摘要：公路隧道作為公路的一個(gè)特殊路段，具有污染嚴(yán)重、噪聲大等特點(diǎn)，降低了道路的通行能力，威脅到車輛的行駛安全。為了提高這一瓶頸路段的通行能力，確保安全行車，需要設(shè)計(jì)隧道照明系統(tǒng)。

　　在公路上行駛的汽車穿過長大隧道時(shí)，人類生理特點(diǎn)決定了司機(jī)的視覺要發(fā)生微妙的變化，在白天時(shí)尤其明顯。汽車接近隧道時(shí)，環(huán)境亮度突然由高變低，司機(jī)視覺上會出現(xiàn)“黑洞效應(yīng)”，對安全行車極為不利。當(dāng)汽車駛出洞口時(shí)，環(huán)境亮度迅速的由弱變強(qiáng)，視覺上會出現(xiàn)眩光而倍感不適。隧道照明主要圍繞如何解決司機(jī)進(jìn)入隧道入口時(shí)的“黑洞效應(yīng)”與出口時(shí)的“眩光”問題。

　　1 公路隧道照明設(shè)計(jì)

　　公路隧道的照明系統(tǒng)，是為了把必要的視覺信息傳遞給駕駛員，防止因視覺信息不足而出現(xiàn)交通事故，從而提高駕駛上的安全性和增加舒適感。隧道照明與道路照明的顯著不同是白天也需要照明，而且白天照明問題比夜間更加復(fù)雜。

　　為了提高這一瓶頸路段的通行能力，確保安全行車，需要設(shè)置點(diǎn)光照明系統(tǒng)。隧道照明的主要內(nèi)容包括視覺特點(diǎn)、照明設(shè)計(jì)、照明計(jì)算、照明控制、照明供電和照明經(jīng)濟(jì)分析與節(jié)能等。

　　隧道亮度主要取決于行車的速度、車流量和洞外亮度等，在照明設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)充分考慮了這些因素，而且一般都是按照不利情況考慮的，所以能夠滿足設(shè)計(jì)車速、設(shè)計(jì)車流量和設(shè)計(jì)洞外亮度情況下的照明要求。而洞外亮度在各個(gè)季節(jié)、各個(gè)時(shí)段都是不相同的。隧道照明控制就是依據(jù)這些不同情況，開啟和關(guān)閉相應(yīng)數(shù)量的燈具，以提高或降低亮度，使其既能滿足安全行車的需要，又有利于節(jié)能。隧道照明控制系統(tǒng)由光亮度檢測器、車流量檢測器、隧道區(qū)域控制器、照明控制計(jì)算機(jī)、隧道照明燈具、照明配電柜、照明配電箱以及照明供電電纜等組成。隧道照明系統(tǒng)由照明燈具、照明配電箱和供電線路組成，通過照明配電箱按照不同回路進(jìn)行控制。

　　根據(jù)視覺適應(yīng)的要求，隧道照明區(qū)域由引入段、過渡段（過渡段Ⅰ、過渡段Ⅱ等）、基本段和出口段組成。隧道照明計(jì)算自然也要分段進(jìn)行。受煙塵影響，隧道壁的反射率較低，在進(jìn)行照度和亮度計(jì)算時(shí)，可以只考慮光源的直射作用。隧道照明的質(zhì)量目前主要是用路面照度和亮度值來評價(jià)的。

　　1.1 逐點(diǎn)計(jì)算照度

　　路面一點(diǎn)上的照度是將路燈對這一點(diǎn)產(chǎn)生的照度疊加起來（其他光源所產(chǎn)生的照度忽略不計(jì)）。P 點(diǎn)上的全部照度為：

　　式中，I_γc 為燈具指向P 點(diǎn)方向的強(qiáng)度，方向用角r 和c 來表示；n 為路燈數(shù)；h 為路燈的安裝高度。

　　一般路燈的光度數(shù)據(jù)圖表給出的是等光強(qiáng)曲線，按P 點(diǎn)所對應(yīng)的方向角γ、c 在曲線上查得I_γc，代入式（1）即可求得一只路燈對P 點(diǎn)產(chǎn)生的照度E_p。

　　為方便計(jì)算，往往作成等照度曲線。若計(jì)算點(diǎn)相對于每只燈的位置已確定，即可從圖上直接讀出該點(diǎn)的相對照度。于是該點(diǎn)照度的就是由下式求得：

　　式中，Σep 為各燈在P 點(diǎn)產(chǎn)生的相對照度之和；α 為所有燈具特定系數(shù)，由等照圖給出；φs 為每支路燈光源的光通量，LM；h 為路燈的安裝高度，m。

　　按照式（2）計(jì)算求得的是初始照度值，要維持照度還需計(jì)算維護(hù)系數(shù)。

　　1.2 平均照度計(jì)算

　　當(dāng)計(jì)算一部分路面上的照度時(shí)，可用下式得到這個(gè)面積上的平均照度：

　　式中，E_p 為路面上有規(guī)律分布的點(diǎn)的照度；n 為計(jì)算點(diǎn)的總數(shù)。很明顯，所考慮的點(diǎn)數(shù)愈多，計(jì)算出來的平均照度愈。

　　計(jì)算一條值得無限長的道路上的平均照度，采用利用系數(shù)法很方便。其計(jì)算公式為：

　　式中，φ_s為光源光通量，Lm；N 為每盞路燈中的光源數(shù)；K 為維護(hù)系數(shù)；ω 為道路寬；S 為路燈的間距；N 為路燈排列方式，單排、交錯(cuò)排列為N=1，雙側(cè)排列N=2；U 為路燈利用系數(shù)（查利用系數(shù)曲線）。

　　在道路照明中利用系數(shù)的定義為：在一盞路燈的照度范圍內(nèi)，確定照到路面上的光通φ′與光源所發(fā)出的總光通φ 之比，即：

　　在燈具的光度資料中燈具的利用系數(shù)用曲線和圖標(biāo)兩種方式給出。

　　隧道照明系統(tǒng)是一個(gè)多光源系統(tǒng)，通?？蓪⑦@些燈具分組分回路進(jìn)行控制，洞內(nèi)亮度的高低由開啟燈具數(shù)量的多少來決定，不做單個(gè)燈具的調(diào)光控制。照明系統(tǒng)可根據(jù)照度計(jì)實(shí)際測得的隧道洞內(nèi)外亮度值，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)洞內(nèi)照明系統(tǒng)，以滿足駕駛員適應(yīng)洞內(nèi)外亮度差的需要。

　　當(dāng)光檢測計(jì)發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)可自動轉(zhuǎn)入定時(shí)控制，即將洞外亮度值按日、周、月、年實(shí)測得到的統(tǒng)計(jì)規(guī)律輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)控制洞內(nèi)的照明燈具去適應(yīng)這個(gè)值的變化。此外，照明系統(tǒng)還設(shè)置了手動控制功能，可在中控室計(jì)算機(jī)或隧道照明配電箱上分別完成，隧道低壓配電柜上的手動裝置主要用于維修的需要。

　　目前，現(xiàn)有隧道照明的光源主要有高壓鈉燈、金鹵燈、熒光燈等。LED 是近幾年迅速發(fā)展的新型光源，具有壽命長、光效高、顯色指數(shù)高、定向發(fā)光、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，由大功率LED 制作成的LED 照明燈具相比其他光源燈具有明顯的優(yōu)勢，但其成本也較其他光源燈具高。

　　不過隨著LED 技術(shù)、工藝的發(fā)展，光效等性能指標(biāo)快速提高而價(jià)格快速下降，光效的提高意味著對能量利用效率的提高，因而在顯示、景觀照明等成功應(yīng)用的同時(shí)，在道路照明等定向照明中也開始逐步獲得應(yīng)用。

　　目前大功率LED 隧道燈的可靠性普遍面臨兩大難題：①驅(qū)動電源的可靠性和壽命問題；②散熱系統(tǒng)的快速導(dǎo)熱問題。其中驅(qū)動電源的可靠性占LED 隧道燈可靠性的60%以上，因前期LED 驅(qū)動電源的不穩(wěn)定性，使得LED 照明產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展至少延遲了1～2 年。而現(xiàn)有大功率LED 隧道燈驅(qū)動電源方式有以下3 類：恒壓模式；恒流模式；恒流加恒壓模式。

　　由于光在一定亮度范圍內(nèi)的變化人眼是察覺不到或基本察覺不到的，所以允許LED 的電流在一定范圍內(nèi)變化。當(dāng)人們開始認(rèn)識用恒流源給LED 供電時(shí)，有人便走上了極端，認(rèn)為若非“純直流”（即沒有紋波的直流）則對LED 有損傷。這又是對LED 產(chǎn)生新的錯(cuò)誤認(rèn)識。實(shí)際上，只要LED 的工作電流在安全工作區(qū)內(nèi)，電流有波動，只要峰值功率仍然在安全工作區(qū)內(nèi)，就不會對LED 造成影響。比如，用10 mA 穩(wěn)定的電流和用峰值20 mA、占空比50%的方波分別給LED 供電，用方波的LED 電流非常不穩(wěn)定，可它的有效值僅10 mA，壽命也并不比穩(wěn)定電流10 mA 的差。所以，在安全工作區(qū)內(nèi)工作的LED，不穩(wěn)定的電流并不會影響LED 的壽命，但是會影響光的穩(wěn)定，只要控制光的波動在人眼感受閃爍的閾值下，那么，這樣較小的光波波動就沒有影響了。再者，用多個(gè)LED組合的照明光源，由于光源的亮度很大，人不會總盯著看，所以，即使每個(gè)LED 之間有一定的亮度的差異也沒有問題。根據(jù)以上分析可認(rèn)識到，并非一定要采用恒流源來給LED 供電，而是根據(jù)實(shí)際光源的效能要求來具體選擇、設(shè)計(jì)驅(qū)動電路。

　　當(dāng)LED 的生產(chǎn)工藝發(fā)展成熟之后，在和傳統(tǒng)隧道照明光源的比較中，LED 的節(jié)能優(yōu)勢將得以凸顯。LED 現(xiàn)大多應(yīng)用在山嶺公路隧道。應(yīng)用效果各不相同，應(yīng)用中尚有許多問題，如光衰大、結(jié)溫高、燈具結(jié)構(gòu)不盡合理、照明均勻性差、驅(qū)動電源壽命、質(zhì)量參差不齊等，因此在設(shè)計(jì)告訴公路隧道LED 照明應(yīng)用時(shí)需要加強(qiáng)系統(tǒng)研究，逐漸形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以確保LED 在隧道工程中應(yīng)用的可行性。

　　2 結(jié)語

　　在充分考慮到照明系統(tǒng)功能的完備性后，照明的經(jīng)濟(jì)性也是重要的指標(biāo)之一。研究照明系統(tǒng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，是為了在相同的照明效果條件下能盡量減少每單位照度的照明費(fèi)用。而影響照明經(jīng)濟(jì)性的因素很多，包括有用電費(fèi)用、設(shè)備費(fèi)、施工費(fèi)和維護(hù)費(fèi)等，因此，必須尋找一種好的分析計(jì)算方法、推廣使用新一代LED 冷光源等都應(yīng)在照明設(shè)施的計(jì)劃、設(shè)計(jì)中加以考慮。