公路隧道是公路结构中的地下结构，不同于洞穴外部的明亮道路。在白天，当车辆进入洞穴时，由于亮度的突然降低，人的视觉反应滞后而形成“黑洞效应”，这使得难以区分洞穴中的情况。当车辆离开隧道时，形成“白洞效应”，引起强烈的眩光。

晚上的情况与白天完全相反。由于洞穴内部和外部之间的亮度差异很大，因此人眼需要适应进入或离开隧道的时间，即发生“适应滞后”。为了解决隧道入口亮度从亮到暗或从暗到亮的视觉适应过程，驾驶员可以清楚地识别出洞穴中道路表面上的目标或物体，消除视觉和心理障碍，并做到不影响行车安全。 《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）规定：长度大于100 m的隧道应配备照明设备。高速公路隧道照明旨在在洞穴中创造良好的工作视觉环境，并确保白天和黑夜行驶的车辆可以安全地以设计速度驶入并穿越隧道。

白光LED（发光二极管，简称LED）是一种绿色光源，在21世纪引起了人们的关注。它是一种节能环保的光源，具有功耗低，寿命长，抗振动且无辐射的特点。自1998年以来，在短短的几年内，全球半导体和照明领域掀起了白色LED的“闪光”，导致白色LED技术的不断创新和快速发展，以及LED的发光强度和稳定性得到了很大的改善。

1 LED的工作原理和优点

1. 1 LED灯的工作原理

LED中文翻译为“发光二极管”，是一种电子设备，可以将电能转换为光能，具有二极管的特性。基本结构是用环氧树脂封装的电致发光半导体模块，该模块通过引脚用作正负电极并对其进行支撑。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片。在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN节点。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子和多数载流子将以光的形式释放多余的能量，从而将电能直接转换为光能。通过注入电致发光原理制成的这种二极管称为发光二极管，通常称为LED。当它处于正向工作状态时（即，在两端都施加了正电压），电子开始移动，空穴（带正电的离子）结合起来产生辐射光。光源在靠近PN截面界面的毫米范围内生成。发出的光的波长取决于材料的特性，并具有不同的发光颜色。红色，黄色，绿色和蓝色发光二极管是常见的。 LED的亮度可以通过工作电压（电流）进行调节。在较大的工作电流范围内，发光二极管的亮度会随着电流的增加而增加。目前，不同的发光二极管可以发出从红外到蓝色的不同波长的光，并且在蓝色LED上存在涂覆有荧光粉的LED以将蓝色光转换为白色光。

1. 2 LED灯的优点

LED灯无频闪，无辐射，是典型的绿色照明，而且还是一种保护眼睛的新型光源。 LED不依靠钨光来发光，而是由特殊的半导体P-N材料制成。通过电子的运动发光。它的光谱中没有紫外线和红外线，因此不会有闪光和辐射，可以保护眼睛。它的主要优点集中在以下几点：

1）发光效率高。 LED灯具有低电压，低电流和高亮度的特性。 10〜12 W的LED光源发出的光能量相当于35〜150 W的白炽灯。相同照明效果的LED的能源效率比传统光源高80％至90％，是白炽灯的4至8倍。

2）功耗极小。在相同亮度下，功耗仅为普通白炽灯的1/8至1/10。

3）寿命长。 LED使用固态半导体芯片将电能转换为光能，加上环氧树脂封装，可以承受高强度的机械冲击，LED单管寿命为100,000小时，光源寿命超过20,000小时，每天12小时生命也是5年多。

4）可靠耐用，方便长途运输。由于体内没有钨丝，玻璃壳等易损件，因此基本上不受运输的影响，正常报废率很小，维护成本极低。

5）快速启动响应，无黑头，免除了更换灯泡的麻烦。 LED开始快速响应，因此电流对其影响不大。普通白炽灯或节能灯管受启动电流的影响，灯头容易变黑，需要更换。

6）由于LED灯管由十多个或几十个组成，即使单个损坏，也不会对正常照明产生太大影响。与高压钠灯损坏不同，整个灯熄灭，因此LED灯的可靠性高于高压钠灯。可靠性已提高了许多倍。

7）光源不添加汞，有利于环境保护。

表1显示了LED灯和传统灯之间的性能比较。

表1 LED灯与传统灯的性能比较

2隧道照明中使用LED灯的优势

传统隧道照明中使用的光源类型为：金属卤化物灯，高压钠灯，白炽灯和节能灯（紧凑型荧光灯）。其中，高压钠灯具有发光效率高，节能，色温适中的优点，在隧道灯中得到最广泛的应用。但是，LED隧道灯优于高压钠灯的优点是：

1）LED作为点光源可以在很大程度上解决传统球形光源必须依靠光发射的二次光提取和光损失的问题。

2）光照射面的均匀性是可控的，理论上可以在目标区域完全均匀，也可以避免传统光源“灯下照亮”现象造成的光浪费。

3）色温是可选的，这也是提高效率和降低成本的重要方法。作为发光装置，LED不仅可以通过改变电流的大小来控制亮度，而且可以通过配置不同波长的LED来实现颜色的改变和调整。这使得隧道在不同环境中更改照明模式非常容易。

4）更节能。目前，白光LED的发光效率约为80Lm / W，与传统的高压钠灯相比，可以节省50％至60％的电量。随着LED效率的快速提高，LED隧道灯在节能方面显示出巨大的潜力。

5）维护成本低。根据目前的技术水平和测试结果，大功率LED光源可以正常使用5-10年而无需更换，传统的高压钠灯平均需要每2年更换一次。使用LED光源可以大大降低维护成本。

6）更好的显色性。 LED的显色指数较高（显色指数通常为75〜80），路面看起来更明亮，手感更舒适，驾驶员感觉更安全。高压钠灯光谱窄且显色性差（显色指数通常为20至40），并且感觉暗淡。

100 W LED灯的输出光通量仅为约6 250 Lm，到达路面时仍约为6000 Lm，并且路面的平均照度可以达到16 Lx（12 m高杆） 。 200 W高压钠灯的输出光通量为16000 Lm，但在人行道上仅达到6000 Lm。路面的照度约为30〜40 Lx。由于显色系数的差异，LED的照度校正系数为2.35倍，高压钠灯的校正系数为0.94倍。因此，在对100 W LED进行校正后，地面的照度为37.6 Lx，而高压钠灯的校正后的照度为28.2〜37.6 Lx，两者是等效的。因此，一个100 W的LED可以代替大约200 W的高压钠灯。从实际的发光效果来看，该LED灯要比高压钠灯好得多。

3灯泡布置示例

宁强至棋盘关公路隧道照明设计采用新型LED隧道专用照明灯替代了原设计的高压钠灯，总照明功率是原设计的0.6倍，节省了40％。照明布置为：

基本型截面灯布置：采用间距为12.0 m（水泥路面）的60 W LED隧道专用灯，间距为12.0 m（沥青路面）的110 W LED隧道专用灯。

介绍分段灯布置：使用140 W LED隧道专用灯加强照明，间隔为0.6 m。

过渡段Ⅰ的灯具布置：采用140 W LED隧道专用灯加强照明，距离为2.0 m。

第二过渡段的灯具布局：140 W LED隧道专用灯用于增强照明，距离为8.0 m。

出口部分：每个基本照明部分