隧道照明調光
傳統方式下的隧道照明系統的安全性和節能性存在著此消彼長的矛盾，照明系統運營費用高昂，管理運營相對粗放。近年來，結合隧道照明的需求，隧道照明控制系統應運而生。隧道照明控制系統可以根據隧道洞外洞內照度值、車流量等數據調整 LED 燈的輸出功率來調整隧道照明的亮度值，達到按需亮燈和節能的目的。
本次設計采用無線物聯網智能照明管理系統：
無線物聯網智能照明管理系統主要包含本地智能調光子系統、智能在線故障監測子系統、運營決策子系統，整個系統由物聯網單燈控制器、感應聯動裝置、光控采集控制系統、無線物聯網網關及監控中心軟件組成。隨著物聯網技術的發展，該系統的本地智能調光子系統應用物聯網技術以無線自組網方式將分散獨立的隧道設備集成一個無線、全自動、智能化的隧道系統，根據車流量、外界亮度、溫度、洞內氣體成分含量等由傳感器監測到的數據自主改變洞內照明設備的亮度，使隧道在無車時達到功耗最低、有車時安全與節能結合的最優運營狀態。結合云端計算技術，智能在線故障監測子系統可對采集到的隧道設備以及各類運營狀況的信息進行處理與判別，運用離線、在線、歷史等各種數據，結合人工智能理論和專家系統科學而有序地對隧道狀態進行綜合分析判斷。運營決策子系統通過智能在線故障監測子系統的處理結果結合當前隧道的運營狀況制定隧道運營下一步的運營模式、設備檢修策略或事故救援策略，使隧道運營減少成本，增加運營安全。
圖 3.2-1 無 線 物聯網智能照明管 理系統
系統主要由洞內外亮度檢測器、車流量檢測器、隧道照明無極調光控制器、亮度可控型公路隧道 LED 照明燈具、通訊系統和上位機監控管理軟件等組成。系統的洞內外亮度檢測器將檢測到的隧道洞外亮度信號及洞內入口段亮度信號轉換為 4～20mA 標準信號傳送至照明調光控制器內，系統的車流量檢測器將檢測到的隧道外部車流量信息通過 RS-485 信號傳送至監控系統上位機并將信號反饋至照明調光控制器。設置于隧道內的隧道智能照明系統控制器根據洞內外亮度及車流量信息，分別計算出入口各段加強照明和基本照明相應地調光功率，再將其分別轉為DC0～5V 或 DC0～10V 的直流模擬信號輸出，去控制加強照明燈具和基本照明燈具的輸出功率，而燈具輸出功率的變化，又會引起燈具輸出光通量發生變化，從而達到控制被照場所亮度的目的。設于監控中心的上位機通過以太網光端機與現場的隧道智能照明系統控制器實現通訊。上位機利用無級調光監控管理軟件，實現相關參數的設定、指令下達、實時信號讀取和儲存。
（1）加強照明的控制
加強照明的控制依據洞外亮度信號、車流量、設計冗余和洞內入口段亮度進行綜合計算，確定加強照明輸出。洞外亮度越亮，洞內照明功率越大，洞內照明亮度也越強；同時，車流量越大，洞內照明功率也越大，反之亦然。用戶也可設置加強照明的開啟以及關閉時間。
（2）基本照明的亮度控制
基本照明的亮度控制依據當前時間、車流量、設計冗余進行綜合計算，確定基本照明輸出。用戶可以設置基本照明夜晚開始以及終止時間，并能設置夜晚以及白天的照明功率。隧道智能照明系統控制器能夠根據車流量信息、設計冗余和洞內中間段亮度進行綜合計算，調節基本照明的亮度；當基本照明出現光衰，致使洞內基本照明檢測儀的實測結果低于標準要求時，隧道智能照明系統控制器能自動調節基本照明亮度，使之滿足標準要求，實現按需照明。用戶也可以設置基本照明夜晚開始以及終止時間，并能設置夜晚以及白天的照明功率。
下半夜系統會自動降低照明功率至需要的數值。
洞內亮度具體指標，隨不同季節及天氣的洞外亮度做相應折減，并進行相應燈具調光。
（1）系統功能要求
物聯網隨車調光系統具有感知洞內外亮度調節加強照明燈光亮度的功能、伴隨式分段照明功能、車流量數據采集功能、調光控制器無線通信功能、遠程平臺/自動化管控功能。
1）感知洞內外調節燈光亮度功能
本系統應具有自動調節加強照明燈光亮度的功能，系統根據洞內外亮度自動跟蹤控制加強照明亮度。可以至少分為白天、夜間、陰雨天 3 種亮度等級，跟進預先設置的閾值，自動切換工作模式，以便在不同的天氣保證行車的安全性和舒適性，同時在滿足照明的要求下達到節能運行的目的。
2）伴隨式分段照明功能
系統能通過對隧道內車輛的實時檢測與跟蹤，實現 LED 隧道燈開關和亮度的實時控制，達到“車來燈亮、車走燈暗、燈隨車走的”安全節能照明效果，避免 LED 隧道燈處于長期、大面積全開狀態。
3）車流量數據采集功能
采用毫米波雷達技術能夠對隧道內車輛進行實時檢測與跟蹤，能監測隧道的車速、車流等狀態，為隧道交通管理提供基礎參考數據。
4）無線通信功能
雷達型調光控制器和網關型調光控制器采用無線通信技術，每段 LED 隧道燈上的雷達型調光控制器間具有無線通訊功能，且通訊具有容錯能力和抗損毀功能，當有雷達型調光控制器損毀時，不影響整個系統的控制和使用。
5）網聯邊緣控制主機/遠程平臺/自動化管控功能
系統具有網聯邊緣控制主機實現本地控制，也具有通過平臺與設備無線通信的功能，具有獨立遠程管理平臺和植入第三方平臺/系統的功能。
（2）平臺軟件功能要求
物聯網隨車調光系統管理平臺（平臺軟件）是整個系統管理和控制中心，負責對設備的工作狀態，日常運行策略，用戶權限等進行設置和管理，主要包括以下四大功能模塊：運行監測、系統控制、用戶及權限管理、日志及審計。
（3）系統構成
物聯網隨車調光系統由雷達型調光控制器、網關型調光控制器、亮度檢測器、網聯邊緣控制主機及物聯網隨車調光系統控制軟件組成。整個隧道物聯網隨車調光系統為四級架構，具體
框架層次說明如下：
平臺管理層：軟件控制平臺，功能是對整個隧道的設備進行管理與參數設置，統計燈具功率數據，統計隧道車流量數據，通過平臺展示隧道的燈具運行狀況。
本地管理層：網聯邊緣控制主機，功能是對整個隧道的設備進行管理與參數設置。
中間層：網關型調光控制器，功能是收集所管理的調光控制器的工作狀態參數與設置工作參數。
設備終端層：雷達型調光控制器，功能是通過雷達探測車輛，控制連接燈具亮度，實現燈隨車行功能。
1）雷達型調光控制器
雷達型調光控制器可檢測車輛，下發指令給與自身信號線所連接的燈具進行燈光控制，還可以通過無線信號傳輸的方式給其他控制器下達指令對 LED 燈具進行燈光控制。
2）網關型調光控制器
可接收雷達型調光控制器下達的指令完成對所連接的 LED 燈具進行燈光控制，具有與網聯邊緣控制主機和平臺通訊的功能，完成各設備數據上傳及網聯邊緣控制主機與平臺的指令下發。網關固定在燈具支架上接入應急電源，通過無線傳輸不涉及線纜管道及預留洞室。
3）亮度檢測器
檢測洞內外亮度數據傳至網聯邊緣控制主機，網聯邊緣控制主機通過采集到的亮度數據下發指令給雷達型調光控制器控制隧道燈具亮度。
4）網聯邊緣控制主機
網聯邊緣控制主機對采集到的現場洞內外照度數據和交通數據進行分析、處理，控制現場雷達型調光控制器的工作狀態，并將物聯網隨車調光系統的工作狀態、亮度數據通過網絡傳輸到監控中心軟件控制平臺。
5）物聯網隨車調光系統控制軟件
物聯網隨車調光系統管理平臺，可以遠程控制物聯網隨車調光系統對整個隧道的設備工作狀態進行切換，對整個隧道設備進行管理與參數設置，統計燈具功率數據，統計隧道車流量數據，通過平臺展示隧道的燈具運行狀況。
（4）系統設置方案
雷達型調光控制器：隧道內每 500m 雙向布設，彎道可加密布設，保證雷達不漏檢車輛。隧道洞口入口門架處安裝兩個雷達型調光控制器，可在車輛未進洞口時檢測到車輛，實現提前亮燈。（洞口雷達安裝距離 100m 為最佳距離，如隧道原有門架不符合安裝距離的要求。新增立柱安裝）
網關型調光控制器：部署在隧道入口處，用于實現數據接收與指令分發功能，可接收網聯邊緣控制主機發出的亮燈指令，并將指令下發至洞內各物聯網設備，同時匯聚上報洞內設備的工作狀態信息等數據。
亮度檢測器：洞外亮度調節器可根據洞外的光照強度來調節洞內調光設備的調光等級，調節器安裝在距離洞口 150m 以內的柱子上，距離地面 1.5m。（如隧道原有設計包含照度計可接入原有照度計數據至網聯邊緣控制主機）
網聯邊緣控制主機：每個隧道部署兩套套網聯邊緣控制主機以實現本地管理控制功能。
物聯網隨車調光系統控制軟件：部署在監控中心
