近年來隨著隧道和道路建設逐步發展與成熟，照明作為必要功能之一，越來越受到重視，對照明效果的要求也越來越高。智能控制系統逐漸被引入隧道和道路的管理系統中，體現出了巨大的節能降耗效果與顯著的成本優勢。
隨著光源從傳統光源向LED光源的發展，公共照明也隨之變得更豐富，更可靠。LED能夠對調光做出快速響應，LED光通量和前向電流成近似正比的關系，而且調光對LED壽命無影響，這些LED的特性為照明的智能化控制、運用和發展提供了有力的保障。
（一）隧道和道路照明的特點與要求
隧道和道路照明，尤其是高速公路隧道照明有如下顯著特點與要求：
燈具節點數量龐大一般為數千盞甚至上萬盞；
管理區域大，少則一公里，多則近百公里；
施工安裝和維護難度大，成本高；
照明與行車安全相關，需要高可靠性和穩定性；
需要集中控制。
基于以上幾點，隧道的業主和設計、運營、養護等單位都對照明提出了智能控制的需求。
此外，伴隨著科技的進步和發展，人們對控制系統也產生了新的性能期望和要求：
能在電腦或電子設備上可視的、簡單、快捷地控制所有照明燈具
對隧道燈具，尤其是加強段照明的燈具實施按需調光，達到消除白洞、黑洞效應的目的，并且能夠節能降耗。
對道路燈具，按照燈具安裝區域的經緯度，運算出天文時鐘，自動的在日落時開燈，日出時關燈。按需調光，達到節能降耗的目的。
能夠迅速、實時地掌握所有燈具的工作狀態，對異常狀態及時報警，達到提高安全性，并且降低維護成本的目的。
支持自動調光和時控調光、手動調光等多種控制模式。
（二）隧道及道路照明常用智能控制方案介紹
智能控制成為了隧道及道路照明的一項課題。近年來常用的智能控制方案有如下幾種：
1、回路控制（PWM或模擬信號）
采用雙絞線傳遞PWM信號，PWM接口的驅動按照PWM占空比調節輸出電流達到調節亮度的目的。
優點是PWM接口電源驅動價格較低，缺點是只能回路調光，不能單燈調光；沒有數據通信不能掌控燈具狀態；電源驅動沒有智能保護機制；區域控制器的擺放位置受到限制，且數量需求較大；雙絞線鋪設工作量較大。
2、Dali總線
采用雙絞線傳遞Dali信號，每個燈具上的Dali電源有獨立的地址會對發給自己的命令做出調光、回傳參數等響應。
優點是Dali協議成熟可靠并且是公開的，缺點是Dali協議主要適合與幾十盞燈的室內照明控制，用在幾千盞燈具的隧道內會導致區域控制器的數量大大增加；通信速度很慢只有1.2Kbps，會導致控制命令的響應時間很長；接口電路只能采用模擬電路設計，沒有成熟、可靠、低價的芯片支持；總線鋪設工作量大。
3、RS485總線
采用雙絞線傳遞RS485信號，每個燈具上的電源驅動有獨立的地址會對發給自己的命令做出調光、回傳參數等響應。
優點是RS485總線通信技術已使用30年，有豐富的、低價的、成熟可靠、多種性能規格的接口芯片；單根總線通信距離長，可達到1200米，因此可大大減少隧道現場使用的區域控制器數量；總線通信速率較高，一般為9.6Kbps~115.2Kbps，缺點是總線鋪設工作量較大。
4、電力載波（PLC）
利用電力線傳遞數字信號，每個燈具上的電源驅動有獨立的地址會對發給自己的命令做出調光、回傳參數等響應。
優點是不需要鋪設控制線，缺點是目前常用的窄帶PLC通信速率為5.4Kbps以下，速度較慢；電網噪聲尤其是脈沖噪聲對PLC干擾很大；PLC不能跨變壓器實現，因此區域控制器的數量也不少。
5、無線
遵循IEEE802.15.4協議，利用無線射頻傳遞數字信號，每個燈具上的電源驅動有獨立的地址，會對發給自己的命令做出調光、回傳參數等響應。
優點是不需要鋪設控制線；通信速率較高可達到250Kbps；區域控制器安裝位置可隨意指定，所需數量較少；缺點是區域控制器和電源驅動需安裝一根天線。
（三）智能控制通信協議的主要需求
所有的智能控制方案都離不開通信協議的支持，控制系統中通信協議是所有功能的基石。但無論國外還是國內，目前在道路照明領域卻并沒有成熟、可靠、功能強大的主流通信協議。
針對以上情況，鳴志于2010年開始拜訪和調研相關的隧道照明設計單位、隧道照明維護保養單位、施工單位和主要燈具設計生產廠商。在整合了各家的需求后，我們針對隧道照明智能控制的通信協議，總結歸納出了一些主要需求：
1、協議需兼容多種通信方式，包括總線通信，無線通信，電力載波通信等，以方便用戶針對不同環境選擇合適的通信載體。
2、協議需支持盡可能多的地址分配，以減少現場集中控臺的數量，達到降低施工難度和成本的目的。
3、需支持單燈控制，達到針對不同類型、不同功能、不同廠商燈具可分別調光的功能。
4、需支持組播調光，廣播調光，達到靈活分組，迅速調光的功能
5、需支持場景調光，達到根據外界環境參數自動調光功能
6、需支持雙向通信，查詢每盞燈具電壓，電流，溫度等狀態，并以此判斷照明狀況功能。
7、需支持對通信鏈路監測和判斷功能，以判斷是否有節點不在控制區域內。
8、協議需支持在線升級功能，最大程度的降低客戶的后期維護、升級成本。
9、協議需簡單可靠，適合于低成本的硬件設計方案。
針對以上研究和調研結果，結合鳴志在工業控制領域內的研發經驗，我們在2011年受上海市建交委的委托，會同LED照明工作小組及其他單位意見，一起設計出了適合隧道照明領域的智能控制通信協議LCP-SH。
此協議為開放協議，經過兩次上海建交委組織的專家評審會議審核，已成為上海地區的隧道照明控制系統的地方標準。
3年來使用此控制協議的實際案例包括上海大連路隧道燈光改造工程，甬臺溫高速塘嶺隧道燈光改造工程，廣東省廣珠西三期國家高速，上海申長路智能控制試點工程，忻州高速改造工程，銀雙隧道改造工程等項目。
累計控制節點數量達到3萬多盞，實施中包含了總線通信和無線通信兩種方式。功能強大，效果穩定，取得了業主認可。
（四）LCP-SH與其他現存燈光控制協議的對比
（五）遵循LCP-SH協議的控制系統典型配置
在隧道中，LCP-SH協議的控制系統典型配置如下圖所示。控制中心的服務器和隧道現場的區域控制器通過以太網連接，由于隧道距離長，一般使用隧道內的光纜作為傳輸介質。
區域控制器與智能驅動、單燈控制器、照度監測儀、車流檢測儀等設備依靠RS485總線或者射頻無線連接，傳遞數字信號，此信號遵循LCP-SH協議。
在道路照明中，LCP-SH協議的控制系統典型配置如下圖所示。控制中心的服務器和道路現場的區域控制器通過無線運營商的數字通信服務連接；區域控制器與智能驅動、單燈控制器、照度監測儀、車流檢測儀等設備依靠射頻信號或者PLC通信連接，傳遞數字信號，此信號遵循LCP-SH協議。此配置可以大大減少道路控制系統的電纜鋪設成本和施工周期，降低施工難度。
控制軟件和數據庫安裝在服務器上，用戶可使用電腦或手持終端通過以太網登錄到服務器上，通過對服務器上軟件的操作，可視化、簡單、迅速的完成對道路上所有燈具的監控和管理。
（六）結語
隨著智能控制系統在隧道和道路照明中的應用，將有效實現節能降耗，降低運營和養護成本；此外，合理的照明控制，將有效提升照明效果，從而保證行車的舒適度和安全性。
智能控制系統的廣泛使用，將有助于隧道和道路運營實現真正的安全、高效、節能、低耗，帶來更大的社會效益和經濟效益。
