LED光源在隧道照明中应用的技术性分析

　　(1)分段式照明

　　分段式照明是隧道照明最显著的特点。这是由于白天隧道内部与外部道路的光环境发生了很大的变化，视觉需要有一定的适应时间才能看清道路的情况。因此，为了让驾驶员在隧道两端出入口处能有一个良好的视觉过渡，隧道照明被分为几个不同的照明段:入口段、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，如图1所示。其中入口段、过渡段的路面亮度水平则需要根据隧道洞外亮度来确定。

(2)加强照明

　　由于隧道白天与夜间的照明要求不同，因此对于入口段、过渡段及出口段的照明基本是由基本照明和加强照明两部分组成，前者按中间段照明考虑，后者可用功率较大的灯具加强照明。同时，对于应急停车带和连接通道处的照明也有相应的照明要求。

　　(3)避免/烟雾效应

　　由于隧道内部通风条件的限制，汽车排出的废气不易快速稀释，容易产生集聚形成烟雾，从而产生/烟雾效应0。因此，在隧道照明设计和光源选择上都要考虑其影响。

　　正是由于隧道照明具有如上所述的特点，我国现行的行业标准5公路隧道通风照明设计规范6对隧道照明的光源和灯具提出了如下要求:

　　(1)一般情况下宜选择效率高、透雾性能好的光源；

　　(2)短隧道、柴油车较少的城镇附近隧道、应急停车带、人行横通道、车行横通道可选用显色指数较高的光源；

　　(3)光源的使用寿命应不小于10000h；

　　(4)灯具的防护等级应不低于IP65；

　　(5)灯具应具有适合公路隧道特点的防眩装置；

　　(6)灯具结构应便于更换灯泡和附件；

　　(7)灯具零部件应具有良好的防腐性能；

　　(8)灯具配件安装应易于操作，并能调整安装角度；

　　(9)灯具不得侵入隧道建筑界限；

　　(10)中间段的灯具布置应满足低于2.5Hz或高于15Hz的闪烁频率。

　　3、LED光源在隧道照明中的机遇与挑战

　　随着LED照明技术的飞速发展和推广普及，LED光源在隧道照明中的应用也逐渐增多，LED光源由于其体积小、环保性能好、安全稳定、发光效率高、可调性好等优点在隧道照明中具有良好的前景与机遇。

　　(1)具有良好的光学性能

　　在发光效率上，虽然现阶段LED隧道灯还不是发光效率最高的光源，但与荧光灯和金卤灯相比还是具有一定的优势；另外，由于LED光源指向性强、体积小，在LED封装时就可以进行配光设计，通过科学合理的二次光学设计，LED隧道灯则可实现高于高压钠隧道灯的有效发光效率。

　　在使用寿命上，虽然在实际应用中，由于封装技术等方面的影响，LED光源很难达到100000h以上的理论寿命，但现阶段仍有20000h左右的实际使用寿命，仍然满足隧道照明对光源的要求，具有较高的使用寿命。

　　在光源光色上，白光LED光源可以达到80以上的显色指数，应用于隧道照明可以使驾驶员具有更好的清晰度和可见度，大幅度提高识别能力和反应速度，避免交通事故。同时，白光LED光源的色温也可以根据需求进行定制，因此有利于研究隧道照明中不同色温光源的视觉功效，选择更适合隧道照明色温的光源。

　　(2)有利于提高隧道的照明质量

　　对于大部分传统光源来说，一般功率高的光源往往其光效高，光通量大。因此，在道路照明时，在保证路面照度均匀度的前提下，一般选择功率较大的光源，这样可以提高效率，加大灯具之间的间距，减少灯杆和灯具的数量，降低成本。而对于隧道照明来说，虽然灯具的安装无须增设灯杆，但由于传统小功率光源光效相对较低，且需要增加灯具的数量，因此，也尽可能选用功率大的光源。

　　而对于LED光源来说，虽然应用于隧道照明的是大功率LED光源，但是其单个光源的功率一般在1W~3W之间，其隧道灯是由多个大功率LED光源通过串、并联组合成的，因此，LED隧道灯可以根据需要进行组合，降低单个隧道灯的功率，缩短灯具之间的距离，从而带来以下一些好处:

　　1)避免眩光

　　由于降低了单个隧道灯的功率，其亮度就会降低，从而避免在行车过程中，特别是在逆光照明条件下由于光源过亮所产生的眩光干扰。

　　2)提高亮度均匀度

　　由于灯具之间的距离较短，不易出现灯具之间的/暗区0，同时配合良好的二次光学设计，则可以大大提高隧道路面的亮度均匀度和目标可见度。

　　3)避免频闪效应

　　频闪效应(flickereffect)是驾驶时通过明暗周期性变化照明所产生的一种现象。闪烁频率(即频闪效应的频率)f=v/s(其中v为车速，s为灯具之间距离)应满足低于2.5Hz或高于15Hz的要求。因此，较短的灯具之间距离易使得闪烁频率高出15Hz，亮度分配较均匀的光源也利于减弱频闪效应所带来的不舒适现象。

　　4)增强视觉引导性

　　由于灯具之间的距离短、排列有序，且LED隧道灯具有一定的亮度，容易形成一条较明亮的光带，提醒驾驶者注意路面方向的变化，使隧道具有良好的视觉引导性，如图2所示。

从上面所述可以看出，LED隧道灯通过科学的设计和布置，特别是采用LED带状光源或条形灯具，则可以大大提高隧道的照明质量。

　　(3)有利于隧道照明的智能无级控制

　　在隧道照明标准中规定，应根据洞外亮度和交通量变化分级调整入口段、过渡段和出口段的照明亮度。传统的隧道光源(高压钠灯和金卤灯)主要是靠关闭部分光源来达到调光要求，这种方式一方面会增加灯具数量和照明回路，另一方面还会降低隧道照明质量，容易产生/斑马效应0。

　　而LED光源由于具有良好的亮度可调性，因此，可以实现按需照明、亮度无级控制。LED隧道灯的无极调光性能是其最大的优势与亮点之一，若结合智能化照明控制系统，采用隧道照明的智能无级控制，则白天可以根据隧道洞外实际亮度变化对洞内加强照明进行实时调节控制，下半夜则根据交通量的变化同步调节隧道的基本照明亮度，并不会产生/斑马效应0，有效避免过度照明，在满足安全舒适的前提下最大限度地节约照明能耗。

　　(4)安装维护方便

　　LED隧道灯是通过多个LED光源组装成的模块拼装起来的，安装时采用模块式安装，无需多余配线，安装简便。

　　LED隧道灯在维护方面也要优于传统光源的隧道灯。传统光源的隧道灯达到寿命期限时就必须进行整个灯具的更换，而LED隧道灯由于采用的是模块式，一旦出现个别光源熄灭的现象，只需更换其中的那个模块，而不会造成整个灯具无法使用，从这个角度来看，LED隧道灯也存在节约能源的优点。同时，由于LED光源的寿命长，意味着无需经常进行更换，从而减少了交通中断的潜在性，降低了为此支付的维修费用。

　　虽然LED光源在隧道照明中比传统光源更具上述一些优势，且正在隧道照明领域推广，但LED光源在隧道照明普及和应用方面仍需面临以下一些挑战。

　　(1)价格高

　　价格高是LED推广应用不可回避的问题，尤其是大功率型LED光源的价格较高。一盏100W的LED隧道灯与一盏150W的高压钠灯的功效差不多，但一