【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 根據(jù) 《公路 隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（ JTJ0261999）規(guī)定 ，長(zhǎng)度大于 100m 的隧道都應(yīng)設(shè)置電光照明設(shè)施 [1]。 照明的特點(diǎn) 及 照明要求 隧道 照明 是 一種特殊路段，其管道結(jié)構(gòu)決定了它的照明特點(diǎn)與其他路段不同，隧道照明特點(diǎn)有 以 下幾點(diǎn)： 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁(yè) 第 6 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 1） 隧道 路面應(yīng)具有一定的亮度水平； （ 2） 隧道 內(nèi)的墻壁應(yīng)具有一定的亮度水平； （ 3） 在 設(shè)計(jì)中應(yīng) 考慮 車(chē)速、交通量和路線(xiàn) 線(xiàn) 形 等 諸多因素； （ 4） 綜合 行車(chē)安全和舒適度等方面設(shè)定照明水平； （ 5） 考慮 人的視覺(jué)適應(yīng)性， 避免 隧道的入口段和出口段出現(xiàn)的 “ 黑洞效應(yīng) ” 和 “ 白洞效應(yīng) ” 帶來(lái)的不良后果。 （ 6） 隧道 在白天也需要照明，并且，白天的照明設(shè)計(jì)比夜晚更加復(fù)雜。 由于 隧道的 特殊 結(jié)構(gòu) ， 它的照明特點(diǎn)也是較為復(fù)雜 ， 在設(shè)計(jì)隧道照明 時(shí) ， 必須詳盡的考慮可能影響隧道照明的因素，然后設(shè)計(jì)一系列解決這些問(wèn)題的方案，消除隧道交通可能存在的安全隱患。 同時(shí) ，在設(shè)計(jì)隧道照明的同時(shí)， 為了 實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源 、提高照明效果并保證隧道行車(chē)的安全性和舒適 性 情況下，我們通?？梢钥紤] 以 下幾個(gè)方面： （ 1） 亮度 —— 由于隧道內(nèi)部和外部的正常日照 光度 不同，尤其是 在白天 ，內(nèi)外 光線(xiàn)亮度差較大 ， 會(huì)給駕駛員 造成視覺(jué) 的不適應(yīng)，影響駕駛員的判斷，從而導(dǎo)致交通事故。 為此 ，隧道照明通常分為入口段照明、過(guò)渡段照明和出口段照明 。 其中 ， 白天隧道入口段的亮度要根據(jù)隧道外的亮度、車(chē)速 、 入口外額視 場(chǎng) 和隧道長(zhǎng)度來(lái)確定。過(guò)渡 段 的照明水平要進(jìn)一步的下降，從而為駕駛員提供視覺(jué)暗適應(yīng)的時(shí)間 。 （ 2） 亮度 均勻度 —— 良好的視覺(jué) 功能 不但要求有一個(gè)好的平均亮度，還要求路面上的平均亮度和最 小 亮度之間不能相差太大。如果 視 場(chǎng)中亮度差太大，會(huì)產(chǎn)生眩暈效應(yīng)，繼而影響 駕駛員 的視覺(jué)，也會(huì)加重加重駕駛員的疲勞感。 總體 亮度均勻度是 指隧道 內(nèi)部 的路面上最小亮度和平均量的比 值 ，縱向均勻度是指在車(chē)道 軸線(xiàn) 上最 小 路面亮度和最大 路面亮度 的比值。如果 路面上 連續(xù)、反復(fù)的出現(xiàn)亮帶和暗帶 ， 即 “ 斑馬效應(yīng) ” ， 對(duì)于 在這個(gè)車(chē)道上的道路使用者而言，會(huì)感到很煩躁，會(huì)危及到道路安全。 （ 3） 炫光 —— 炫光的形成是由于 視 場(chǎng)中有極高的亮度或亮度對(duì)比 存 在，而使視功能下降或使眼睛 感到 不舒適。在 隧道 照明中的炫光可以來(lái)自迎面駛來(lái)的車(chē)輛前燈、隧道照明燈具、隧道出口時(shí)外面的亮度等。炫光 會(huì)使人 對(duì)障礙物的辨認(rèn)能 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁(yè) 第 7 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 力下降，危 及 行車(chē)安全。隧道 照明 燈具應(yīng)采用截光型，采取除去直射和反射炫光的特殊技術(shù)措施， 形成漫反射，使光線(xiàn)十分柔和的進(jìn)入眼球。 （ 4） 頻閃 效應(yīng) —— 頻閃是指在較長(zhǎng)的隧道中，由于照明器排列的不連續(xù)，導(dǎo)致司機(jī)不斷地受到明暗變化多刺激而產(chǎn)生的煩亂。 它 與敏感的亮度 的 變化、明暗變化的頻 率 、頻閃的總時(shí)間有關(guān)系。 （ 5） 照明 控制 —— 合理的照明控制會(huì) 隨照明 需求的變化而適 地 改變照明 水平 ，以減少不必要的能源浪費(fèi)。在隧道 照明 中， 根據(jù) 晝夜的變化、天氣原因以及車(chē)流量的大小因素，通過(guò)各種調(diào)光設(shè)備來(lái)控制隧道的照明環(huán)境，滿(mǎn)足正常的照明需求。 研究 概況 研究概況 對(duì)公路隧道照明設(shè)計(jì)的研究國(guó)外開(kāi)始于 20世紀(jì) 50年代，相比我國(guó)較早，而且歷經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的研究和發(fā)展，技術(shù)已相對(duì)完善。例如，建于 20 世紀(jì) 60 年代的法、意兩國(guó)間的長(zhǎng)為 的 Mont Blanc 隧道，它的照明設(shè)計(jì)就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)交通量的變化來(lái)進(jìn)行調(diào)光的做法 。為規(guī)范隧道照明的設(shè)計(jì)和施工，降低交通事故的發(fā)生率， 80 年代以后，各個(gè)國(guó)家陸續(xù)頒布了隧道照明設(shè)計(jì)規(guī)范， 1982 年 CIE(國(guó)際照明委員會(huì) )制定的 ()標(biāo)準(zhǔn)在當(dāng)時(shí)被廣泛認(rèn)可，在接下來(lái)的 1990 年和 1995 年這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別被做了修訂，與此同時(shí)，世界各國(guó)也隨即執(zhí)行了各自的標(biāo)準(zhǔn)，如日本 1990 年出版的《隧道照明指南》， 1997 年的 EUROSTD《歐洲隧道照明標(biāo)準(zhǔn)》等，這些發(fā)達(dá)國(guó)家的照明技術(shù)及照明理論相對(duì)我們國(guó)家來(lái)說(shuō)比較完善，因而己形成規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)。 除此之外，國(guó)外許多國(guó)家對(duì)隧道照明燈具也做了比較深入的研究，而且成立了研究中心，建立了試驗(yàn)中心，并普遍使用計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù) (CAM)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)這兩項(xiàng)比較先進(jìn)的技術(shù)來(lái)支持他們的研究。例如，瑞士已研究出了多種隧道照明燈具，隧道光源選擇高壓鈉燈，很多隧道洞口段采用逆光照明配光方案 。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在關(guān)于燈具的光學(xué)特性、使用材料、 功能結(jié)構(gòu)和外觀質(zhì)量的研究上取得了比較大的成果 [2]。另外，為了迎合人們對(duì)公路隧道燈具造型和質(zhì)量要求逐漸加強(qiáng)的需求，國(guó)外在公路隧道燈具的結(jié)構(gòu)和外殼材料、外觀質(zhì)量、燈具功能、密封材料、反射器材料、燈具和隧道的匹配，燈具的光學(xué)特性等方面也做了大量的研究。因此，這些國(guó)家生產(chǎn) 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁(yè) 第 8 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 出來(lái)的燈具不僅光效高而且造型美觀，質(zhì)量輕，互換性好，這對(duì)提高公路隧道照明質(zhì)量，保證行車(chē)安全性和舒適性起了非常大的作用。 隧道照明控制技術(shù)的研究也是許多發(fā)達(dá)國(guó)家的研究重點(diǎn)，隧道照明控制以前大多采用邏輯分組控制的方式，而現(xiàn)在的研究?jī)A向于根據(jù)隧 道內(nèi)交通量的大小、車(chē)速、天氣狀況等因素的網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)的研究。 概況 比國(guó)外許多國(guó)家，對(duì)公路隧道照明技術(shù)的研究我國(guó)開(kāi)始的比較晚，經(jīng)驗(yàn)及基礎(chǔ)性的工作缺乏，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)公路隧道照明設(shè)計(jì)規(guī)范一直處于空缺狀態(tài)，《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（ C JTJ 02690）是 2021 年以前我國(guó)隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參照的標(biāo)準(zhǔn)，然而該規(guī)范很不完善，對(duì)我國(guó)隧道照明設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性不足。 隨著我國(guó)公路建設(shè)的突飛猛進(jìn)，隧道通車(chē)?yán)锍桃搽S之增加，這就巫待一套比較完善的公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范問(wèn)世。于是， 2021 年 1 月， 一本《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》 ()被頒布了，該規(guī)范主要涉及照明系統(tǒng)構(gòu)成、隧道各照明段的長(zhǎng)度和亮度的確定、隧道照明調(diào)光、洞外亮度要求、減光措施、照明縱向均勻度和總均勻度的設(shè)計(jì)、燈具布置方案、光源分級(jí)、照度與亮度計(jì)算方法等方面的內(nèi)容，自此，我國(guó)公路隧道的照明設(shè)計(jì)才有了可以參照的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) [3]。 但是，因?yàn)槲覈?guó)對(duì)隧道照明技術(shù)研究的時(shí)間較短，對(duì)駕駛員的視覺(jué)生理和駕駛行為研究甚少，而且我國(guó)高速公路建設(shè)集中于最近的十幾年中，大量的隧道建設(shè)是在經(jīng)驗(yàn)和研究支撐不足的情況下建成的，導(dǎo)致很多問(wèn)題的發(fā) 生。 我國(guó)公路隧道照明主要存在以下幾方面的問(wèn)題 （ 1） 多數(shù)隧道入口段都是采用 3 排甚至 4 排的燈具布置方式，燈具的初次投資費(fèi)用相對(duì)較高； （ 2） 在隧道的實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，為了節(jié)約電能，多數(shù)隧道運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)通常只開(kāi)啟二分之一或四分之一的燈具，有的甚至不開(kāi)燈； （ 3） 雖然《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》 ( )中明確規(guī)定，長(zhǎng)度超過(guò) 100米的隧道都需設(shè)照明系統(tǒng)，但是很多已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的長(zhǎng)度在 600 米以?xún)?nèi)的隧都沒(méi)有設(shè)置照明 （ 4） 《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（ C ）及很多的地方性隧道照明設(shè)計(jì)文件都給出了將照 明分級(jí)進(jìn)行控制的規(guī)定，比如按冬天、夏天、白天、夜間、陰雨天、晴天的 6 級(jí)控制方式，但是能夠按照規(guī)定做的隧道非常少 。 小結(jié) 本章探討實(shí)際隧道的控制要求，從而組建控制系統(tǒng)。本章從課題研究背景入手介紹了現(xiàn)在高速公路隧道的發(fā)展?fàn)顩r以及國(guó)內(nèi)外隧道監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，最后著重論述了隧道照明監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和隧道照明系統(tǒng)的控制要求。 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁(yè) 第 9 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 內(nèi)容 第一章 :緒論。本章主要介紹本文研究背景和意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并且點(diǎn)出本文研究?jī)?nèi)容是如何確定的。 第二章 :公路隧道照明控制策略。本章主要介紹現(xiàn)行的關(guān)于高速 公路隧道照明的幾種方案。手動(dòng)控制、分時(shí)段進(jìn)行的時(shí)序控制方式和根據(jù)洞內(nèi)外的亮度值自動(dòng)控制照明回路的全自動(dòng)控制三種方式以及他們的優(yōu)缺點(diǎn) ,同時(shí)主要詳細(xì)分析了人工手動(dòng)控制和分段時(shí)序兩種隧道照明控制方案。 第三章 :本章詳細(xì)分析了西門(mén)子 PLC S7－ 200 系列，根據(jù)高速公路隧道照明控制要求分析和選擇了本系統(tǒng)所采用的 PLC,以及針對(duì)手動(dòng)控制和分段時(shí)序控制方案設(shè)計(jì)了基于 PLC 的硬件與軟件系統(tǒng)。 第四章 :本章 簡(jiǎn)紹了 西門(mén)子 PLC s7200仿真 軟件以及 對(duì) 手動(dòng)和自動(dòng)控制以及手動(dòng)控制下的 晴天 ，多云， 陰天 ，夜間，更夜控制 程序 的仿真 和 結(jié)果 進(jìn)行 了充分的分析 。 第五章 :總結(jié)與展望。本章總結(jié)了主要研究成果，分析了不足之處，對(duì)今后的工作做出了展望。 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁(yè) 第 10 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 二章 隧道照明控制系統(tǒng) 方案 及 PLC的簡(jiǎn)介 隧道照明 控制 隧道的照明有照度和亮度兩種計(jì)算方法，而能否看清路面及路面上的障礙物，決定于路面及障礙物的亮度，因此在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，使用的光強(qiáng)檢測(cè)器為亮度檢測(cè)器，照明控制策略研究也采用了亮度計(jì)算的方法。 亮度計(jì)算比較復(fù)雜，除涉及照度計(jì)算有關(guān)的內(nèi)容外，它還與觀察點(diǎn)的位置、 路面材料等有關(guān)。查對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，駕駛員注意力集中的區(qū)域大致是前方 60m－ 160m，因此，視點(diǎn)縱向距離取距計(jì)算區(qū)域 60m－ 160m，側(cè)向距離取 1/4路面寬，視點(diǎn)高為 ；計(jì)算區(qū)域內(nèi)縱向計(jì)算點(diǎn)間距不大于 ，橫向計(jì)算點(diǎn)不少于 5 點(diǎn)。 根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，隧道內(nèi)某燈具在路面計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的亮度可按式 21計(jì)算 [4]： ? ????? ,2HIL cpi ? 21 式中： piL —— 燈具 i在計(jì)算點(diǎn) P產(chǎn)生的亮度 （ 2mcd ）； ?cI —— 燈具在計(jì)算點(diǎn) P 的光強(qiáng)值（ cd）； H—— 燈具光源中心至路面的高度（ m）； ? ???? , —— 亮度簡(jiǎn)化系數(shù)； ? —— 觀察面與光入射面之間的角度（ o ）； ? —— P點(diǎn)對(duì)應(yīng)的燈具光線(xiàn)入射角（ o ）； 數(shù)個(gè)工具在計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的亮度可按下面的公式 2－ 2計(jì)算： pin