隧道智能照明系统的设计与应用开题报告

1. 研究目的与意义

我国公路隧道发展较晚，隧道照明设施相对洛后，缺之对隧道照明控制技术深入研究。为了保证行车安全，大部分隧道均设置照明设施，但隧道照明设计参数选取偏于保守，造成一些很不必要的浪费。由于我国高速公路收费还贷的建设模式，运营单位为了降低运营和维护费用，就没有完全开启照明灯具，往往采取开启1/2到1/4左右，有的隧道甚至千脆不开灯，造成隧道内照度很低，且亮暗交错不均匀，容易诱发驾驶员视觉疲劳，带来了严重的交通安全隐患。在能源紧张和照明运营开支居高不下的形势下，公路隧道照明设计节能技术研究越来越受到运营单位和科研单位的关注，已成为公路隧道工程上的一个重要课题，通过公路隧道照明节能技术的研究，不仅有力推动由国家经贸委牵头启动的中国绿色照明工程，还可带来巨大的经济效益、环保效益和社会效益。

1.提供艮好的隧道笃驶视觉坏境，保让行车安全在隧道内交通流量较少时，可以不必像传统的控制方式那样关闭一侧灯具或让灯具隔灯开，只需调节灯具的光输出即可，这样做的好处是可以获得较好的照度均匀度,为驾驶员提供舒适的光环境，避免事故的发生。2.提高了维护管理水平，降低运营维护成本通过公路隧道照明节能研究,构造智能照明控制系统，通过照明控制网络实现的隧道灯具工作状态的实时监测管理，提高了照明系统的稳定性，便于管理和维护。3.有效的降低运营费用，提高运营经济效益采用高效节能灯具、智能照明控制系统等节能策略，避免了不必要的隧道灯具开启,减少了隧道照明用电，降低了运营费用，提高了经济效益。

4.具有可观的环保效益和社会效益采用隧道照明节能技术，避免了不必要的电能浪费，间接减少了对煤炭、石油等能源消耗，从而减少二氧化碳等有害气体和烟尘的排放，有利于保护环境。节能灯具制造业具有技术密集和劳动密集型特点，大量采用节能灯具，可带动相关产业发展，提供大量就业岗位。

2. 国内外研究现状分析

国外研究状况

国外公路隧道照明技术起步于20世纪50年代，到了20世纪80年代，国际照明委员会(cie)为了规范公路隧道照明设计和施工并减少交通事故，提出了多项道路照明设计标准，其中1982年制定的标准(cieno.30.2，1998)被世界各国广泛接受。随后各国便依据自身国内环境与需求，相继制定了隧道照明标准规范并付诸实施。隧道照明在经历了一系列的标准规范后，转而向更环保、更节能、更智能化方向发展，世界各国为此进行了不懈的研究，主要有以下几方面:(1)照明控制方法的优化国外隧道照明控制可分为手动控制、分时段时序控制和智能节能自动控制。手动控制应用于短隧道、低等级、照明简单的公路，由人工控制照明开关情况。分时段时序控制将一天分为不同时间段，对相应的照明回路进行开启和关闭。智能节能自动控制由于可根据当地天气照度变化情况、隧道交通量及车速等进行对应的无级调光控制，具有更好的适应性、安全性、节能性和智能性，因而具有更大的发展潜力和应用价值。(2)采用太阳能光伏发电随着能源危机和环境污染的日益严重，新的清洁能源不断被开发利用，太阳能作为源源不断的绿色环保能量来源，得到世界各国的重视与利用。美国最早制定了光伏发展规划，1997年又提出百万屋顶计划。1992年日本启动了新阳光计划，到2003年世界50%的光伏组件生产来自日本。在太阳能发电技术方面，德国具有先进的技术和庞大的规模应用，位居世界前列。随着太阳能光伏发电技术的不断成熟，其节能设计正逐步被各国应用到隧道照明的节能系统中。(3)应用太阳光导技术照明光导技术始于20世纪80年代,1979年日本的向日葵产品可实现自动跟踪太阳光线,并采用石英光纤导光，能在20米内实现良好照明。1981年加拿大的whitehead公司与美国3m公司合作，利用全反射原理开发了棱镜导光管。美国的橡树岭(oakridgenationallaboratory)研发了一款太阳采光为主，电源照明为辅的光电结合照明装置，于1998年被评为最有发展前景的高新技术。美国在太阳光纤照明方面起步较晚但发展迅速，美国马萨诸塞州波士顿的萨姆纳卡拉汉隧道照明(sumnercallahantunnellighting.boston,massachusetts)已部分采用光纤照明，且取得了良好效果。2011年，西班牙格拉达大学antoniopeia-garcia等人将太阳光通过光纤照明成功应用到西班牙pegalajar隧道中。未来的隧道照明各国将逐步普遍采用太阳光纤光导照明来实现更好的环保节能。(4)新型灯具设备的研制隧道照明灯具的研究一直备受欧美各国重视，led诞生于上世纪60年代，以每10年亮度提高30倍，价格下降10倍的海兹定律般的速度发展[1]。其理论光效达到260lm/w。从90年代开始，美、日、欧盟、韩国、中国等陆续启动固态照明技术研究，led产业在全球得到快速发展。1996年日亚公司首先采用ingan蓝光芯片加yag(钇铝石榴石)荧光粉的方法制成白光led。白光led由于具有安全、高效、节能、响应速度快、可实现无级调光等众多优点，使其在未来的发展中将逐步取代高压钠灯成为隧道照明的主流光源。

为了在更大程度上实现公路隧道照明系统的节能h的，对照明系统节能技术的改进不仅体现在隧道规范制度的不断修改完善上，在隧道照明能量来源和灯具的选取上，国外相关学者也做了更深层次的研究探讨。近几十年，太阳能作为新一-代可循环利用、节能、环保的绿色能源，得到了世界各国的高度关注，光伏发电技术也取得了长足的发展。美国、意大利、日本和德国等国最早将太阳能应用于高速公路隧道照明系统中，节省了大量电费，降低了隧道运营费用"。同时，新一代绿色光源led光源也在近些年取得了突破性进展，其发光效率高速攀升，大有取代传统照明光源的趋势。使用led光源不仅可以节省大量电费，还能减少大量二氧化碳的排放，降低对环境的污染。欧洲各国最早使用led光源对隧道进行照明。2008年，德国对a71高速公路的thuringerschmucketunnel隧道进行改造，使用led光源替代高压钠灯进行照明，可减少约20%的电能消耗，成为欧洲最长的一条采用led照明的隧道。

3. 研究的基本内容与计划

1.结合驾驶员穿越隧道时出现的一系列的视觉变化特征,探讨特长、长公路隧道照明设计的一般原则和标准;分析隧道照明控制系统实现照明节能。介绍驾驶员经过隧道出现的一系列视觉问题和公路隧道照明区段划分及照明标准。

2.对比高压钠灯和led灯的性能区别，分析不同节能控制方式在隧道中的应用 （晴天，阴天，雨天，夜晚等）时间段的控制方式。

3.以镇江茅山隧道为例，通过实地数据的检测，完成照明相关亮度，均匀度的计算。

4. 研究创新点

本文的创新点在于以茅山隧道为对象，通过实地检测隧道内的照度，根据《公路隧道照明设计细则》等方案，计算出不同天气不同时间照明亮度的变化，根据功率的调整结果进行灯具节能的指标计算，寻找最优调光曲线及参数，从而达到智能节能化效果。