Управление наружным освещением городской автомобильной дороги с помощью PC-контроллеров

В работе представлен анализ освещения автомобильных дорог. Дана оценка освещенности участка улично-дорожной сети с позиции безопасности дорожного движения. Приведены данные по использованию PLC контролеров в уличном освещении.

Ключевые слова : улично-дорожная сеть, автомобильная дорога, PLC-контроллер, система освещения.

The paper presents an analysis of highway lighting. An assessment of the illumination of a section of the road network is given from the perspective of road safety. Data on the use of PLC controllers in street lighting is provided.

Keywords : road network, highway, PLC controller, lighting system.

Около половины дорожно-транспортных происшествий (ДТП) происходит по причине плохого освещения автомобильных дорог. Низкая освещенность, недостаточная яркость дорожного покрытия, ослепленность и другие условия уличного освещения объективно снижают количество и качество информации, поступающей водителям транспортных средств, что опасно в условиях дорожного движения [3]. Неверно оценивают дорожную ситуацию и пешеходы.

Ограниченные условия видимости приводят к необдуманности решений, неверной оценки скорости движения, невнимательности и утомлению. Несмотря на то, что лишь 20–25 % времени движения осуществляется без естественного света, а интенсивность движения при этом значительно ниже, за это время происходит около 35 % от всех произошедших ДТП. В существующей ситуации доля аварий в сумеречные часы и ночью относительно выше, чем днем.

По данным открытого акционерного общества «Научно-исследовательский институт автомобильного транспорта» (ОАО «НИИАТ») [2], количество ДТП на 100 тыс. транспортных единиц составляет: в утренние сумерки 26; светлое время дня 2; вечерние сумерки 65; ночью 4. Результаты данного исследования подтверждают актуальность исследования и важность обеспечения не только постоянного, но и адаптирующегося освещения на улично-дорожной сети (УДС) города. Одним из направлений данного тренда является обеспечение интеллектуального освещения автомобильных дорог.

Внедрение принципов «умного города» является одним из ключевых направлений развития урбанистики на данный момент. В 2022 году Министерство строительства и ЖКХ РФ подвело итоги конкурса по цифровизации среди российских городов. Среднее значение индекса в 2022 году достигло 55 баллов из 120, что на 4,5 % выше, чем в 2021 г. В категории «крупные города» лучшими стали Сочи, Тюмень, Смоленск. Среди «крупнейших городов» — Москва, Санкт-Петербург, Казань. В числе «больших городов» — Реутов, Домодедово, Уссурийск. И в категории «административные центры» — Ялта, Горно-Алтайск, Елабуга [1]. Население городов лидеров (по данным переписи населения 2023 г.) составляет более 22 млн. человек, что составляет более 15 %. С учетом динамичного роста показателя вовлеченности городов в городскую цифровизацию и тенденции по миграции населения в города и городские агломерации, вопрос развития технологий «умного города» на территории РФ встает достаточно остро.

Наиболее перспективной технологией оптимизации уличного освещения является использование PLC контроллеров.

Power Line Communication, PLC — система, позволяющая использовать для управления саму линию электропередач (ЛЭП). Технология не требует серьезных капитальных вложений и может использоваться для адресного управления системой светильников. Несмотря на свою привлекательность, данная система имеет ряд существенных недостатков:

1. Высокая стоимость устройств управления. Решение данной проблемы возможно отказом от адресности вместо управления группами светильников.
2. Отсутствие резервности канала. При обрыве на одном из участков линии сигнал будет потерян по всему кусту.
3. Невозможность качественной передачи сигнала при износе линий. Необходимо отметить, что согласно данным Министерства энергетики ЛЭП до 110 кВ на территории РФ достаточно изношены. Полная информация приведена на рисунке 1 [4].

Рис. 1. Данные по износу ЛЭП (по данным Министерства энергетики РФ)

С учетом оценки износа ЛЭП в РФ рекомендуется назначать ограничение на передачу сигнала в 3 км, таким образом, необходимо осуществлять разбивку всей системы освещения на участки протяженностью не более 3 км, а в них определять группы светильников, управляемых одним контроллером.

Для составления алгоритмов работы PLC необходимо провести:

1. Сбор информации по энергопотреблению каждого светильника.
2. Разработку и автоматизацию системы «дежурного освещения» с учетом дорожной обстановки и интенсивности движения.
3. Включение «подсветки» опасных мест (при совершении ДТП, в первые дни каникул, при ухудшении видимости на участке).
4. Анализ состояния ЛЭП по качеству сигнала.

В рамках данного исследования предлагается создание на участке длиной 3 км трёх групп светильников: 1) дежурные светильники с мощностью 100 % — группа «1»; 2) светильники с мощностью 50 % — группа «2»; 3) светильники с мощностью 30 % — группа «3».

Модернизация системы освещения принимает вид задачи оптимизации: необходимо максимально повысить эффективность освещения (с учетом естественного освещения) с учетом времени и места с минимизацией затрат и максимизацией надежности системы. На практике задача сводится к включению освещения по таймеру или с учетом показаний датчика освещенности. Причина кроется в упрощении системы — необходимые технологии для оптимального решения имеются и активно применяются: DALI, DMX512A и аналоговая схема на 1–10 В.

Моделирование проводилось с использованием ПО «DIALUX». Мощность одного светильника была принята 200 Вт.

Оценка энергоэффективности выполнена для двух систем освещения:

1. Классическая. Принимаются светильники группы «1» с расстоянием между мачтами в 50 м, определяемое требованиями нормативно-правовых актов для городской черты, которое должно составлять от 20 до 50 метров.
2. Предлагаемая. Принимаются светильники всех трёх групп с расстояниями: «1» / «2» = 40 м, «2» / «3» = 30 м, «3» / «1» — 20 м.

Результаты сравнения приведены в таблице 1.

Таблица 1

Предлагаемая схема позволяет:

1. Осуществить экономию по потреблению в 2,7 % с каждых 3 км. Изменение данного показателя будет носить сезонный характер. Распределение яркости светильников будет варьироваться из-за летнего снижения энергопотребления ввиду продолжительности светового дня.
2. Обеспечить динамичное управление освещением в зависимости от дорожных условий.
3. Повысить надежность системы освещения. При выходе из строя светильника возможно перераспределение светового потока на участке (как в ручном, так и в автоматическом режиме).

Таким образом, модернизация системы городского освещения позволит не только повысить экономические показатели обеспечения освещения, но и позитивно скажется на безопасности дорожного движения. Рассмотренная технология является перспективным направлением и требует дальнейшего изучения с позиции разработки предложений по оптимизации внедрения. Необходимым также является более глубокий анализ нормативно-правовой документации, регламентирующей обеспечение безопасности на городских дорогах с позиций обеспечения требований по освещенности.

Литература:

1. В Минстрое России подвели итоги реализации проекта «Умный город» в 2022 году [электронный ресурс] / Минстрой РФ — М., 2022, URL: https://minstroyrf.gov.ru/press/v-minstroe-rossii-podveli-itogi-realizatsii-proekta-umnyy-gorod-v-2022-godu/ (дата обращения 07.01.2024).
2. Безопасность движения [электронный ресурс]/ОАО «НИИАТ» — М., 2023, URL: https://www.niiat.ru/scientific-activity/bezopasnost-dvizheniya/ (дата обращения 07.01.2024).
3. Ван Боммель В. Исследования дорожного освещения за последние 80 лет. Результаты и уроки на будущее // Светотехника. — 1999. — № 6. — С. 4–6.
4. Показатель технического состояния объектов электроэнергетики (физический износ) [электронный ресурс]/ Минэнерго РФ — М., 2022, URL: https://minenergo.gov.ru/node/11201 (дата обращения 07.01.2024).