【文章內(nèi)容簡介】 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 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 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 車速、交通量和路線 線 形 等 諸多因素； （ 4） 綜合 行車安全和舒適度等方面設(shè)定照明水平； （ 5） 考慮 人的視覺適應(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 ， 必須詳盡的考慮可能影響隧道照明的因素，然后設(shè)計(jì)一系列解決這些問題的方案，消除隧道交通可能存在的安全隱患。 同時 ，在設(shè)計(jì)隧道照明的同時， 為了 實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源 、提高照明效果并保證隧道行車的安全性和舒適 性 情況下，我們通?？梢钥紤] 以 下幾個方面： （ 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 光線亮度差較大 ， 會給駕駛員 造成視覺 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、車速 、 入口外額視 場 和隧道長度來確定。過渡 段 的照明水平要進(jìn)一步的下降，從而為駕駛員提供視覺暗適應(yīng)的時間 。 （ 2） 亮度 均勻度 —— 良好的視覺 功能 不但要求有一個好的平均亮度，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 場中亮度差太大，會產(chǎn)生眩暈效應(yīng)，繼而影響 駕駛員 的視覺，也會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道 軸線 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) ” ， 對于 在這個車道上的道路使用者而言，會感到很煩躁，會危及到道路安全。 （ 3） 炫光 —— 炫光的形成是由于 視 場中有極高的亮度或亮度對比 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自迎面駛來的車輛前燈、隧道照明燈具、隧道出口時外面的亮度等。炫光 會使人 對障礙物的辨認(rèn)能 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 力下降，危 及 行車安全。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，使光線十分柔和的進(jìn)入眼球。 （ 4） 頻閃 效應(yīng) —— 頻閃是指在較長的隧道中，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 、頻閃的總時間有關(guān)系。 （ 5） 照明 控制 —— 合理的照明控制會 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、天氣原因以及車流量的大小因素，通過各種調(diào)光設(shè)備來控制隧道的照明環(huán)境，滿足正常的照明需求。 研究 概況 研究概況 對公路隧道照明設(shè)計(jì)的研究國外開始于 20世紀(jì) 50年代，相比我國較早，而且歷經(jīng)較長時間的研究和發(fā)展，技術(shù)已相對完善。例如，建于 20 世紀(jì) 60 年代的法、意兩國間的長為 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，各個國家陸續(xù)頒布了隧道照明設(shè)計(jì)規(guī)范， 1982 年 CIE(國際照明委員會 )制定的 ()標(biāo)準(zhǔn)在當(dāng)時被廣泛認(rèn)可，在接下來的 1990 年和 1995 年這個標(biāo)準(zhǔn)分別被做了修訂，與此同時，世界各國也隨即執(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)國家的照明技術(shù)及照明理論相對我們國家來說比較完善，因而己形成規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)。 除此之外，國外許多國家對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，為了迎合人們對公路隧道燈具造型和質(zhì)量要求逐漸加強(qiáng)的需求，國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，這些國家生產(chǎn) 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 出來的燈具不僅光效高而且造型美觀，質(zhì)量輕，互換性好，這對提高公路隧道照明質(zhì)量，保證行車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)在的研究傾向于根據(jù)隧 道內(nèi)交通量的大小、車速、天氣狀況等因素的網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)的研究。 概況 比國外許多國家，對公路隧道照明技術(shù)的研究我國開始的比較晚，經(jīng)驗(yàn)及基礎(chǔ)性的工作缺乏，在很長一段時間內(nèi)，我國公路隧道照明設(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，對我國隧道照明設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性不足。 隨著我國公路建設(shè)的突飛猛進(jìn)，隧道通車?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、照度與亮度計(jì)算方法等方面的內(nèi)容，自此，我國公路隧道的照明設(shè)計(jì)才有了可以參照的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) [3]。 但是，因?yàn)槲覈鴮λ淼勒彰骷夹g(shù)研究的時間較短，對駕駛員的視覺生理和駕駛行為研究甚少，而且我國高速公路建設(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)致很多問題的發(fā) 生。 我國公路隧道照明主要存在以下幾方面的問題 （ 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)用相對較高； （ 2） 在隧道的實(shí)際運(yùn)營中，為了節(jié)約電能，多數(shù)隧道運(yùn)營管理部門通常只開啟二分之一或四分之一的燈具，有的甚至不開燈； （ 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，長度超過 100米的隧道都需設(shè)照明系統(tǒng)，但是很多已經(jīng)運(yùn)營的長度在 600 米以內(nèi)的隧都沒有設(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 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 內(nèi)容 第一章 :緒論。本章主要介紹本文研究背景和意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并且點(diǎn)出本文研究內(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。手動控制、分時段進(jìn)行的時序控制方式和根據(jù)洞內(nèi)外的亮度值自動控制照明回路的全自動控制三種方式以及他們的優(yōu)缺點(diǎn) ,同時主要詳細(xì)分析了人工手動控制和分段時序兩種隧道照明控制方案。 第三章 :本章詳細(xì)分析了西門子 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,以及針對手動控制和分段時序控制方案設(shè)計(jì)了基于 PLC 的硬件與軟件系統(tǒng)。 第四章 :本章 簡紹了 西門子 PLC s7200仿真 軟件以及 對 手動和自動控制以及手動控制下的 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 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 二章 隧道照明控制系統(tǒng) 方案 及 PLC的簡介 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)檢測器為亮度檢測器，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)。查對國內(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）； ? ???? , —— 亮度簡化系數(shù)； ? —— 觀察面與光入射面之間的角度（ o ）； ? —— P點(diǎn)對應(yīng)的燈具光線入射角（ o ）； 數(shù)個工具在計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的亮度可按下面的公式 2－ 2計(jì)算： pin