公路隧道自动照明系统及工作方法与流程

本发明涉及交通技术领域，具体涉及一种公路隧道自动照明系统及工作方法。

背景技术：

随着国家交通的快速发展，公路交通中的隧道越来越多，而公路隧道建成后的运营管理中，照明和通风费用是其主要组成部分，特别是对于青海西藏等西部人烟稀少的地方，车流量白天也不多，晚上特别是后半夜更是稀少，但是为了行车安全，隧道内的照明系统仍然是必不可少的标准设置；然而许多地处偏僻的隧道附近根本就没有市电供应，所以实际上更多的是采用在隧道口二端附近建立光伏发电站作为其电源，led节能灯作为光源组成照明系统，而按照公路照明相关标准规定，隧道照明系统中基本照明每天始终处于工作状态。尽管这种新能源的节能照明系统有效解决了公路隧道照明问题，但是蓄电池使用周期短等原因导致运营成本高，其已经成为公路管理部门的急需解决的主要问题之一。

为了方便仔细分析，首先我们把有车辆通过隧道的时间段的照明看作是有效照明，其余时间段的照明则认为是无效照明。那么如前所述，实际上这种隧道照明系统真正有效的照明时间并不长，经过统计，一般的白天平均在三分之二到二分之一的时间段有车辆通过，而晚上则一般五分之一或者更少时间段有车辆通过，全天则平均按照三分之一的有效照明时间计算这一类隧道具有代表性。由此可以看出现有隧道照明系统工作过程中大量时间处于无效照明状态，导致能源浪费及照明系统设备的消耗占比大，其是导致运营成本高的主要原因。

技术实现要素：

本发明目的在于提出一种公路隧道自动照明系统及工作方法，减少无效照明时间，有效提高照明系统工作效率，降低隧道照明成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

公路隧道自动照明系统，包括沿隧道等间距设置的若干个灯组，每个灯组由若干led照明灯组成，每个灯组连接有一个单片机，通过单片机管控一个灯组内的全部led照明灯；各灯组的单片机连接到plc控制箱，每个灯组的单片机还连接有一组用于检测来车的车辆检测器，按照车辆规定的行速通过plc控制箱陆续控制从隧道入口处开始的第一灯组、第二灯组、第三灯组.......直到最后一组灯组先后按照计算好的时间开启和关闭。

进一步，所述车辆检测器采用环形线圈车辆检测器或超声波检测器。

进一步，隧道内每80米范围内的照明灯形成一个灯组。

公路隧道自动照明系统的工作方法，设置在隧道入口处的车辆检测器检测到来车后，向单片机控制系统提供有车辆进入隧道的信息，并将该信息提供给plc控制箱，plc控制箱根据车辆规定的行进速度控制陆续点亮从隧道入口处开始的第一灯组、第二灯组、第三灯组.......直到最后一组灯组先后按照计算好的时间开启和关闭。

进一步，车辆检测器为安装在隧道入口上方超声波车辆检测器。

进一步，车辆检测器为在每个区段的开始位置的铺设路面下面埋设的环形线圈车辆检测器。

本发明的有益效果：

本发明包括沿隧道等间距设置的若干个灯组，每个灯组由若干led照明灯组成，按照车辆规定的行速通过plc控制箱陆续控制从隧道入口处开始的第一灯组、第二灯组、第三灯组.......直到最后一组灯组先后按照计算好的时间开启和关闭；实现了没有车辆行驶时的全关闭状态，就是在车辆驶入隧道后在保证路面照明效果的前提下仍然有明显的节能(电能)增寿(led光源寿命)的效果。

以8000米隧道为例，相对于普通的控制节能方式来说，因为自车辆驶入隧道后始终仅有一组十个灯在实施正常照明功能，而其余的990盏灯处于关闭状态，仅此一项就比普通节能系统节能效率提高了100倍；而且led光源工作时间被压缩到原来的1/100而使得其寿命的有效延长。尤其对于人烟稀少的西部公路隧道的管理单位来说，不失为很好的降低运营成本的有效技术方案。

附图说明

图1是本发明公路隧道自动照明系统原理示意图

图2环型计数器输出控制灯组分别逐步照明--关闭波形示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，公路隧道自动照明系统包括沿隧道等间距设置的若干个灯组，每个灯组由若干led照明灯组成，每个灯组连接有一个单片机，各灯组的单片机连接到plc控制箱，通过单片机管控一个灯组内的全部led照明灯，每个灯组安装一组车辆检测器，然后按照汽车规定的行速陆续控制从隧道入口处开始的第一灯组、第二灯组、第三灯组.......直到最后一组led灯组先后按照计算好的时间开启和关闭。视觉效果就是，随着汽车进入隧道后，照明灯组始终围绕汽车行进照亮汽车周围空间以及前面的路面，保证驾驶员清楚的看见汽车前进空间的路况保证行车安全。

而对于长度1公里以上的公里隧道，考虑到汽车行进过程中可能还存在着车速变化以及偶然停车等情况，所以整个隧道的照明系统中根据公路长度分成若干段(如每一公里为一段)，并在每一段安装一个汽车检测传感器，然后再按照前面所述照明方法实现节能照明，从而完成整个隧道的智能照明功能。

一、车辆检测器的选择：

车辆检测器需要得到车辆到了的可靠信息，再主要考虑可靠性、寿命和成本因素，在环形线圈车辆检测器、超声波检测器、红外检测器、雷达检测器、视频检测器几种常见的车辆检测器中间，其中红外和视频检测器依据光学原理工作，考虑隧道内工作环境(灰尘等)和维修困难影响可靠性；雷达复杂成本高；比较经济实用的有电感和超声波检测器。

其中又根据工程现场情况决定：对于新建设的公路隧道，在需要安装车辆检测器的路面位置下方铺设路面时埋入路面下面即可。对于已经运营的公路隧道，在需要安装车辆检测器位置的上方安装超声波检测器即可，更方便。

二、照明系统的分段设置：

通常隧道基本照明系统为了节能和延长使用寿命，都是采用led灯方式照明，又基于驱动和控制以及节能的需要，一般80米左右的照明灯形成一个灯组；从而便于整个隧道照明系统统一用一台上位机进行控制设置及相应信息传输。

对于长度大于1公里的隧道，涉及到车辆本身在要求车速范围仍然累积导致的位置误差就不能够忽略不计，还有可能车辆有一定几率不得不停止一时间段后再继续行驶，同样也会导致位置误差存在，此时我们再把整个隧道根据具体情况大概按照1公里一个行进位置布置车辆检测器来进行校准补偿的办法，从而避免上述二种情况下导致车辆位置误差，保证每一组长度大约80米长度的灯光始终围绕在车辆的周围(主要是前面)。达到既节能又照明的目标。

以下分别选择二个具有代表性的公路隧道为例对本发明方案进行说明：

1、长度800米的原有公路隧道基本照明系统的改造

1)在隧道入口上方安装一组超声波车辆检测器并与单片机控制系统相连接，提供有车辆进入隧道的信息并提供给plc控制箱；

2)重新按照新的照明要求编程软件并装入原来的单片机控制系统中；或者直接通过车辆驶入隧道的信号触发一个输出10位以上的环型计数器即可实现此功能。

如图2所示，具体计算如下：如对于速度要求40-60公里/小时的公路隧道，按照50公里/小时平均速度计算，则每组十个灯分布80米长度的距离需要行驶时间80/(50000/3600)＝80/14＝5.8秒，那么每隔5.8秒单片机发出一个触发脉冲cp，而环型计数器的十个输出端qn则分别对应于十组照明灯的控制开关，从而实现随着车辆在隧道中的行进，始终有一组照明的灯光围绕其周围及前方保证行车安全，其余九组灯则是关闭的，直到车辆驶出隧道后十组灯全部关闭，若有车辆再进入隧道就重复上述照明过程。该系统不但实现了没有车辆时段的节能照明(光源全关闭)，而且车辆进入隧道后仍然比常规的控制方法节能90％。

由于改造过程中仅在隧道顶部增加安装了一个超声波车辆检测器，并在plc控制箱中设置了十位输出的环型计数器，就针对车辆稀少的公路隧道实现了基本照明系统的节能效果，性价比高；而且车辆前后80米长度范围内都是处于正常照明路段，车辆行驶速度变化范围40-60公里/小时保证车辆本身一直处于正常照明路段，只不过随着车辆的快、慢变化可能在行驶出隧道口时分别处于80米照明长度的前部位或者后部位而已。

2、长度8000米的新建公路隧道基本照明系统设计

1)因为是新建隧道，首先把8000米长度的隧道基本照明系统从入口开始分出十个区段，每个区段长度80米；然后在每个区段的开始位置的铺设路面下面埋设环形线圈车辆检测器并与plc控制箱分系统相连接；然后每一区段的plc控制箱作为一个独立的控制分系统，按照前述控制方案即可实现这一区段内路面的正常照明功能。

但是由于隧道太长，为了补偿实际车辆行驶过程中速度变化所引起的累积误差，每行驶80米就通过埋设在路面下的环形线圈车辆检测器重新开始计算其中每一组灯的照明时段，从而有效的解决了长隧道中基本照明系统中这种高度节能照明系统必然存在的各种客观原因引起的车辆位置误差累积问题，保证了这个隧道中正常情况下基本照明功能且一直处于高度节能状态。

例如整个隧道基本照明系统由十区段组成，每一个区段里的十个灯统一归于同一个plc控制箱控制，所以总共为1000个led灯光源；但是在没有车辆进入隧道时全部关闭状态，仅在车辆进入隧道后才始终仅有10个灯围绕车辆前后实现路面照明。所以无论从节能(仅是1/100)还是led光源寿命延长来说，都能够大幅度降低运营成本。

2)因为这种长隧道的基本照明控制系统通常都是设置有上位机，所以还能够利用专门设计的软件结合埋设在每一路段开始端路面下的环形线圈车辆检测器提供的信号，先后给各个plc控制箱发出控制指令，实现上述的高度节能照明功能。

这种方案对于新建的公路隧道基本照明系统来说，上位机专门控制软件设计以及路面下的环形线圈车辆检测器的埋设都是容易实施的，而局部纠错设计又保证了整个隧道照明功能的正常实现。性价比明显。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。