)聚焦合適的鏡面反射罩，則燈正下方的光強(qiáng)可達(dá)數(shù)百cd。光的度量3、照度照度是用來表示被照面上光的強(qiáng)弱，以被照?qǐng)鏊馔ǖ拿娣e密度來表示。取微小面積dA，入射的光通為d，則照度為兩者的比值。平均照度照度的單位為勒克斯（lx），1lx表示在1m2的面積上均勻分布1lm光通量的照度值，或者是一個(gè)光強(qiáng)為1cd的均勻發(fā)光的點(diǎn)光源，

5、以它為中心，在半徑為1m的球表面上，各點(diǎn)所形成的照度值。光的度量3、照度1lx的照度是比較小的，在此照度下僅能大致地辨認(rèn)周圍物體。例如，晴朗的滿月夜地面照度約為0.21lx，白天采光良好的室內(nèi)照度為100500lx，晴天室外太陽散射光（非直射）下的地面照度約為1000lx，中午太陽光照射下的地面照度可達(dá)100000lx。光的度量4、光出射度（面發(fā)光度）具有一定面積的發(fā)光體，其表面上不同點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)弱可能是不一致的。為表示這個(gè)輻射光通量的密度，可在表面任取一微小的單元面積dA，如果它發(fā)出的光通量為d，則該單元面積的平均光出射度為兩者的比值。光出射度就是單位面積發(fā)出的光通量，單位為輻射勒克斯（lx）

6、。光出射度和照度具有相同的量綱，其區(qū)別在于光出射度表示發(fā)光體發(fā)出的光通量表面密度，而照度則表示被照物體所接受的光通量表面密度。光的度量5、亮度光射出度只表示單位面積上發(fā)出光通量的多少，沒有考慮光輻射的方向，不能表征發(fā)光面在不同方向上的光學(xué)特征。亮度就表示垂直于視線方向上的單位投影面積的發(fā)光強(qiáng)度。亮度是一個(gè)具有方向性的物理量，當(dāng)人眼從不同的方向觀察同一對(duì)象時(shí)，能 感覺到在不同觀察方向上，對(duì)象的亮暗程度是不相同的。決定亮暗程度的并不是對(duì)象在發(fā)光面上的發(fā)光強(qiáng)度，而是亮度。單位為尼特司機(jī)的視覺1、視野：人眼的視野較廣，大約100度范圍，上約50、下約75度 2、可見光：肉眼能感覺到的光3、人的視覺：視

7、網(wǎng)膜上分布著兩種感光細(xì)胞，錐狀體和桿狀體細(xì)胞，根據(jù)光強(qiáng)度不同進(jìn)行工作。“亮度適應(yīng)”，（眼睛對(duì)于外界的亮度變化，能適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)錐狀體和桿狀體細(xì)胞使之具有合適的感度）“暗適應(yīng)”（桿狀體細(xì)胞），“亮適應(yīng)”（錐狀體細(xì)胞）司機(jī)的視覺4、司機(jī)的注視范圍：國際照明委員會(huì)（CIE）建議：司機(jī)觀察路面的平均視點(diǎn)高度為1.5m，大體相當(dāng)于汽車司機(jī)的人眼高度，若向前注視的視角約為1則注視的范圍約為正前方60160m左右，在此范圍內(nèi)的路面亮度分布狀況，對(duì)司機(jī)視覺直接起作用。 司機(jī)的視覺5、司機(jī)的看視條件 路面平均亮度，對(duì)隧道來說還有作為背景的墻面亮度； 路面亮度均勻度 物體的亮度； 物體與背景的亮度對(duì)比； 觀察物體時(shí)的

8、有效時(shí)間； 眩光程度等。 司機(jī)的視覺此外，還與物體的形狀，輪廓的清晰度、在視野中的位置，以及是否出現(xiàn)在預(yù)料的位置上，或是突然出現(xiàn)在非預(yù)料位置上等有關(guān)，視覺是以生理量度量的，受觀察者的精神、視力、身體狀況的影響。還受氣象（如霧等）和空氣混濁程度的影響。影響視覺的主要因素1、適宜的亮度1）亮度2）適宜的亮度是物體在視網(wǎng)膜上成像引起視覺的基本條件。視覺與亮度的對(duì)數(shù)成正比關(guān)系，“最低亮度閾”，視覺上限，眩光影響視覺的主要因素2、對(duì)象的大小 “對(duì)象”的定義就是能夠看到的事物或者事物的一部分。能否看清對(duì)象，除了依賴于照明條件外，還決定于對(duì)象的大小。影響視覺的主要因素3、對(duì)象和背景的亮度對(duì)比1）定義（表達(dá)式

9、）在觀察方向上，若對(duì)象的表面亮度為L0，背景亮度為 Lb，則對(duì)象與背景的亮度對(duì)比C可用下式表示 C值表示對(duì)象與背景亮度差別的大小，C值越大，可以識(shí)別得越清楚。C值小到某一值以下時(shí)就不能識(shí)別對(duì)象了。影響視覺的主要因素4、顏色對(duì)比的影響1）背景與對(duì)象之間應(yīng)該存在顏色對(duì)比（顏色上的差別）2）亮度對(duì)比是識(shí)別對(duì)象的主要因素，顏色對(duì)比則為輔助因素5、環(huán)境亮度的影響1）照明對(duì)象以及所在的環(huán)境或?qū)ο蟮谋尘?）原因影響視覺的主要因素 對(duì)背景亮度的要求是足以識(shí)別背景。隧道內(nèi)背景主要是路面和墻面，頂棚也可以是背景。足夠亮的背景，才能襯托出對(duì)象的輪廓和相對(duì)位置，使司機(jī)作出準(zhǔn)確的判斷，保證行車安全。影響視覺的主要因素6

10、、空氣對(duì)能見度的影響 空氣對(duì)光通的衰減作用和光幕 發(fā)光（或反光）物體的光通，必須經(jīng)過空氣才能到達(dá)人的眼睛。在傳播的過程中受到吸收作用和散射作用造成光通衰減?？諝獾纳⑸涫窃斐啥ㄏ騻鞑サ墓馔ㄋp的最主要原因。 空氣的散射作用 散射是指空氣組成成份把原來向一個(gè)方向傳播的光變成向各個(gè)方向傳播，使原來光線減弱的現(xiàn)象。 透過率影響視覺的主要因素7、觀察時(shí)間的長短 觀察尺寸大的物體只需很短的時(shí)間，同一物體，照度越高（背景亮度越大），識(shí)別時(shí)間越短。道路照明的質(zhì)量1、路面平均亮度（Lav）：背景：路面（主要）、墻面，障礙物，亮度對(duì)比度 路面（背景）亮度越高，眼睛的對(duì)比靈敏度越好（亮度對(duì)比閾越?。?。Dunbar實(shí)

11、驗(yàn)表明：平均亮度升高時(shí)，察覺障礙物所必要的亮度對(duì)比C變小。即，障礙物變得更容易看清楚，見圖。國外一些國家的路面平均亮度一般取l2cdm2 。察覺障礙物的平均亮度Lav和亮度對(duì)比C的關(guān)系道路照明的質(zhì)量2、路面亮度均勻度： 保證亮度均勻度是為了給司機(jī)提供良好的能見度和視覺上的舒適性。如果亮度高，則均勻度要求可以不很嚴(yán)格。干燥路面和濕路面的路面亮度有很大變化，均勻度也相應(yīng)有很大變化。嚴(yán)格的均勻度要求，一般限于干燥路面和路面平均亮度較低的情況。道路照明的質(zhì)量 總均勻度（U0） 為了使路面上所有區(qū)域都有足夠的亮度和對(duì)比度，提供令人滿意的能見度，需要規(guī)定路面最小亮度和平均亮度比值的范圍。式中:Lav距車道

12、邊緣1/4寬度處(左或右)測得的路面平均亮度； Lmin距車道邊緣1/4寬度處(左或右)測得的路面最低亮度。 道路照明的質(zhì)量 對(duì)于隧道總均勻度包括路面和兩側(cè)2m高范圍內(nèi)的墻面，晝間U00.7；夜間U00.5。對(duì)于露天道路一般不低于0.4。道路照明的質(zhì)量2）縱向均勻度：為了提供視覺舒適性，要求沿各車道線中心線有一定的縱向均勻度?？v向均勻度是沿中心線的局部亮度的最小值和最大值之比。 式中：Lmax從車道線中心線測得的最大亮度； Lmin從車道線中心線測得的最小亮度。 隧道縱向均勻度包括路面兩側(cè)2m高范圍的墻面，晝間Ul0.8；夜間Ul0.6。露天道路依道路等級(jí)不同，不低于0.7或0.5。道路照明的

13、質(zhì)量3、眩光限制：失能眩光、不舒適眩光 失能眩光 眩光導(dǎo)致的識(shí)別能力的下降，是由光在眼睛里發(fā)生散射過程造成的。表示對(duì)照明設(shè)施造成的能見度損失方面的評(píng)價(jià)，用被試對(duì)象物體的亮度對(duì)比的閾值增量（TI）表示，是典型的司機(jī)視覺作業(yè)。失能眩光是生理上的過程，是表示由生理眩光導(dǎo)致辨認(rèn)能力降低的一種度量。來自眩光光源的光在視網(wǎng)膜方向上的散射會(huì)引起光幕（等效光幕）作用，在視網(wǎng)膜方向上的散射程度越大，光幕作用越大。在眩光條件下的總視感，必須把光幕亮度疊加在無眩光時(shí)景物成像亮度上。等效光幕亮度可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：道路照明的質(zhì)量3、眩光限制：失能眩光、不舒適眩光 失能眩光 眩光導(dǎo)致的識(shí)別能力的下降，是由光在眼睛里發(fā)

14、生散射過程造成的。表示對(duì)照明設(shè)施造成的能見度損失方面的評(píng)價(jià)，用被試對(duì)象物體的亮度對(duì)比的閾值增量（TI）表示，是典型的司機(jī)視覺作業(yè)。失能眩光是生理上的過程，是表示由生理眩光導(dǎo)致辨認(rèn)能力降低的一種度量。 不舒適眩光 眩光造成的不舒適感，目前還沒有專門的測量儀器，是用眩光控制等級(jí)（G）表示所感到的不舒適程度的主觀評(píng)價(jià)。表示在眩光感覺中的動(dòng)態(tài)駕駛條件下，對(duì)道路照明設(shè)施的評(píng)價(jià),心理上的過程。道路照明的質(zhì)量4、誘導(dǎo)性：為了保證交通安全，道路的走向，道路的界限，道路交叉點(diǎn)以及特殊地點(diǎn)都應(yīng)該清晰可見，要求有良好的誘導(dǎo)性。誘導(dǎo)性一般來自兩個(gè)方面：即視見誘導(dǎo)性和光學(xué)誘導(dǎo)性。誘導(dǎo)性通過各種誘導(dǎo)標(biāo)志和照明設(shè)施獲得，與

15、照明設(shè)施等一起，共屬交通安全設(shè)施范圍。道路照明的質(zhì)量 視見誘導(dǎo)性 道路視線誘導(dǎo)標(biāo)志，是沿行車帶標(biāo)明道路邊緣和線形的一種設(shè)施，以便晝夜誘導(dǎo)司機(jī)的視線，并根據(jù)需要設(shè)在某一路段上，如路面中心線、路線或兩側(cè)路面標(biāo)志、道路護(hù)欄與護(hù)樁、積雪地區(qū)設(shè)置雪標(biāo)桿等。 隧道內(nèi)墻面也可以起誘導(dǎo)作用，但隧道內(nèi)的誘導(dǎo)作用首先要求有足夠的照明，使誘導(dǎo)標(biāo)志成為可以視見的。 道路照明的質(zhì)量 光學(xué)誘導(dǎo)性 在道路照明設(shè)施中，排列成行的照明器可以指示出道路走向、彎道、交叉和各種特殊場合，再配合其它視線誘導(dǎo)標(biāo)志，能在遠(yuǎn)距離上使司機(jī)明顯地注意到有危險(xiǎn)性的地段。 照明器在排列、光色、光強(qiáng)以及設(shè)置的方位和間隔的變化，會(huì)有效地起到光學(xué)誘導(dǎo)作用

16、。隧道照明調(diào)光和控制隧道營運(yùn)照明控制建議：第一級(jí)（晴天白天，洞外亮度L）開應(yīng)急照明及所有加強(qiáng)照明，基本照明根據(jù)車流量、洞外亮度和時(shí)間通過照明控制系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)光；第二級(jí)（多云白天，洞外亮度0.5L）關(guān)閉加強(qiáng)燈具1，開啟應(yīng)急照明、加強(qiáng)燈具2、加強(qiáng)燈具3；基本照明根據(jù)車流量、洞外亮度和時(shí)間通過照明控制系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)光；第三級(jí)（陰天白天，洞外亮度0.25L）關(guān)閉加強(qiáng)燈具1、3，開啟應(yīng)急照明燈具，加強(qiáng)燈具2；基本照明根據(jù)車流量、洞外亮度和時(shí)間通過照明控制系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)光；第四級(jí)（晴天早晨、傍晚或重陰，洞外亮度0.13L）關(guān)閉加強(qiáng)燈具1、2，開啟應(yīng)急照明燈具，隧道加強(qiáng)燈具3，基本照明根據(jù)車流量、洞外亮度

17、和時(shí)間通過照明控制系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)光第五級(jí)（夜間）開應(yīng)急照明、引道路燈?；菊彰鞲鶕?jù)車流量、時(shí)間通過照明控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)光。隧道照明控制原則 第一級(jí)為照明自動(dòng)控制基于光強(qiáng)檢測和交通流的照明自動(dòng)控制 第二級(jí)為照明的時(shí)序自動(dòng)控制目前普遍使用 第三級(jí)為手動(dòng)控制正常情況下，照明系統(tǒng)分三級(jí)進(jìn)行控制：二、隧道照明LED調(diào)光硬件節(jié)能控制1、實(shí)施背景 近年來，隨著公路建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，公路標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，特別是山區(qū)公路隧道數(shù)量逐年增多。近年來，公路隧道每年凈增里程1 000 km以上。目前，我國已是世界上公路隧道最多、發(fā)展最快的國家。隨之而來的公路營運(yùn)成本也日益提高，尤其是隧道電費(fèi)投入。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前以四川

18、省有照明設(shè)施的隧道約數(shù)千座，每年僅電費(fèi)投入就需數(shù)十億元。1、實(shí)施背景 隨著全球能源危機(jī)及全球環(huán)境保護(hù)浪潮的興起，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源成為全人類的共識(shí)。1991年，美國環(huán)保署首先提出了綠色照明工程（Green Lighting Program）的概念，它的目標(biāo)是提高照明效率，減少照明用電量。我國在1996年，啟動(dòng)了“綠色照明工程” ，至今已經(jīng)十多年 。因此，在當(dāng)前舉國上下厲行節(jié)能減排的大氣候下，公路隧道照明節(jié)能技術(shù)的提出，是公路行業(yè)節(jié)能減排的有效舉措，也是打造“生態(tài)型”公路的重要內(nèi)容。 從國內(nèi)外關(guān)于公路隧道照明節(jié)能技術(shù)（綠色照明）的研究來看，隧道照明的節(jié)能主要從照明系統(tǒng)的布控和照明光源的研制入手：

19、 （1）照明系統(tǒng)布控：從公路隧道照明實(shí)際出發(fā)，建立科學(xué)的公路隧道照明能效標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)照明質(zhì)量，允許隧道內(nèi)的最大和最小照明耗電標(biāo)準(zhǔn)和照度標(biāo)準(zhǔn)。 （2）照明光源研制：提出適合公路隧道照明的節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證模式，建立公路隧道節(jié)能燈具的安全、技術(shù)和適用標(biāo)準(zhǔn)。2、綠色照明節(jié)能措施（3）采用LED照明燈具，配合智能調(diào)光控制器，實(shí)現(xiàn)硬件級(jí)智能控制，達(dá)到綠色照明。（4）從監(jiān)控軟件的角度，以智能化的控制技術(shù)，配合交通流量、隧道內(nèi)照度情況、交通事件等情況提供多種軟件控制方案，實(shí)現(xiàn)軟件級(jí)節(jié)能控制2、綠色照明節(jié)能措施3、調(diào)光智能控制原理無車輛通行時(shí)，智能系統(tǒng)將降壓供電。系統(tǒng)進(jìn)入無車節(jié)能模式；有車輛通行時(shí)，智能系統(tǒng)恢復(fù)到全壓

20、供電。系統(tǒng)進(jìn)入不節(jié)能狀態(tài)；進(jìn)入夜間后，智能系統(tǒng)將減少開燈數(shù)量，降壓供電。進(jìn)入夜間節(jié)能模式。 車輛檢測系統(tǒng)隧道車輛無線發(fā)送無線接收系統(tǒng)全壓供電模式無車輛節(jié)能模式車輛檢測系統(tǒng)車輛車輛行進(jìn)方向-智能控制系統(tǒng)夜間供電模式無線接收系統(tǒng)無線發(fā)送隧道長度500米以上；用電功率在20千瓦以上；日車流量6000輛以下。3、調(diào)光適用范圍監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)服務(wù)器、移動(dòng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)集中控制器單燈控制調(diào)光、照明現(xiàn)場光照、圖像采集識(shí)別4、調(diào)光智能控制解決方案流量檢測技術(shù)檢測技術(shù)種類準(zhǔn)確性抗干擾能力維護(hù)性擴(kuò)展性價(jià)格雷達(dá)較高低高低中 聲音中低高低低地感較高高低低低紅外中高高低低圖像高高高高較高主要問題的解決車輛檢測： 利用高清攝像頭

21、，通過對(duì)圖像進(jìn)行檢測判斷，通過對(duì)車輛的特征量檢測，判斷有無車輛及車輛的位置，若無車輛及時(shí)關(guān)閉隧道照明系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能目的；道路主要問題的解決車輛檢測冗余： 利用主動(dòng)紅外檢測技術(shù)，檢測車輛的通過，作為圖像識(shí)別的冗余檢測技術(shù)，達(dá)到系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。 紅外發(fā)送單元紅外接收單元輸出電源主要問題的解決集中器功能： 1：采集攝像頭檢測信號(hào)； 2：采集紅外檢測控制器輸出信號(hào)； 3：檢測光照度信息； 4：輸出燈具開關(guān)信號(hào)； 5：輸出 燈具調(diào)光信號(hào)； 6：采用GPRS/CDMA或LAN與系統(tǒng)通信； 主要問題的解決調(diào)光技術(shù) 采用壓控調(diào)光技術(shù)，每個(gè)集中器輸出110V調(diào)光控制信號(hào)，控制該集中器下的燈光亮度。主要問題的解決車輛檢測與燈控制每個(gè)集中器控制300m布置的隧道燈 控制系統(tǒng)圖像監(jiān)控紅外監(jiān)控集中器圖像監(jiān)控紅外監(jiān)控集中器主要問題的解決系統(tǒng)布線系統(tǒng)布線如下 主供電電力線集中器燈具燈具燈具燈具燈具燈具集中器燈具燈具燈具燈具燈具燈具單相電力線2芯控制線（基礎(chǔ)照明系統(tǒng)不需要調(diào)光）控制依據(jù) 出入口(加強(qiáng))段: 在加強(qiáng)段照明中采用在基礎(chǔ)照明的基礎(chǔ)上增加165W110