灯联网隧道节能管控解决方案

一、系统架构图

 

由于隧道具有是一个半封闭空间，需要高可靠性和稳定性；管理区域大，灯具节点数量庞大一般为数千盏甚至上万盏；施工安装和维护难度大，成本高；需要集中控制；需要24h不间断照明等特点，因此，在行车视觉特性上要比其他照明复杂得多，基于以上几点，隧道的业主和设计、运营、维护等单位都对照明提出了智能控制的需求：
1、为了达到消除白洞、黑洞效应的目的，让驾驶员在隧道两端出入口处能有一个良好的视觉过渡，隧道照明应采取分段式照明：人口段、过渡段、中间段和出口段，且每个照明段的路面亮度水平要求不同，因此，要对加强段照明的灯具实施按需调光；

2、智能照明控制系统可按照灯具安装区域的经纬度，运算出天文时钟，对灯具依据时段、天气、车流量或者其他需求进行调光与控制，从而达到节能降耗、舒适的目的；
3、能在电脑或电子设备上可视的、简单、快捷地控制所有照明灯具，使用同一平台统一集中管理，提高管理效率；
4、能够迅速、实时地掌握所有灯具的工作状态，控制器应建立各类安全策略，对异常状态及时报警，达到提高安全性及降低维护成本的目的；
5、系统对电量数据、能耗信息进行长期存储，查询方便，使用户对用电量和照明设施的故障及更换情况了如指掌，能够适应大项目运作、长时间管理；
6、支持自动调光和时控、光控调光等多种控制模式，内置不同的场景模式，使隧道照明成为城市靓丽的风景线。

二、隧道智慧照明管控云平台系统

智慧照明管控云平台系统，通过云平台统一管理实现远程监控、节能管理每一盏智慧隧道照明，通过多种控制器实现“按需照明”为目标，从管理和节能两个角度对每一盏灯等进行全方位、精细化节能控制和管理；管理人员能在一个统一的平台上对整个城市的照明进行遥控、遥信、遥测。包括每一盏灯的运行状况一目了然，既能根据事先预约的各种照明节能模式自动运行，也可远程手动控制到每一盏灯，及时监测并发现设备故障，及时进行维护和管理，保证设备的可用性，延长设备的使用年限，智能管控可提高节电率20-50% 。

照明控制方式是在保证视觉条件、满足隧道照明要求的情况下，合理节能的重要技巧安装了该套系统的隧道，在行车上因为灯光可以根据实际变化，调整亮度，为驾驶员提供了最佳的视野，在保证行车安全的同时实现了最大限度地节能。
控制系统还可以内置不同的场景模式，预设多种灯光场景并自动切换，真正实现智能化管理。
具体来说，系统内置单灯控制器和经纬时空模块，接有车辆检测传感器，集中管理器、单灯控制器、车辆检测传感器、光照度感应等设备依靠RS485有线连接，极大的提高了通讯响应速度和数字信号传递稳定性。通过服务中心下发的命令，执行相关的命令，并可对光源进行电压、电流、功率因素、亮灯率、能耗等进行检测，上传至服务中心，以实现智能控制与节能。通过GPRS或者太以网不定时将采集来的数据上传到监控软件中，结合GIS地理信息系统，实现对灯具的巡检，节省运营成本。
　　基本照明控制
　　隧道内基本照明的特点是工作时间长，需要24小时持续照明。根据这一特点，在设计基本照明亮度时考虑了足够的冗余量。但在使用时，我们并不需要将设计冗余全部用上，即满功率工作；而是需要多少功率就提供多少功率。在未来若干年内，当灯具出现一定的光衰时，可通过控制系统相应增加灯具的输出功率，使隧道内的基本照明强度始终都能满足规范要求而又不会产生过度照明。
　　加强照明控制
隧道加强照明灯具早晨开启和晚上关断的时间以及灯具开启后的亮度调节均由控制装置进行控制。控制系统根据检测到的洞外亮度数据，经计算后去控制洞内灯具的输出功率。这种自动跟踪洞外亮度，调节洞内亮度的照明方式，有效避免了过度照明，实现了按需照明的目标，最大限度地节约了电能。
根据车流量控制时段设置，自动调整亮度
根据隧道外光照度传感器实时光照值，实时调整隧道内亮度
夜间根据隧道入口外200米处红外、雷达探测器（交警违章抓配）检测来车，和隧道内、隧道出口检测到的信息，来实时分段控制调整隧道内亮度，无车时维持高节能模式。

　　应急照明控制
隧道的应急照明灯具又兼做基本照明灯具，均由EPS电源供电。当市电断电时，控制装置瞬间将基本照明灯具的功率同步控制到额定功率的15%左右。这使得系统在市电断电情况下应急照明的配光特性与原先的基本照明相同，最大限度地避免了交通事故的发生。
当隧道内发生交通事故或检修时，启动事故应急照明模式
当隧道内车流量传感器发现有过慢，或者停止的车辆时触发报警启动事故应急照明模式
当隧道内有雾、灰大等视线不佳时启动雾天应急照明模式，联动通风系统
声音传感器：当隧道内有超过常规噪声的异响（碰撞、爆炸等），自动上传报警信息，启动事故应急照明模式，联动通风系统

调光控制的优越性
　　隧道采用LED照明亮度智能无级控制系统后，节能只是其优越性的一个方面。由于节能，它的工作温度绝大部分时间都处在一个较低的水平。而工作温度的降低，又会衍生出其他的效益：
亮度无级控制，比分级控制的同类灯具更节能40%，比钠灯照明节能70%～90%。
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10%～60%的功率下工作；而基本照明的设计冗余留到远期再用，近期的工作功率也低于灯具的额定功率。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，还延长了LED和电源的寿命。
下半夜功率可同步减半，灯具配光特性保持不变，避免了单侧关灯所产生的危及行车安全的斑马效应。
　　 当隧道未达到设计车流量时，依据模式对洞内照明强度进行相应折减，折减量可根据需要任意设定，以确保在满足规范的前提下最大限度地节约电能，避免过度照明，使系统真正实现了设计师们追求的按需照明的设计理念。
智慧运维
设备资产管理功能，设备总数、设备编号、设备定位、出厂时间、品牌、质保期、设备生命周期，完整的设备追溯系统，随时查询设备详细信息。
远程控制、调整设备运行参数
设备故障分析、上报、 维修派单、接单、处理效率实时监测
随时统计单个/分组/整体设备能耗状况

三、 隧道照明控制策略

隧道照明控制策略应具有综合性、系统性的结构，针对不同的应用情况、环境使用和运行工况，照明控制策略按下表执行：
隧道照明控制调光策略
洞外亮度L(cd/m2) 交通量Q(veh/(h·In)) 亮度输出(%)
L≥3500 Q≥1200 100%
350<Q<1200 ((Q-350)/850+0.025)*L/Lth1
Q≤350 L*0.025/Lth1
L<3500 Q≥1200 L/3500
350<Q<1200 ((Q-350)/850+0.025)*L/Lth1
Q≤350 L*0.025/Lth1
基本照明调光策略
/ Q>350 100%
Q≤350 1/Lin*100%

四、云平台结构

数据逻辑层
数据库服务器存储大量的数据信息和数据逻辑，所有与数据有关的安全、完整性控制、数据的一致性、并发操作等都是在这一层完成。
业务逻辑层
业务逻辑层对应应用服务器，所有的应用系统、应用逻辑、控制都在这一层，系统的复杂性也主要体现在业务逻辑层，该层根据需要也可以分为多层，所以三层体系结构也称为多层体系结构；三层结构在传统的二层结构的基础上增加了业务逻辑层，将业务逻辑单独进行处理，从而使得用户界面与应用逻辑位于不同的平台上，两者之间的通信协议由系统自行定义。通过这样的结构设计，使得业务逻辑被所有用户共享。

五、效益分析

管理效益

• 隧道灯基本照明、加强照明的开关均可实现按需照明和精确到每盏灯精细化管理；
• 减少了开关灯时间，延长了灯源电源寿命；
• 降低管理运行成本，进一步提高了经济效益；
• 实现按需调控照明，节约能源和管理运行费用
• 及时全面的发现每一盏隧道照明运行中出现的故障；
• 实现真正意义上的“值班等待报警”；
• 大大减少隧道照明巡视人员和车辆损耗，降低了维护成本；
• 提前知道了故障的准确地点和基本状态，提高了检修效率，保证隧道照明亮灯率；
• 调度人员可以在故障发生后及时了解故障的地点和状态，为快速及时修复提供了强有力的保障；

社会效益

• 每节约 1度（千瓦时）电，就相应节约了0.361千克标准煤和4L净水，同时减少污染排放997千克二氧化碳（CO2）、0.03千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX）；
• 每年节约用电量：4,029,600.0度；
• 相当于每年节约了16,118.4吨纯净水；
• 相当于每年减少消耗11,162.3吨标煤；
• 相当于每年减少排放4,041.7吨二氧化碳；
• 灯联网智慧城市照明管理系统的实施，将大大提升城市的城市管理水平，努力建设服务政府、责任政府、法治政府，进一步打造“阳光政府”，从而为建设“和谐城市”、“节约型城市”的新形象奠定坚实的基础；
• 灯联网智慧城市照明管理在城市的推广，必将大大提升城市的城市管理水平和服务水平，吸引更多的国内外著名企业到城市投资，推动城市经济的迅速发展，使城市成为地区经济发展的模范城市；