目前有關隧道照明的節能，主要是采用高功率因數的照明燈具（配高效電子鎮流器）、隧道內兩側鋪反射率高的裝修材料、盡量縮短供電電纜長度以減少線路損耗、合理布置配電房的位置、集中調光控制、減少洞外亮度等方法。為了進一步節能，設計者還把隧道內的燈具分為全日燈、黃昏燈、白日燈和應急燈等幾個回路進行人工或自動的控制�？v觀現有的這些方法，雖然有一定的節能效果，但在實際運行中還是存在著電能的浪費現象，以及營運過程中產生的與行車安全和隧道監控之間的矛盾等問題。

　　問題的提出

　　一、 現有隧道照明控制模式設計，在實際運行中存在相當大的電能浪費。

　　目前，隧道照明設計者依據規范通常把隧道分為入口段、過渡段、中間段和出口段等四個段來設計照明，其中過渡段有兩個，分別設計在中間段前后。各段的長度和照度（lx）是從全年行車安全要求出發，對洞內最大照度的設計是以全年洞外最大亮度和最高行車時速來確定隧道內各段的燈具功率和燈具分布密度。能夠實現照明自動控制的非常有限，通常因線路布線回路的限制，只能做到2、3級人工或自動控制，對于如天氣、車速、車流量等參數只是在設計階段給予以最大值考慮，最終各段照明的長度和照度也始終是處于最大值狀態。對于天氣、車速、車流量等時變參數無法從宏觀上對整個隧道的照明進行自適應方式調制。因此，目前這種傳統設計與使用的隧道照明系統存在著大量電能浪費問題。

　　二、現有隧道照明控制營運中節能與安全的矛盾突出。

　　營運者為了節省電費，往往都不采用自動控制，因為現有的自動控制沒有涉及天氣和車流量等實時變化因素。實際上營運者采用手動控制方式工作，在規定的時間人工開關隧道燈，白天全開燈，晚上關掉所有的燈。部分營運者考慮白天電能浪費嚴重，有的只開全日燈。這種燈控方式表面上有一定的節能效果，但其實當洞外亮度小于1500cd/m2時，只要確保隧道內路面亮度總均勻度U0、亮度縱向均勻度U1以及各段亮度達到相應要求，符合行車視覺要求，取其照度最小值即可，并非一定要達到開全日燈時的亮度。其次，存在一個洞口亮度不夠的安全隱患問題。由于一天中洞外亮度變化很大，按照司機行車從進入到離開隧道全過程的視覺適應要求，當洞外亮度較大時，入洞口亮度應和洞外亮度及洞內亮度有較好的交替，要考慮入口端洞口排出的大量廢氣可能降低亮度對比度和照明效果，所以期間要保持洞口足夠的亮度，否則在車子進入洞口的瞬間，司機眼前感覺一片黑暗，產生“黑洞效應”，如果前方有障礙車或行駛較慢的車輛，可能誘發連環撞車事故。同樣，當隧道出口洞外亮度很高時，隧道內離隧道出口一段距離的亮度不能過低，以防止大型車輛后緊跟有小車，小車難以被發現、視認的情況發生。因此，隧道內照明的節能不是簡單地開關某些燈具，而是要求建立在行車安全基礎上的最大節能。

　　三、 有隧道照明控制營運中節能與隧道監控的矛盾。

　　隧道監控是隧道管理的重要組成部分，目前隧道照明與監控之間產生的矛盾主要在夜間。營運者為了省電，夜幕降臨時關閉隧道內所有的燈，由于目前國內隧道普遍采用非紅外線攝像頭，隧道內部一片漆黑，使得無法發揮有效監控，夜間直接造成從攝像頭到監視器之間大量設備電能的浪費。這種間斷的監控也不符合重要隧道內所需的監控要求：夜間，在有人進入隧道或發生偷盜、破壞等現象，很難被及時發現；在車輛發生故障或發生交通事故時，不但監控不到，而且在處理時不能提供必要照明。在設計中應考慮在隧道發生緊急情況時，隧道內燈具能夠根據需要自動控制照明亮度。比如隧道內發生火災或擁擠堵塞時，為幫助隧道及時排除危險，系統自動將全部燈點亮，系統的手動控制應能夠可以在多處實現，如監控中心，隧道管理房或隧道內的其他位置等。從安全、監控、節能及所能提供便利等方面綜合考慮，夜間隧道內提供適當的照明是必要的。

　　節能方法

　　在隧道照明系統的設計中，通常入口段和出口段燈具的密度和照度最大，中間段最小。而中間段燈具的布設長度一般最長，其他各段燈具的布設長度根據隧道實際長度和實際要求的不同而有所不同。根據國家<<公路隧道通風照明設計規范>>的設計要求，隧道照明的設計應考慮車流量和車速的因素，所以影響隧道內燈具照度的設計主要有車速、車流量和洞外亮度三個因素。

　　當平均車速較大時，應按要求適當增加入口段和過渡段照明的長度和照度，中間段、出口段的照度也應相應增加，反之相應減小。有關研究機構曾做過現場實測，在車輛通過隧道洞口前后，會很自然地降速，通過隧道時，車速普遍下降30％左右,因此在考慮車速對隧道內各段照明的長度和亮度的影響時，應注意考慮這一點。當交通量大增時，入口段、過渡段、中間段、出口段的照度應相應增加，此時路面均勻度U0和縱向均勻度U1也應相應增加，反之相應減小。影響洞內亮度設計的另一主要因素是洞外亮度，洞外亮度除了和洞口所處的位置有關外，白天主要由天氣狀況決定。晴天、多云、陰天、重陰的天氣對洞內入口段、過渡段、出口段亮度的調節均產生較大影響，洞外亮度增加，隧道內各段燈具的照度也相應增大，反之相應減小。雨天或是大風的天氣，不但影響洞外亮度，還影響車速，而車速又直接影響隧道內各段照明的長度和照度。

　　在整個隧道照明的設計規劃中，就應該考慮節能問題。比如入口段照明通常由基本照明和加強照明兩部分組成，前者的燈具布置同中間段照明相類似，后者的加強照明采用功率較大的燈具。由于洞外日光的投射進入，可利用作為入口段加強照明的部分，參照設計規范，可將離洞口10m以內的加強照明燈具予以省略。在單向交通隧道中，出口段照明的設計，其長度可與入口段有所不同，據相關資料證實，出口段長度取60米是合適的，可省去幾十米入口段高密度布置的燈具，由中間段布置較為稀疏的燈具取代。出口段亮度也可有別于入口段，其亮度取中間段亮度的5倍即可。在長隧道中，由于有充分的適應（過渡）時間，所以中間段亮度可適當降低。

　　為了提高司機行車安全系數，在設計較長隧道的照明時，過渡段應設計為TR1、TR2、TR3三個照明段，其亮度與長度的劃分可采用CIE適應曲線作為依據。

　　由于隧道長度超過100米就要設置照明，當隧道里安裝照明燈具時，它的長度通常是幾百米、幾千米，如果隧道交通是單向，燈具安裝總長度可能達到幾公里甚至更長，如按照全年最大照度設計，單從洞外亮度這一指標分析，只要天氣不是晴天，洞內亮度就是多余的，長時間勢必造成電能的極大浪費。所以，要把隧道內各段照明的長度和照度設計成能夠根據實際要求（如洞外亮度等）不斷調整變化，動態地實現對隧道內各段燈具照明的自動控制。在長度小于1000米的隧道，設計時應實現對各段燈具照度的自動控制，在隧道長度超過1000米，設計時應實現對各段的照明長度和照度的全面動態控制，才能從根本上杜絕隧道照明能源的浪費，并提高行車安全系數。

　　舉例分析

　　大坪山隧道地處泉廈高速公路泉州段，全長1070米，設計為單向雙車道交通，隧道照明分為3級，分別為0、1、2級。0級照明在夜間使用，1級照明在早晨和傍晚使用，2級照明在白天使用。其中全日燈250w，24小時工作；白日燈、黃昏燈分別為400w，白日燈只在白天工作，黃昏燈工作區間為從早上到黃昏。隧道內燈具設計分為入口段、過渡段、中間段、出口段四個分段區間。其中入口段102米，兩個過渡段分別為42米，中間段786米，出口段102米。

　　大坪山隧道照明系統在設計中，中間段照明及夜間照明電能浪費嚴重：中間段設計亮度為8 cd/m2，根據車輛通過大坪山隧道時80km/h的平均車速及500輛/h左右的交通量，其亮度只要達到2 cd/m2即可；夜間，設計照度為83Lx，但根據大坪山隧道的交通量，其照度設計達到22lx即可。除了晴天時，入口段亮度設計（90cd/m2）符合要求外，洞內各段在其他時候均造成電能浪費，如在陰天時，入口段亮度只需23cd/m2即可。在運營管理中，大坪山隧道白天只開全日燈，其照度只相當于夜間的照度(83lx)，而晴天時洞外亮度超過3000cd/m2，所以白天入口段照明存在"黑洞效應"的嚴重安全隱患。大坪山隧道夜間全關燈，根據國家有關隧道內夜間調光的規定，在交通量較大時，夜間洞內亮度與白天中間段亮度（lin）相等，在交通量較小時，其亮度為0.5lin，但不小于1cd/m2。根據車輛通過大坪山隧道的平均車速，隧道的過渡段長度可適當延長二、三十米，以更好地適應司機行車視覺要求。綜合節能考慮，其出口段長度取60米，亮度取中間段亮度的5倍（10 cd/m2）即可。

　　系統實施方案

　　目前的隧道照明系統可通過自適應模糊控制技術，實時優化各段照明，以達到進一步節電節能的目的。要實現如大坪山隧道照明系統的節能，主要是如何對每盞高壓鈉燈完成開關網絡的改造，并通過洞口的亮度檢測器獲得的參數，進行自動化控制。

　　為了減少燈具的改造費用，可以在不更換燈具的情況下，只在每盞燈上增加能實現連網的遙控開關控制器即可�；蛘邔⑴f的電感式鎮流器更換成具有聯網控制功能的高壓鈉燈電子鎮流器，其性能更佳。

　　為此，方案可采用目前在自動化控制方面先進的新型CAN (Controller Area Network控制器局域網)網絡來完成。CAN網絡系統是德國BOSCH公司專為汽車自動控制開發的，并已取得國際標準化組織論證（ISO11898），總線結構參照了ISO/OSI參考模型。其成本較低、實時處理能力強，在惡劣的強電磁干擾環境下能可靠工作，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。介于CAN網絡的節點數量受物理線路特性的限制， CAN網絡的節點數量分配通常是一根電纜掛接100多個以內的終端，其傳輸距離超過5公里，是普通的485總線傳輸距離的5倍以上。結合隧道照明特點，我們設計的隧道照明節能控制系統實施方案如下圖所示：

隧道智能照明控制系統示意圖（單洞）

　　在上述方案圖示中，我們采用了二級網絡結構，第一級CAN總路線上掛接著本地和遠程智能控制器、洞口和洞內的亮度檢測器、以及m個二級CAN總線路由器等組成。每個二級CAN總線上掛接著n個燈具開關或調光CAN控制器與數個照明緊急手動開關組成。其中m個CAN路由節點主要是完成一級總線與二級總線之間的雙向數據傳輸；本地照明智能控制器完成隧道照明自動控制與遠程監控功能；掛在第二級CAN節點上的照明緊急手動開關提供司機緊急照明局部開燈要求，及報警信號反饋等作用；CAN開關或調光控制器實現接收本地控制器的命令，進行譯碼控制每盞燈具的開啟、關閉及調光。圖中上位機指設在隧道管理房的控制計算機。