随车照明控制系统应用

　　一、建设背景

　　根据《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》以及《数字交通发展规划纲要》等文件对交通行业深入推进新一代信息技术与交通运输深度融合，促进行业数字化、网络化、智能化转型升级、引领交通运输高质量发展提出了总体要求。

　　《甘肃省“十四五”综合交通运输体系发展规划》提出加快智能交通基础设施部署，构建数字化、信息化、智能化的设施应用和公共服务体系。开展公路、水路领域的重点路段、航段以及隧道、桥梁、互通枢纽等重要交通节点感知网络布设。这些政策和措施旨在提升高速公路的智慧化水平，提供更高效、安全、便捷的服务。

　　交通运输部2014年颁布的行业标准《JTGT D702-01-2014公路隧道照明设计细则》中对照明智能控制的描述如下：智能控制方式是在自动控制的基础上，采用短时交通流预测理论，实现隧道内照明设施动态调光控制，达到安全、舒适、高效、经济的照明效果，重点突出节能控制的特点，体现绿色照明要求，追求“按需照明”的理想设计目标。

　　2022 年《公路隧道LED照明调光系统设计标准》对“随车照明”做出了具体说明，规定了公路隧道LED照明调光系统的术语和符号、系统分类与结构、调光系统设计、设备布设要求、关联设备性能要求、调光系统性能要求等内容。

　　随车照明控制系统的提出正是为了满足上述标准、指南要求和运营管理需求：跟踪车辆行驶轨迹，在车辆前方动态提供亮度充足的照明，达到“车来灯亮-车走灯暗-灯随车行”的动态、按需的伴随式照明效果;同时根据洞外亮度自动调节洞内照明亮度，使洞内亮度随时匹配洞外亮度，有效降低“黑白洞效应”带来的危害;通过对照明系统的在线监测，助力照明系统在线养护、预养护的实现，降低养护管理压力并提高养护管理效率。

　　二、主要做法

　　(一)系统概况

　　公路隧道随车照明控制系统以“车辆轨迹跟踪+亮度自适应”为特征，是满足安全、节能、智能照明需求的成熟稳定解决方案：系统采用“云-网-边-端”架构，基于无线组网技术，将端侧亮度、车检、隧道事件、灯具监测等数据实时采集并传输至边缘计算网关，进行多源融合分析，根据计算结果，调光设备渐次动态调节灯具亮度及色温(需灯具支持色温可调)，改善隧道光环境，通过智慧照明系统实现隧道适应性照明。系统数据与状态均孪生映射至云平台。

　　照明控制系统软件平台可部署在片区管理中心和隧管站。布设结构示意如下：

　　
图1 设备现场布设示意图

　　系统为灯具附着安装数字化感知及控制设备，实现五个互联：让灯具互联、让灯具和交通状况互联、让洞内外亮度互联、让隧道现场和管理中心互联、让照明系统和隧道其余系统互联。通过上述“五个互联”实现照明系统的彻底智慧化。智慧照明系统以分段调光的方式，跟随车辆的行驶轨迹在车辆前方提供照明，实现了“伴随式分段按需照明”的理念，并根据洞内外照度控制照明亮度，达到能够提升隧道光环境安全性、舒适性，并实现精准照明和节省能源的功效。

　　系统主要特性有几下几点：

　　(1)安全照明：自适应调光能有效消除黑白洞效应;

　　(2)绿色照明：节约比可达50%-80%，大幅节能减排。

　　(3)提升照明系统全寿命周期效益。通过降低灯具满负荷工作时长，有效延长灯具寿命，在照明系统全寿命周期内，减少灯具维换支出。

　　(4)构建在线养护、预养护模式。通过软件平台实现照明系统可视化管理，提升系统运营水平，降低日常巡检维护工作量和成本。

　　
图2 随车照明控制系统概览

　　(二)应急预案

　　(1)控制设备失效情况下应急预案

　　系统可实现照明灯具与控制节点运行状态在线监测，一旦判断灯具及控制节点非正常工作，自动上报至系统端，并开启控制设备失效情况下应急预案。

　　照明应急策略：将隧道灯具全部打开，提高可视度，等待运维人员检修设备。

　　(2)停车工况应急预案

　　隧道内的多元检测器实时监测隧道内车辆状态。一旦发现车辆停车，照明系统自动开启停车工况至并通知监控人员迅速将停车位置、车辆数量、停车原因等信息上报。?

　　照明应急策略：将停车区域前后200m的灯具全部打开，亮度提升最高，提高可视度，方便驾驶员观察，降低追尾事故风险。

　　(3)火灾工况应急预案?

　　当隧道内火灾探测器发出报警信号，或监控人员通过摄像头发现火灾情况，照明系统自动启动隧道火灾照明控制应急方案。?

　　照明应急策略：关闭随车照明，对隧道全线灯具打开，亮度提升最高，为人员疏散和消防救援提供清晰的视觉引导。

　　(4)阻滞工况应急预案?

　　交通阻滞信息收集：通过隧道内监控摄像头、车辆检测器实时监测隧道内交通流量和车辆行驶速度。当发现车辆行驶速度明显下降，出现交通阻滞情况时，照明系统自动启动阻滞工况应急照明。?

　　照明应急策略：将阻滞区域及前后 200 米范围内灯具全部打开，功率调至最高，提高可视度，避免因视线不清引发二次事故。

　　(三)控制策略

　　(1)正常车速区间(40-80km/h)

　　当系统通过雷达型控制器检测到车辆速度为40-80km/h时，判定为正常行驶状态，执行以下操作：

　　亮灯范围：触发当前控制器前方2组控制器开启灯具(例如，若车辆触发1#控制器，则联动2#、3#控制器区域灯具，以此类推)。

　　持续时间：灯具持续亮灯5秒，确保车辆通过当前照明区域后自动关闭，避免能源浪费。

　　逻辑说明：此车速下，车辆通过每组控制器覆盖区域的耗时较短，短时照明可满足安全视距需求。

　　该策略下，一辆车行驶过后灯具开启时间约为10s。

　　(2)低速行驶区间(20-40km/h)

　　当车速处于20-40km/h时，系统判定为低速行驶，执行差异化控制：

　　亮灯范围：与正常车速区间相同，触发前方2组控制器开启灯具。

　　持续时间：因车辆通行时间延长，亮灯时间调整为10秒，确保驾驶员在较慢行驶中始终处于充足照明范围内。

　　附加逻辑：若同一车辆连续触发多组控制器，系统将逐级延长后续灯具的亮灯时间，防止照明中断。

　　该策略下，一辆车行驶过后灯具开启时间约为15s。

　　(3)缓行或拥堵状态(车速<20km/h)

　　当连续3组控制器均检测到车速低于20km/h时，系统判定隧道内出现缓行或拥堵，启动应急策略：

　　亮灯范围：强制开启全隧道所有灯具，提供最大照明亮度。

　　持续时间：照明保持至所有控制器连续检测到车速恢复至20km/h以上。

　　告警联动：若缓行持续超过5分钟，系统向监控中心推送拥堵告警，提示人工介入疏导交通。

　　(4)超速行驶

　　当车速超过80 km/h但未达100km/h时，系统判定为超速行驶，执行以下联动控制：

　　前方视距保障：触发当前控制器前方3组控制器(例如，若车辆触发1#控制器，则联动2#、3#及4#控制器区域灯具，以此类推)开启灯具。

　　灯具持续亮灯5秒，确保车辆通过当前照明区域后自动关闭，避免能源浪费

　　附加逻辑：超速事件实时推送至监控中心，提示监控员关注车辆动态，但暂不强制人工干预。

　　该策略下，一辆车行驶过后灯具开启时间约为13s。

　　(5)高速超速(车速>100km/h)

　　当检测到车速超过100km/h时，系统判定为高风险超速行为，启动强化控制：

　　前方视距保障：当前控制器向前方4组控制器发送指令，提前点亮前方300米区域(覆盖5组控制器间距)，确保高速车辆有充足视距应对突发状况。

　　灯具持续亮灯5秒，确保车辆通过当前照明区域后自动关闭，避免能源浪费。

　　人工应急响应：同步触发隧道事件识别系统，监控员可通过操作台一键启动“全隧道应急照明”模式，强制所有灯具以100%亮度运行，直至车辆通过或速度降至安全区间。

　　该策略下，一辆车行驶过后灯具开启时间约为15s。

　　(四)安全保证措施

　　(1)多种洞口车辆检测手段，确保进入隧道的车辆都能被检测到：采用双雷达探测技术、智能摄像头识别技术和地磁道钉传感器三重融合手段，确保所有进入隧道的车辆99%被识别与跟踪;

　　
图3 洞口多设备车辆检测

　　三类设备相互补充、互为冗余，有效规避了单一设备失效可能带来的漏检风险;实时采集车速、车型、车距等关键信息，为后续动态照明控制提供精准数据支撑。

　　(2)高可靠性无线通信系统：系统采用双模无线通信机制(433MHz + LoRa)，结合Mesh自组网技术，形成高度稳定的通信网络;控制器之间可通过“跳跃式”多节点中继传输，任何单点设备故障不会导致系统失联或照明失控;系统具备自检功能，异常节点能自动通过无线链路上报上位机，实现快速响应和容错处理。

　
　图4 控制器网络拓扑图

　　(3)车速不同，开灯策略不同：根据车辆实时车速动态调整亮灯范围与持续时间，覆盖所有运行工况(低速缓行、高速通行);控制器可根据行车速度自动扩展或缩减照明视距，最大视距可达240m，有效保障行车安全;系统智能调整照明策略，避免因盲目全开导致的能源浪费或局部黑暗造成的事故风险。

　　(4)隧道最低亮度保障机制：隧道灯具永不完全关闭，保持低功耗常亮状态;

　　灯具和控制器设定双重最低亮度保障，确保任意时刻洞内平均亮度不少于0.25-0.4cd/㎡;满足摄像监控、巡检照明和突发事件应急照明需求，防止“黑区”出现。

　　(5)雷达探测无盲区，兼具车辆静止检测：采用毫米波高功率雷达(20dBm)，雷达探测距离不小于150m;兼具车辆静止检测功能，隧道内出现异常停车，系统可发出告警并一键将灯调亮;设备布设间距在50m~70m之间，形成重叠覆盖区域，确保隧道全程无探测盲区;支持重复探测机制，实现对车辆多角度识别，避免控制失误或误触发。

　　
图5 雷达探测范围

　　(6)多维控制策略保障系统安全稳定运行：根据车流量和洞外亮度变化，灵活切换随车照明、自适应调光、时序控制和人工控制等多种模式;在隧道出现突发事件(如火灾、交通事故)时，系统支持全人工控制模式，下发手动照明命令，保障救援及处置安全;控制策略具备自动切换与容错恢复机制，最大限度避免因异常或极端环境导致系统瘫痪。

　　三、应用成效

　　截至目前，在"交通强国"战略和"十四五"现代综合交通运输体系发展规划指引下，康略高速随车照明控制系统建设项目已圆满竣工并成功应用于康略高速公路工程。随车照明控制系统建设项目通过积极响应"双碳"目标落实绿色公路建设指导意见，在满足《公路隧道照明设计细则》等规范要求的前提下，实现了显著的节能减排的效果.

　　康县至略阳高速1期项目布设随车照明控制系统的隧道共三座，分别为梁家山隧道、花桥隧道、青龙山隧道，总公里数19.826km，根据S44 康县至略阳高速公路设计文件可知，三座座隧道在灯具满功率运行状态下，年用电量为3128634kwh，甘肃省工业用电按0.6kwh计算，年电费约为187.718万元

　　康略高速通车一个月后，从电力监控系统上获取应用随车照明控制系统后的实际电能，与满功率运行状态下电能对比得出平均节能比约为86%，具体节能如下所示：

　　表1 通车1个月后具体节能测算

隧道名称	上下行	车流量	设计用电量 (kWh)	设计用电量电费 (元)	实际用电量 (kWh)	实际电费 （元）	节能比 （%）	节约电费 （元）
青龙山隧道	上行	25062.00	54301.92	32581.15	7496.43	4497.86	86%	28083.29
青龙山隧道	下行	25062.00	55178.88	33107.33	7496.43	4570.50	86%	28536.83
花桥隧道	上行	25743.00	32517.12	19510.27	4405.16	2643.10	86%	16867.17
花桥隧道	下行	25062.00	32155.20	19293.12	4356.14	2613.68	86%	16679.44
梁家山隧道	上行	25743.00	37514.40	22508.64	6466.37	3879.82	82%	18628.82
梁家山隧道	下行	25062.00	36908.88	22145.33	4356.14	2613.68	88%	19531.65
合计		151734	248576.4	149145.84	34576.67	20818.64	86%	128327.2

　　根据测算得出，康略高速1期项目通车一个月后，设计用电量电费为14.914万元，而实际合计电费为2.081万元，共节约12.833万元，节能效果明显。康略高速2025年通车后隧道长期低负荷运行，应用随车照明控制系统后有效缓解了电能浪费问题,实现了隧道运营中的节能增效，既符合国家节能减排的战略方向，也为高速公路智能化、绿色运营提供了新的实践范例。