基于电力线载波的隧道LED灯管理系统研芗.pdf

公路 交通技术2 0 1 1 年 1 0月 第 5期T e c h n o l o g y o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o O c t 2 0 1 1 N o 5 基 于 电力 线载波 的隧道 L E D灯管理 系统研究 张 韬 ( 重庆高速集团北方建设分公司， 重庆4 0 1 1 2 1 ) 摘要 ： L E D灯是未来 高速公路 隧道 照明的主要灯具 。介 绍一种以 电力线载 波技 术为核 心的隧道 L E D灯管理 系统 ， 其 可以克服传统 电力线载 波技 术的弱点。试验证 明， 该 系统 不仅 可对隧道 L E D灯进行高效管理 ， 而且还 可实现隧道 照明的按需控制和节能运行 ， 对高速公路的运营管理具有重要意义。 关键 词 ： 隧道 ； L E D灯管理 系统 ； 电力线载波 文章 编号 ： 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 1 3 7 0 4 中图分 类号 ： U 4 5 3 7 文献标 识码 ： B Re s e a r c h O n Ma n a g e me n t Sy s t e m f or L ED L a mp s i n Tu n n e l s Ba s e d O n Po we r L i n e Ca r r ie r H ANG Ta 0 1 隧道 L E D灯管理系统的提 出 L E D光源是不含汞等化学性污染物 的绿色 、 环 保光源 ， 具有 寿命长的特点 ， 在高速公路上已得到较 多应用 。随着 L E D照 明灯具价格不 断下降及性 能 不断提升 ， 性价 比日益增高 ， 可以预见 ， 在未来的3 5年内， L E D灯具将 成为隧道照 明的主流灯具。由 于传统高压钠灯的控制管 理方式非常落后 ， 因此必 须根据 L E D灯具的特点和优势 ， 建立新 的隧道 L E D 灯具控制管理 系统 ， 以实现对 L E D灯 具 的高效管 理。L E D灯具相对于传统 高压钠灯 ， 具 有调光容 易 等诸多优势 ， 在照 明设计亮度大于照明需求亮度 的 大背景下 ， 在 L E D灯具控制管理系统 中增加调光控 制环节 ， 使其可根据洞外亮度 、 时间、 车流量和车速 来实现隧道照明的按需控 制 ， 从而实现隧道照明的 节能运行。因为在无机械通风 的短隧道 中， 照明能 耗 占整个隧道能耗 的 9 5 以上 ； 在有机械通风 ( 含 轴流风机和射流风机 ) 的中长隧道 中， 照明能耗也 占整个隧道能耗 的4 0 以上 。可见 ， 做好照明节能 对降低整个隧道的能耗 和运 营成本具有重要意义。 本文提出利用 电力线 载波技 术和隧道 L E D灯照 明 管理系统对隧道照明进行控制 和管理 ， 这样 就屏弃 了隧道照明回路控制 的传统模式 ， 使驾 乘人员在 隧 道内行驶 的舒适度更加提高 ， 并更加节约能源。 2 隧道 L E D灯照明管理系统结构 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 72 1 作者简介 ： 张韬 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 重庆市人 ， 本科 ， 助 工 招商局重庆科研设 计院开发 的隧道 L E D照 明 管理 系统 由 L E D灯实时数据库 、 L E D灯 管理软件、 L E D灯亮度控制软件 、 隧道监 控 网络 、 L E D照明控 制器 和 L E D灯构成 ， 结构框图如图 1所示 。 甲 交换机 隧道L ED 灯 图 1 隧道 L E D灯管 理系统 隧道 L E D灯实时数据库 ： 数据库 中可存储每个 隧道 L E D灯 的地理位置 ( 包括隧道名称和具体安装 位置 ) ， 灯具使 用历史 、 当前状态 、 功率输 出状态 等 信息 ， 由于灯具信息更新速度较快 ， 使用实时数据库 可有效解决普通关系数据库在快速更新对象和实时 控制对象上所遇到的难题 。 L E D灯管理软件 ： 可有效配合 L E D灯实时数据 库实现 L E D高效管理。由于有 L E D灯实时数据库 的支撑 ， 其可 以轻松实现隧道 L E D故障灯 的查找和 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 3 8 公路交通技术 2 0 1 1丘 定位 ， 使灯具的管理 和维护变得容易。运营维护单 位将传统的外出巡 逻更改 为计算机查询 ， 可大大提 高灯具的管理效率。 L E D灯亮度控制软件 ： 目前 ， 在重庆地区高速公 路 中， 隧道 L E D灯亮度控制功能为隧道监控 系统功 能的一部分 。为 了更好地实现隧道照明的按需控制 和节能控制 ， L E D灯亮度控制软件将 隧道 L E D灯亮 度控制功 能从 隧道 监控 系统 中独 立 出来 ， 更便 于 L E D灯亮度控制策略的制定 和实施。 L E D照明控制器 ： 从隧道监控 网络接收 L E D灯 亮度控制软件发 出的亮度控制命令 ， 然后再 以电力 线载波的方式 ， 将亮度控制命令传递给 L E D照 明控 制器控制范围内的所有隧道 L E D灯。 隧道 L E D灯 ： 隧道 L E D灯是隧道 L E D灯管理 系统的终端和核心 ， 为便于隧道 L E D灯 的亮度调节 和状态上传 ， 根据公路隧道 的特点 ， 选择 电力线载波 作为信息传输方式。 车辆检测器 、 洞外亮度仪、 隧道监控 网络等 ： 属 于隧道监控系统 ， 但是也是 隧道 L E D灯管理系统的 重要组成部分 ， 可为隧道 照明控制提供依据和信息 传输 3隧道 L E D灯管理系统的主要功能 隧道 L E D灯管理系统的主要功能为 ： 控制隧道 L E D灯的照明状态 ， 实现 隧道 L E D灯 的节能运行 ； 全面掌握隧道 L E D灯照明状态 ， 实现隧道 L E D灯高 效管理。 3 1 隧道 L E D灯管理系统的照明控制 目前隧道照明控制方案主要有 2种 ： 一是 以地 理时钟为依据的时控法 ， 二是 以洞外亮度为依据的 光控法。 时控法的主要缺点是 ： 不考虑天气对光 照度 的 影响， 每 d在固定时间开灯和关灯 ， 从而造成 阴雨天 光照度严重不足但没有开灯 ， 或 晴朗天气虽然光照 度充足但到了固定 时间仍然开灯 ， 出现浪费电力的 现象 。光控法的主要缺点是 ： 在光线不足的白天， 或 夜晚有强光照射时都可能产生误动作。本文介绍采 用时控和 光控相 结合 ， 按 照 明需求 控 制照 明亮度 ( 含开启和关闭) 的调光控制方案。 时控和光控相结合的控制模式为 ： 隧道 L E D灯 亮度控制系统通过 隧道监控系统 网络 ， 从车辆检测 器和洞外亮度检测仪得到车流量、 车速 、 洞外亮度值 及系统时间， 根据当前车流量 、 车速 、 洞外亮度值和 时间的最新信息， 生成隧道照明的亮度控制命令 ， 亮 度控制命令通过隧道监控系统网络传至安装在 隧道 变电所 的 L E D照 明控制器 ， L E D照明控制器又将亮 度控制命令 以电力线载波的方式传递给该照明控制 器控制范围内的隧道 L E D灯 ， L E D灯则根据从 电力 线载波接 口得到的控制信息来实现其亮度的实 时调 节 ； L E D灯通过电力线载波接 口接受控制信息 的同 时， 又将其使用状态通过电力线 载波接 口实时传递 给照明控制器 ， 照明控制器 的反馈信息通过隧道监 控网络 ， 传递到 L E D实时数据库。 由于本系统以系统时问 、 车流量、 车速和洞外亮 度为亮度控制依据 ， 实现了隧道照明的按需控制 ， 在 保证安全的同时 ， 可大大降低用电量。 3 2 高效管理 隧道 L E D灯管理 系统 实时数据库为隧道 L E D 灯的高效管理提供 了良好基础 ， 由于每个 隧道 L E D 灯都通过其本身的电力线载波系统将 自身的状态传 到实时数据库 中， 因此结合 网络优势 ， 可轻松实现以 下管理 ： 1 )遥控 。控制中心可以通过网络 ， 对隧道 内每 盏 L E D灯实施开启 、 关 闭和无级亮度调节。 2 )遥测 。控制中心可以通过网络 ， 了解隧道 内 每盏 L E D灯的功耗 、 指令执行情况以及所处工作状 态等信息。 3 )隧道灯具地理信息 ( G I S ) 功 能管理 。在 隧 道 L E D灯管理系统 中， 可将 L E D灯 的物 理位置 和 信息编号制 成隧道 L E D灯地理 信息 ， 便 于对隧道 照明灯具 的管理和维护 。从隧道 L E D灯管理 系统 中， 可随时查找到已经损坏或 出现 故障的 L E D灯 ， 可有的放 矢地对 隧道 灯具进 行 维护 ， 避 免传 统 的 “ 巡灯 ” ， 在提供管理效率 的同时 ， 也大大降低管理 成本。 4 )通信网络功能管理。隧道 内照明灯 具的连 接无需像 旧模式那样分成多个不同的 回路 ， 可大大 节省配电电缆和隧道建设初期的投资费用。 4 电力线载波在隧道 L E D灯管理系统的应用 电力线载波是 电力系统特有的通信方式。电力 线载波通讯是利用现有 电力线 ， 通过载波方式将模 拟或数字信号进行高速传输的技术 ， 其最大特点是 不需要重新架设 网络 ， 只要有 电线就能进行数据传 递。但是 ， 传统的电力线载波 ， 由于以下原 因， 未能 在高速公路隧道信息传输 中得到广泛应用。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 0 公路交通技术 2 0 1 1 年 系统 ， 具有不增加通信线 、 无无线信号干扰等优点 ， 辅 以先进的照明控制理论 ， 给高速公路灯具管理带 来高效率的同时， 对提高隧道 L E D灯的使用 寿命也 将发挥更大的作用。 2 3 4 参 考 文 献 汤效军 电力线载波通信技术的发展及特点 J 电力 系统通信 ， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 4 75 1 舒辉 低压电力线载波通信技术综述 J 湘电培训 与教 学 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 3 23 4 胡荣玉， 黄光明 基于 P L 3 1 0 5的电力线通信研究 J 襄 樊学院学报 ， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 5 2 5 4 马强， 陈启美 ， 李 勃 跻身未来的电力线通信 ( 二) 电力线信道分析及模型 J 电力系统 自动化， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 7 27 6 5 李茂华 隧道 L E D灯照明节能控制器研究 J 中国交 通信息产业， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 1 0 71 0 9 6 P L 3 1 2 0 P L 3 1 5 0 P L 3 1 7 0 ( t m)P o w e r L i n e S m a r t Tr a n s c e i v e r Da t a Bo o k 7 Ma n f r e d Z i m m e r ma n n K l a u s D o s t e r t A Mu l t i p a t h M o d e l f o r t h e P o w e d i n e C h a n n e l J I E E E T R A N S C A T I O N S O N C O M MU N I C A T I O N S ， 2 0 0 2 ， 5 0 ( 4 ) ： 5 5 35 5 9 8 Ha k k i C a v d a r ，E n g i n K a r a d e n i z Me a s u r e m e n t s o f I mpe d a nc e a n d At t e n ua t i o n a t CENELEC Ba nd s f o r P O WE R L i n e C o mm u n i c a t i o n s S y s t e m s l J 1 S e n s o r s ， 2 0 0 8 ( 8 ) ： 8 0 2 7 8 0 3 6 9 刘晓胜， 李贵娇 ， 戚佳金 基于 S T 7 5 3 8的多频率电力线 通信系统设计 J 电子器件， 2 0 0 7 ， 3 0 ( 1 ) ： 2 7 82 8 2 1 0 顾海林 ， 殷树刚， 刘海林 低压电力线载波通信面临的 挑战与对策 J 电网技术， 2 0 0 8 ， 3 2 ( 增 2 ) ： 5 0 5 1 0 o o 0 ( ( 上接第 1 3 1页) 通过表 9的比对 ， 可得出 3臂 台车 比人工开挖 具有明显的效益优势 ， 并且能实现快速 、 优质 、 安全、 高效的施工。 4 4潮喷与湿喷效益对比 对喷射混凝土采用湿喷工艺和潮喷工艺进行 了 比较 ， 结果见表 1 O 。 4 5 结论 通过以上分析 比较 ， 机械化 隧道施工具有 明显 的经济、 社会和环保效益 ， 大大改善了施工环境 ， 充 分体现了“ 以人为本 ” 的理念 ， 能快速突破影 响施工 质量 、 安全和进度的瓶颈 ， 提高隧道施工领域的核心 竞争力和影响力。 5 机械化隧道施工体会 在 目前逐步推进机械化隧道施工的环境下 ， 石 鼓隧道施工率先引进湿喷机组和 3臂台车， 经几个 月试用 ， 笔者对其进行了比较分析， 掌握了机械化 隧 道施工 的工艺 、 流程和控制要领 ， 积累了部分施工经 验 ， 并得出以下几点体会 ： 1 )大型隧道机械的引进 ， 提升 了隧道机械化施 工装备水平 ， 以设 备保工艺 、 以工艺保安全和质量 ， 促进隧道施工安全和质量上台阶。 2 )应从工序优化 、 数据采集、 制度化管理、 激励 措施等方面人手 ， 逐步积累隧道机械化施工经验 、 技 术参数和控制指标 ， 尽快熟悉掌握隧道机械化施工 的核心技术 。 参 考 文 献 1 重庆 交通科研设计 院 J T G D 7 0 - - 2 0 0 4 公路隧道设计 规范 S 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 4 2 交通部重庆公路科学研究所 J r J 0 4 2 -9 4 公路隧道 施工技术规范 S 北京： 人民交通出版社， 1 9 9 5 3 关宝树 隧道工程施工要点集 M 北京 ： 人民交通出 版社 ， 2 0 0 3 4 邓寄生， 等 隧道施工方法与探讨 J 公路与汽运 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 4 01 4 3 5 朱汉华， 尚岳全， 等 公路隧道设计与施工新法 M 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 2 6 广东省公路勘察规划设计院有限公 司 石鼓隧道两阶 段施工图设计 z 广东： 广东省公路勘察规划设计院 有限公司 ， 2 0 0 9 7 于书翰， 杜漠远 隧道施工 M ， 北京： 人民交通出版 社 2 0 0 4 8 朱汉华， 孙月红， 杨建辉 公路隧道围岩稳定与支护技 术 M 北京： 科学出版社， 2 0 0 7 9 吴连雄， 张兴来 萝峰隧道三臂凿岩台车与手持式凿 岩机钻爆法掘进施工技术比较 J 公路交通技术 ， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 9 0 9 4 1 0 陈小雄 现代隧道工程理论与隧道施T M 成都： 西 南交通大学出版社 ， 2 0 0 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m