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公路隧道智慧照明控制管理系统

一、国内隧道发展现状

二、隧道智慧照明化的可行性

三、隧道智慧照明控制解决方案

四、隧道智慧照明控制系统组成

五、隧道智慧照明控制系统建设工程量

六、节能效率、效益分析

七、系统配置清单及产品介绍

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一、国内隧道发展现状

随着我国经济的迅速发展，交通作为经济发展的命脉已经成为我国社会主义现

代化建设的重中之重。我国幅员辽阔，地理条件复杂，隧道成为道路建设中的重要组

成部分。由于隧道半封闭的特殊性，使其在开通运行、灾后救助、交通疏导等方面都

比较困难，特别是对于中长距离的隧道更是如此。因此，隧道智能化系统对隧道的安

全、可靠运行起着重要的作用，已经成为当今隧道建设项目中不可或缺的部分。

二、隧道智慧照明化的可行性

隧道照明系统设计中存在的问题

为了确保公路隧道行车安全，国家已经明确规定了公路隧道内各段照明的平均照度

值，但是公路隧道照明由于受灯具设备的选型与安装、道路几何与隧道走向、路面状

况、隧道反射特性等多方面因素的影响，隧道照明平均照度值计算变的非常复杂，从

而影响到隧道内各段照明的平均照度值。公路隧道照明系统设计方案中普遍存在以下

问题：

1、高速公路隧道照明系统建设投资成本费用高。

2、由于考虑到灯具的光衰，隧道照明在设计时考虑了一定比列的照明功率冗余，而

照明功率的冗余在一定程度上造成了过度照明，浪费了电能，加大了高速公路运营成

本。

3、高速公路隧道照明系统投入运营后，维护工作量大、费用高。

4、隧道入口处照明：白天进入隧道前，由于隧道内外的亮度差别极大，从隧道外部

去看照明很不充分的隧道入口会有“黑洞”现象。当驾驶员进入隧道后由于人眼视觉

的滞后性作用，产生视觉上的盲区，即产生“适应滞后现象”。

5、隧道内部照明：无论是白天还是晚上，隧道内的道路环境及对行车视觉产生的影

响都不同于一般道路。主要原因是隧道内部汽车排出的废气无法迅速消散而形成烟雾，

将汽车灯和道路照明器发出的光吸收和散射，降低能见度。

6、隧道出口处的照明：白天汽车穿过较长的隧道接近出口时，由于通过出口看到的

外部亮度极高，出口看上去是个亮洞，会出现极强的眩光，驾驶员感到极不适应；夜

间与白天正好相反，隧道出口看到的是黑洞，驾驶员看不清外部道路的线型及路上的

障碍物。

7、隧道内的应急照明：由于隧道对于交通流的特殊作用，照明供电故障对正常行驶

于隧道内的驾驶员来说是非常危险的，因此在隧道长度大于 200 米以上时应建立紧急

照明系统。采用双路供电电源或者 EPS 电源供电，应急照明的照度为正常照明的 1/5

以上。

三、高速公路隧道智慧照明控制解决方案

随着半导体照明技术的快速发展，目前高效节能的 LED 照明灯已越来越多地应用于

隧道照明系统中。与传统的灯具相比，LED 照明具有低功耗、高可靠性、长寿命等优

点，是一种符合环保、节能的绿色照明光源。

杭州叁仟智慧城市科技有限公司将从完善照明控制策略的角度提出 LED 灯隧道智慧照

明控制系统的实现及其应用方案。综合分析隧道照明的要求及其特点，为大功率 LED

隧

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道灯照明控制提供完整的解决方案。针对以往隧道照明方案能耗高的问题，经分析，

采用“单灯控制+无级调光”这种方式是一种不错的选择。这种无级调光方式是基于

LED 光源基础上实现的。隧道智慧照明控制系统，它可使灯具亮度根据需要任意调整

（亮度调整遵循 JTG/T D70/2-01-2014《公路隧道照明设计细则》中规定），隧道内

需要多亮，照明灯具就提供多大的亮度，在满足照明规范标准的前提下避免了过度照

明，最大限度地节约了电能。

杭州叁仟智慧城市科技有限公司隧道智慧照明控制系统采用智能分级控制模式，即

根据气候条件、隧道外的照度/色温值、交通流量进行分级控制，也可根据地域经纬

度、多 段定时策略控制。由于一年中只有夏天的中午，加强照明灯具才接近满功率

工作，大多数时间均在 40%～80%的功率下工作，这使得灯具和电源的长期工作温度非

常低，不仅可大幅减小 LED 的光衰，延长了 LED 和电源的寿命。考虑既要保证隧道照

明的视觉舒适度及亮度要求，使驾驶员能够尽快适应隧道内外的光强变化，消除因光

强所引起的视觉障碍，减少事故的发生。又要充分节约能源、降低运行费用，隧道照

明采用照明自动化控制、就地（本地）控制和远程控制。根据洞外环境亮度、交通量

的变化，按白天（晴朗）、傍晚（多云）、阴雨天、重阴、夜间、深夜多级标准对洞

内照度进行控制。一套系统里面即可实现开关、调光、调色、自动巡检控制，灯具故

障自动上报。还可根据不同的环境需求实现无极调光切换，以达到管理方便、节省能

源的目的。

隧道智慧照明控制系统工作原理：系统通过洞外亮度监测、车辆监测装置将检测到

的数据传送至隧道智慧照明控制柜中，再由其边缘计算网关运算转换后输出 RS485 控

制信号、0～10V 模拟量信号或 PWM 脉宽调制信号去控制 LED 灯具的调光电源输出功

率，从而达到控制被照场所亮度的目的。隧道智慧照明控制系统最大限度的调节洞内

照明亮度值，在满足行车安全要求的前提下最大限度的减少电能浪费。比传统时序控

制的同类控制系统更节能 40%以上。

杭州叁仟智慧城市科技有限公司隧道智慧照明控制系统开放 API 接口，方便用户对

接第三方软件平台。隧道智慧照明控制柜预留多个通信接口，可外接各类传采集模

块、能耗监测柜灯外设设备。

四、隧道智慧照明控制系统组成

杭州叁仟隧道智慧照明控制系统由隧道智慧照明控制系统平台、隧道智慧照明控制

柜、智能隧道灯（单灯控制器）、环境亮度/车流量采集器等 4 部分组成。现场设备可

以主要分为：检测、通信、控制、管理等 4 部分组成。

系统架构图

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通信方式

 隧道管理中心→隧道智慧照明控制柜：光纤/4G/5G

 隧道智慧照明控制柜→分控网关：RS485 总线通信

 分控网关→单灯控制器：RS485 总线通信

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 照度/色温检测器→隧道智慧照明控制柜：RS485 总线通信

 车流量检测器→隧道智慧照明控制柜：RS485 总线通信

 其他环境传感器→隧道智慧照明控制柜：RS485 总线通信

隧道施工接线示意图

隧道灯具连接示意图

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隧道智慧照明控制系统优点

1、亮度动态无级调光控制，隧道配光特性保持不变，避免了单侧关灯所产生的危及

行车安全的（光斑）斑马效应。

2、系统采用闭环反馈控制，实时采集洞外亮度和车辆数据传输至隧道智慧照明控制

柜，控制柜根据反馈数据进行边缘计算控制，实时调节灯具亮度以满足隧道内照明要

求，同时监测隧道内照明灯具工作状态，故障报警。还可实现对照明配电柜的电压、

电流、有功功率、无功功率、功率因素、温度等数据的采集（隧道照明能耗监测柜）。

3、 系统可以实现各种故障的主动报警：断电报警、来电提醒、漏电报警、过压报

警、过流报警、欠流报警、交流接触器异常、塑壳断路器断开、单灯灯具故障、单灯

电源故障等报警。

4、 系统上行采用光纤/4G/5G 模式通信，下行采用 RS485 总线控制，调节照明灯具

的亮度，确保通信稳定。

5、本地配电房安装人机界面触控系统，方便用户现场访问操作。

6、智能照明控制系统，可自动生成照明能耗数据日、月、季度、年等统计报表。

7、系统在检修或隧道出现紧急状况时，可以采取手动控制，优先级别最高，最大限

度保证隧道的安全性。

8、在隧道监控指挥中心无法正常运行或通信中断时，前端隧道智慧照明控制柜可脱

离中心系统自动执行预设任务，不影响正常开关灯、调光照明，真正实现自动化照明

控制。

调光控制模式

1、手动调光控制模式

 管理人员可根据时段、天气等因素的变化情况，修改公路隧道入口段亮度系数，

以此实现基于洞外亮度的动态无极调光控制。

 当需要进行隧道照明检修时，检修人员可通过设在隧道配电房内的隧道智慧照明

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控制柜人机界面进行触控操作，也可通过手持 APD 进隧道，远程点对点控制。

2、实时调光控制模式

 系统在智能运行调节洞内照明亮度时，会结合洞外亮度、车辆情况来进行实时调

光，调光过程已经考虑适当的时间延迟，以避免在临界状态下过于频繁的转换。

 当单灯控制器发生故障时，会将 LED 输出功率调整为满功率输出。

3、时序调光控制模式

 当进入夜晚（如：19：00-06：00）时，在洞外光照已经保持不变的情况下，可

以将实时调光控制转入时序调光控制状态，即根据交通量大小分（上半

夜:19:00-00:00）控制和深夜（下半夜:00:00-06:00）控制。

4、用户自定义调光模式

 用户可根据隧道实际情况自定义调光模式，也可系统将按照设定自动调用相应的

控制模式。

5、应急模式

 当隧道内发生事故、火灾情况，照明控制系统可根据消防联动信号自动转为应急

模式运行，同时控制通风风机联动工作。也可在管理人员下达立即“将隧道内所

有照明设备开启到最大亮度”的指令。

五、隧道智慧照明控制系统建设工程量说明

本次系统建设目的：隧道内的灯由计算机系统软件智能进行管理和维护，所有操

作均可无需人工干预即可完成隧道照明设施的管理，系统建成后，可实现对每一盏隧

道灯可进行远程控制和智能无极调光，满足隧道照明的特殊性，真正意义上实现按需

照明。

此次项目建设内容：

1、在隧道监控管理中心部署隧道智慧照明控制系统平台。管理人员可在隧道监控

管理中心远程监控各隧道内照明系统运行状态。

2、在每个隧道配电房安装隧道智慧照明控制柜，对隧道照明运行状态实时控制与

数据采集，数据实时上传中心平台，实现隧道照明的信息化、可视化管理。隧道智慧

照明控制柜安装触控操作面板，人机界面更友好，操作更简便，方便维护人员本地操

作。

3、此次共计XXXXXXX盏隧道灯进行智能化建设（改造），每盏灯都需要配套安装

智慧隧道灯（单灯控制器）；

4、每50盏灯需要配置一个分控网关。

5、选择在隧道的一端安装洞外亮度检测仪，检测仪具备RS485接口，通过RS485

线或者光纤连接隧道智慧照明控制柜。

6、选择在隧道的入口处安装车辆移动侦测系统，检测交通量大小（检测是否有车

辆进入隧道）。移动侦测系统带RS485接口，通过RS485线或者光纤连接隧道智慧照明

控制柜。

7、隧道智能灯与分控网关采用RS485双绞屏蔽线进行连接。

8、系统改造建设完成后，不仅可以实现更科学合理的节能效益，同时还能帮助业

主方建立一套最先进、完善的隧道智慧照明控制管理系统，将照明管理的触手伸展到

每盏隧道灯，用户在隧道监控管理中心即可随时掌握隧道当中每一盏灯的运行状态。

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六、节能效率、效益分析

此次隧道智慧照明灯控系统，针对的是隧道全区域范围内所有隧道灯，实现单盏

隧道灯可根据时间（定时）、地点（经纬度）、洞外亮度（实时）、特殊事件等因素

进行分阶段调光节能。以下为分段调光策略下的预测数据，数据仅供参考。

（1）节能效率分析

节能效率

单灯智能管理节能率计算（按 40W=1000 盏+200W=100 盏） 未实现调光

描述

分时段对隧道照明进行控制调整（24 小时） 00:00-24:00

时间段 时长 亮灯功率

共 24 小时，功率均为

100%

6:00-18:00 12 80%

18:00-6:00 12 60%

用电量（千瓦）约（16560 千瓦/月） 约 43200（千瓦/月）

综合节能率 ≈40%

以上为模拟现场隧道灯（分时）调光策略，可实现 30-40%的节能效率。（现场常

为智能动态调光系统，引入车流量和洞外亮度节传感器，能效果可达 40%以上，具体

数值需根据现场实际测定）

（2）节能效益分析

按照我方建议的 40%的节能率计算，最终测算后数据如下表所示。

比较项目

平均功率 100W LED 隧道灯

数量

（盏）

单盏

功率（W）

小

时/天

电

费（元/

度）

天/年

1000 200/4

0

24 0.8 365

能耗统

计

每年耗电 518400（千瓦）

每年电费 ≈41.47（万元）

建设 隧道智慧照明控制系统

节能方式 实时调节光照度

节能策略 全天候 24 小时进行照度调节

节能率 40%

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七、系统配置设备清单

序号 产品 品牌/型号 数量 参数 备注

1 隧道智慧照明

控制柜 叁仟智慧 必选

2 边缘计算网关 叁仟智慧 必选

3 分控网关 叁仟智慧 必选

4 隧道智能灯 叁仟智慧 必选

5 隧道智慧照明

控制平台 叁仟智慧 必选

6 洞外亮度检测仪 国产优质 选配

7 路段采集中心 选配

8 交通车辆检测仪 选配

9 服务器 选配

10 工作站 选配

改造完成后

电费支出 ≈24.88（万元）

每年节约电费 ≈16.6（万元）

以上为保守估算值，实际节能数据以现场情况为准

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