隧道入口段太阳光直接照明的光能分析
公路隧道太阳能照明的研究
毛明科 丁一 （ 汉纺织大 学 电子信 息工程学 院 湖北武 汉 武
４０７ ） ３ ０ ３
摘 要： 在公路隧 道的运 营费用 当中， 照明 占 了 大的比 饲。 很 本文介 绍的公路 隧道 照明 系统是采 用 节能环保 的太 阳能Ｌ Ｄ Ｅ 照明 ， 用基于 使 Ｃ 现 场总线 的分布式控 制 ， ＡＮ 这样 既 节省 了成 本， 又提 高 了对 隧道 交通的服 务质量 。 关键词 ： 公路隧道 太 阳能 Ｌ Ｄ Ｃ ￣ 场总线 Ｅ ＡＮ １ ￣ 中 图分 类 号 ： ４ Ｕ ５ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ２ ７ １ ２ ］ ） ５ｂ 一 ０ ２ １ １ ７ —３ ９ （ ０ ０ ０ （） ０ ０ —０ 当 今 社 会 ， 能 与 环 保 是 人 们 最 为 关 节 注 的两 大 问题 。 传 统 能 源不 断 枯 竭 ， 在 以及 它 们 所 带 来 污 染 的 同 时 ， 求 一 种 可 再 生 寻 的 环保 的 新 能 源 是 迫 不 及 待 的 任 务 ， 太 而 阳 能正 是 在 这 种 背 景 下 应 运 而 生 。 着 经 随 济 的快 速 发 展 ， 们 对 用 电量 也 在 不 断 的 我 提 高 ， 阳 能 发 电 将 会 在 未 来 对 用 电 紧 张 太 的 状 况 得 以缓 解 。 目前 ， 在 推广 及 使 用 的 正 太 阳 能 照 明 就 是 解 决 这 一 状 况 的 主 要 途 径 。 公路 隧 道 的 照 明 中 ， 果 引用 这 种 太 在 如 阳能 Ｌ Ｄ照 明 ， 通 过 上 位 机 进 行 远 程 监 Ｅ 并 控 ， 将 会 降 低 整个 工 程 的 运 营 成本 、 少 这 减 交 通 事 故等 。
１ 公路隧道照 明的背景
隧道入口段直接反射式太阳光照明的仿真设计
隧道入口段直接反射式太阳光照明的仿真设计引言截至2017年底，全国公路隧道为16 229处[1]。
由于隧道的特殊构造以及人眼的视觉效应，隧道照明不同于一般的道路照明，必须通过特殊的照明设计减轻甚至消除“黑洞效应”的影响，以确保行车安全，而与之相应的是隧道照明能耗问题日益突出。
隧道入口段位于洞外亮环境与洞内暗环境的交界处，对照明的要求最高。
隧道入口段也是最接近外界亮环境的路段，如果能将外界的太阳光引入隧道入口段进行照明，则既可以实现隧道照明的节能[2]，又可以实现洞内亮度与洞外亮度的自然匹配。
目前隧道采用太阳光进行直接照明的方法主要有光纤太阳光照明以及导光管照明。
但是光纤太阳光照明主要存在控制精度要求高、光能耦合效率低、建设成本高等问题[3-7]；而导光管照明主要存在系统集光面积小、反射次数多导致整体效率极低、安装改变隧道结构等问题[8,9]。
利用反射镜将隧道外太阳光直接反射入隧道内进行隧道照明，则是一种更为直接的隧道照明方法[10]。
本文提出采用一次或几次反射的方式，直接利用太阳光实现隧道入口段路面增强照明。
1.5.1 根际土采集在2013年5月(苗期)、7月(抽雄期)、8月(灌浆期)和9月(成熟期)采用5点法采集玉米根际0～25 cm土样，每个处理3个重复，将相同重复处理土样均匀混合后分成2份装入无菌塑料袋中，低温迅速带回实验室。
1份土样进行土壤酶活性的测定，另1份新鲜土样迅速进行3大土壤微生物数量计数。
1 直接反射式太阳光照明系统直接反射式照明系统主要由单面反射镜以及阳光跟踪装置组成。
由于太阳光是时刻变化的，为保证系统输出的光能达到最强，需要对反射镜进行二维控制将阳光投射入洞内进行照明。
但阳光的光能过于集中，需要对其进行发散后才能用于路面照明。
图 1是采用凹面反射镜对收集的太阳光直接对路面进行发散照明的方式；图 2是在隧道拱顶涂覆漫反射涂层的方式，通过平面镜将光线投射至拱顶经过其发散作用实现路面照明。
新能源在隧道照明中的应用如何
新能源在隧道照明中的应用如何在当今社会，随着能源需求的不断增长和环境保护意识的日益增强，新能源的开发和应用成为了热门话题。
在众多领域中，隧道照明也迎来了新能源应用的变革。
那么，新能源在隧道照明中的应用到底如何呢？首先，让我们来了解一下常见的新能源类型。
太阳能、风能、水能等可再生能源是目前备受关注的领域。
太阳能作为最为常见的新能源之一，其在隧道照明中的应用潜力巨大。
通过太阳能电池板将阳光转化为电能，并存储起来供隧道照明使用，这一方式具有诸多优点。
太阳能在隧道照明中的应用具有显著的优势。
其一，太阳能是一种取之不尽、用之不竭的能源，只要有阳光照射，就能够产生电能。
这对于隧道照明来说，意味着长期稳定的能源供应，减少了对传统电网的依赖。
其二，太阳能的安装相对灵活，可以根据隧道的地理位置和光照条件进行合理布局，充分利用自然资源。
例如，在隧道口或者隧道周边开阔地带安装太阳能电池板，能够最大程度地接收阳光。
然而，太阳能在隧道照明中的应用也面临一些挑战。
天气条件是一个重要的影响因素。
在阴雨天气或者夜晚，太阳能电池板无法有效地产生电能，这就需要配备足够容量的储能设备来保障照明的连续性。
另外，太阳能电池板的成本较高，初期投资较大，这在一定程度上限制了其大规模应用。
除了太阳能，风能在隧道照明中也有一定的应用前景。
在一些风力资源丰富的地区，可以利用风力发电机为隧道照明提供电能。
风能的优势在于不受昼夜和天气条件的限制，只要有风就能发电。
但同时，风能的稳定性相对较差，并且风力发电机的安装和维护成本也较高。
水能在隧道照明中的应用相对较少，主要是因为隧道周边通常不具备大规模开发水能的条件。
但在一些特殊的地理环境中，如靠近小型水电站的隧道，也可以考虑利用水能来为照明系统供电。
新能源在隧道照明中的应用，不仅带来了能源供应方式的改变，还在节能环保方面发挥了重要作用。
传统的隧道照明通常依赖于电网供电，而电网中的电能大部分来自于化石能源的燃烧，这会产生大量的二氧化碳等温室气体，对环境造成不利影响。
短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势分析
短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势分析太阳光光纤照明技术具有环保节能的优势。
太阳光是可再生的能源，不会对环境造成污染。
相比传统的照明方式，如白炽灯和荧光灯等，太阳光光纤照明技术无需额外消耗能源，不会产生废气和废水等污染物，具有较低的能源消耗和碳排放量，有利于减少能源的浪费，减少对环境的污染。
太阳光光纤照明技术具有稳定可靠的优势。
太阳光光纤照明系统通过太阳能电池板将太阳光转化为电能，然后将电能储存于电池中，以供隧道内的照明使用。
这种系统具有自动充电和自动发光的功能，不受电网供电受限，不会受到突发停电等问题的影响。
太阳光光纤照明系统不需要频繁更换灯泡，相对传统照明方式具有较长的使用寿命，降低了维护成本和频率，提高了系统的可靠性和稳定性。
太阳光光纤照明技术具有灵活性和安全性的优势。
太阳光光纤可以通过光纤光束进行传输，可以在隧道内的无数个小点进行照明，而不是像传统的照明方式那样在隧道壁上安装许多灯泡。
这样的设计使得太阳光光纤照明系统更加灵活，可以根据实际需要进行定制。
太阳光光纤照明技术的光源隐藏在太阳能电池板中，无线电波辐射较小，减少了对人体健康的影响，提高了工作人员的安全性。
太阳光光纤照明技术具有美观的优势。
太阳光光纤可以根据需要发出不同的颜色和亮度的光，可以根据设计师的要求打造各种各样的照明效果，大大提升了隧道的美观度。
并且，太阳光光纤照明系统的光源可以隐藏在太阳能电池板中，不会破坏隧道的整体设计和美感。
短隧道采用太阳光光纤照明技术具有环保节能、稳定可靠、灵活性、安全性和美观等诸多优势。
随着太阳光光纤照明技术的不断进步和应用，相信它将会在未来得到更广泛的推广和应用，为短隧道的照明需求提供更好的解决方案。
公路隧道入口段光伏供电照明的投资与降碳效益分析
摘要:投资效益决定了公路隧道太阳能光伏供电系统的经济可行性，也影响着建设单位的投资积极性。
本文以一级公路隧道洞口段照明系统利用光伏供电模式为例,介绍了其投资成本构成，包括太阳能光伏组件成本、蓄电池采购和更新成本等，根据投资回收期分析，光伏供电模式的投资回收期约为10年；然后介绍了蓄电池容量和并联数、太阳能组件串联数、日发电量、并联数和方阵功率计算方法；最后得出结论，光伏供电模式体现了良好的降碳和环保效益。
1工程概况某一级公路隧道位于浙江省绍兴市，设计速度为80km∕h,左线里程为Kll+329〜Kll+987,长658m,右线里程为Kll+363-Kll+866,长503n‰以该隧道右洞作为研究对象，其灯具在入口段和出口段采用两侧对称布设方式，灯具安装在两侧电缆桥架上，加强段灯采用功率为150W.80W>40W 的1.ED 灯，设置4个回路，分别为基本照明回路ZA 、YA 以及加强照明回路C 、Do 入口段灯具平面布置图如图1,出口段灯具平面布置图如图2所示。
入11fil248m图1入口段灯具平面布置图0«0SE30,ΔSF30OBE OeWOeZOω00«F0«0SRZA4∙YA4∙出因呈H更凶S-FJS1.WM1.F巨冈县H JS1.®圆FJS1.BOs-F5*2,4∙12m8ms38E308区OnVEOeBO∞V 1.08凶08七Oe冈8β08WOBHZA7∙YA7∙o®0︒8E 08凶08E 08忸︒8七0®r0«F ︒8E0∞F80︒8七6B6・ZA∙YA∙OB ︹I>OeF o®0︒8H200∞F8凶OBr8W 08力OeW08E7,17l∙12m 法道中技»b优显F巨凶呈,»窗呈F »&0ς-F 管冈虽力N。
出冈区F 斗区mF »闻员力xb 凶mR »同S-H »1.WoSG图2出口段灯具平面布置图根据入口段及出口段的灯具布置图统计得到各照明回路对应的灯具数量和功率，见表I o表1出入口段各回路的灯具数量和功率照明段照明回路 灯具数量 灯具功率/W 备注加强照明C24 150 各网路开通时段 入口段1加强照明D 24 150 加强照明C 基本照明ZA 4 50 (7:00~19:00) 基本照明YA 4 50 加强照明D加强照明C24 80(9:00~17:00)入口段2加强照明D 24 80基本照明YA 4 50 基本照明ZA 加强照明C 8 80 (6:00-22:00)加强照明D8 80 基本照明YA 出口段基本照明ZA 5 50 （24小时开通）基本照明YA550设定光伏发电系统仅为出入口段的加强照明回路C 和D 供电，先分别计算出两个回路上所有加强灯的功率，再根据照明回路开通时间，得到两个回路的用电量，最后得到日用电量123.2kW∙h,见表2o表2洞口段加强照明日用电量照明网路 功率和/W工作时长/h 用电量ZkWh加强照明C24×150+24×80+8×80=6160 12 73.92 加强照明D24×150+24×80+8×80=6160849.28 总和123.20磁道中成..11I ；12411∙ 26≈12m工程投资分析基于光伏供电模式的公路隧道洞口段照明系统包含太阳能光伏组件、太阳能充放电控制器、蓄电池、功率表、加强照明回路灯具等（图3）。
短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势分析
短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势分析
太阳光光纤照明技术是一种新型的光源，它利用太阳光能够经过光纤直接传输光线到光点，实现采光照明。
在短隧道的采光照明中采用这种技术有以下优势。
一、能够提高能源利用率
太阳光光纤照明技术在采光照明中利用自然光，避免了传统照明方式中的额外耗能，因此能够大幅提高能源利用率，减少照明能耗。
同时，采用太阳光光纤照明技术的短隧道还能避免夜间因照明需求而额外消耗能源的情况。
二、有利于环保
太阳光光纤照明技术的应用与自然光协同运用，减少了对环境的污染，符合现代社会对环保的要求。
相比较传统的人工智能照明方式，太阳光光纤照明技术不需要使用电能，减轻了公共基础设施对非可再生能源的依赖，同时对环境进行保护。
三、提高照明效果
传统的照明方式在照明效果方面往往存在不稳定、失真、光照不均匀等情况。
而太阳光光纤照明技术利用太阳光采光照明，其光线柔和、明亮、照射范围广阔且不会产生过度的光线闪烁，因此提高了照明效果，增强了照明观感。
四、降低运维成本
太阳光光纤照明技术不需要像传统的人工智能照明方式一样需要更换能源设施和维护设备。
其维护成本较低，能够有效地降低运维成本。
五、提高工作效率
短隧道采用太阳光光纤照明技术后，其光线柔和、明亮、照射范围广阔。
这不仅增强了照明效果，还有助于减轻驾驶员的疲劳感，提高工作效率并保证了行车安全。
因而，这种技术在道路交通领域的应用前景广阔。
总之，太阳光光纤照明技术在短隧道的采光照明中有多方面的优势，包括：提高能源利用率、有利于环保、提高照明效果、降低运维成本和提高工作效率等。
这种技术将会在未来的采光照明领域得到广泛的应用。
短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势分析
短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势分析隧道是现代城市交通建设重要组成部分，对于城市交通的畅通和安全起着至关重要的作用。
为了确保隧道内的灯光能够清晰明亮、节能环保，采用太阳光光纤照明技术成为现如今隧道照明的主要手段之一。
随着科技的不断发展，太阳光光纤照明技术已经成熟并应用到了短隧道的照明中。
本文将对短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势进行分析。
一、节能环保短隧道采用太阳光光纤照明技术的首要优势就是节能环保。
在现代社会，节能减排是一个永恒的话题。
传统的隧道照明设施主要依靠电能供给，耗电量大、成本高。
而采用太阳光光纤照明技术的照明系统可以最大限度地利用太阳能资源，将太阳光直接导入隧道内，实现光线的照明作用。
这样不仅可以减少对传统能源的依赖，还可以降低运营成本，满足节能减排的需求，有利于环境的改善。
二、安全可靠短隧道采用太阳光光纤照明技术的另一个优势在于其安全可靠性。
太阳光光纤照明技术可以确保隧道内的光线清晰明亮，提高车辆和行人的可见度，从而增加交通的安全性。
与传统的照明设施相比，太阳光光纤照明技术不会因为供电不稳定或者灯泡损坏导致照明出现问题，保证了隧道内的持续照明和安全通行。
三、维护成本低短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势之一还在于其维护成本低。
传统的隧道照明设施在运行过程中需要经常更换灯泡和维护设备，这不仅需要耗费人力物力，还增加了运营成本。
而太阳光光纤照明技术可以大大减少这些维护成本，光纤照明设备寿命长、稳定性强，避免了频繁维护的情况，保证了照明设施的持续运行和运营成本的降低。
四、美化环境短隧道采用太阳光光纤照明技术的另一个优势在于其美化环境的效果。
光纤照明技术可以通过灯光的变换和控制，创造出多种多样的光影效果，使得隧道内部的灯光更加柔和、舒适、美观。
这不仅可以提升隧道内部的整体环境氛围，还可以为市民和游客提供更加舒适的通行空间，提高城市形象和品位。
五、具有良好的应用前景随着科技的不断发展和社会的不断进步，太阳光光纤照明技术在照明行业中应用的前景广阔。
短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势分析
短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势分析短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势之一在于其绿色环保。
太阳光光纤照明系统通过在隧道顶部设置太阳能集热板，将太阳能转换为电能，再通过光纤传输光线到隧道内部，实现照明的目的。
相比传统的照明系统，太阳光光纤照明系统不需要额外的电力供应，不会产生二氧化碳等污染物，具有零排放的优点。
在当前全球注重环保的大背景下，绿色环保的照明系统得到了越来越多的关注和应用。
短隧道采用太阳光光纤照明技术还具有节能高效的优势。
隧道照明系统一直是交通能耗的大头，而太阳光光纤照明系统因为利用太阳能进行光线照明，从根本上解决了能耗过高的问题。
白天太阳充足时，太阳光光纤系统可以完全使用太阳能进行照明，无需消耗电能；而在夜晚或阴雨天气，也可以通过储存能量进行照明，从而节约大量的电力资源。
据统计，相比传统的隧道照明系统，短隧道采用太阳光光纤照明技术每年能够节约能耗达到50%以上。
短隧道采用太阳光光纤照明技术还具有安全性高的优势。
相比传统照明系统的路灯模式，太阳光光纤照明系统可以实现全方位的均匀照明，消除了明暗对比造成的视觉疲劳和盲区，提高了行车安全。
特别是在进出口处，太阳光光纤照明系统能够有效减缓光线的变化，让过渡更加平稳，为驾驶员提供更好的行车体验和安全保障。
太阳光光纤照明系统还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，大大减少了隧道照明系统的故障率和事故风险。
短隧道采用太阳光光纤照明技术还具有良好的舒适度和美观度。
太阳光光纤照明系统通过光纤传输光线，可以将太阳光自然的洒满整个隧道，保持充足的自然光照，不仅提高了隧道内的亮度，也让驾驶员感受到更加舒适的行车环境。
太阳光光纤照明系统还能实现多彩的动态变化效果，不仅可以提高视觉效果，也可以为隧道增添一道独特的景观。
从而改善了驾驶员的行车体验，提高了隧道的整体美观度。
短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势明显，不仅绿色环保、节能高效，还具有安全性高、舒适度好和美观度高的特点。
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隧道入口段太阳光直接照明的光能分析摘要：针对隧道照明能耗过高、入口段前半段能耗比重大的问题，提出利用反射镜直接反射太阳光进行隧道入口段前半段照明的方案。
根据太阳辐射计算方法和太阳光谱分布，分析反射镜接收到的太阳辐射强度与光通量之间的关系。
并以贵州某地的太阳辐射强度分布为例，得出利用太阳光反射进行隧道入口段前半段照明所需的系统规模大小，从光能利用和系统规模角度说明采用该方案进行隧道入口段前半段照明的可行性。
关键词：隧道照明；太阳光；辐射强度；反射镜；节能减排引言近年来，随着我国经济建设的快速发展，高速公路逐年增多。
根据交通部数据统计，截止2012年底，我国公路总里程达到423.75万km，隧道达到1万余处，总长805万m[1-2]。
与公路隧道建设同步的是隧道能耗问题日益突出，据重庆市公路隧道用电量统计表明，隧道每公里年电费为40余万元，按此推算，全国公路隧道年电费高达32亿元，其中照明负荷以总负荷30%左右的比重，成为公路隧道运营中的最大开支[3-4]，而隧道入口段的加强照明又占了照明总能耗的40%左右。
2014年8月，交通部颁布了《公路隧道照明设计细则》，新《细则》在原来《公路隧道通风照明设计规范》的基础上提出将隧道入口段分为两段，前半段的亮度标准是后半段的两倍[5-6]，这一划分既符合人眼的隧道行车视觉特性，也在一定程度上降低了隧道入口段的照明能耗。
尽管新《细则》在保证安全前提下对降低隧道入口段的能耗起到了极大的促进作用，但由于隧道入口段的前半段仍是整个隧道照明中的重点，占隧道照明总能耗的25%左右，因此如何有效降低该段照明能耗，依然是隧道照明节能研究的重点。
太阳光是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源， LED是目前最为高效节能的新一代照明光源，因此将这二者结合的太阳能LED成为照明领域的热点。
但是太阳能LED照明需要经历两次能源转换，即利用光伏技术先将太阳能转变成电能，再利用LED技术将电能转换为光能，在现在的技术条件下，太阳能光伏的光电转换效率约在20%左右、而LED电光转换效率也在30%以下[7-8]。
经过这样两次转换，太阳能的实际利用率不到10%，因此在太阳能LED照明技术中太阳能并没有得到充分利用。
此外目前光伏发电与LED照明都还是比较昂贵，若将这两者结合，其照明成本必然更加高昂。
与太阳能LED照明相比，太阳能直接照明不仅可以避免太阳能LED 照明中存在的二次转换问题、大幅度提高太阳能的利用率，还可以大幅度降低照明成本，已成为绿色照明的一个重要分支，为降低隧道照明能耗、降低照明成本，实现绿色交通、提高节能效率具有极大社会经济效益。
目前太阳光照明在建筑上的应用已有不少研究，其主要方式有光纤照明、光导管照明等[9-12]，这些照明方式在太阳光的采集、耦合与传输上均存在较大的能量衰减，因此照明效果有限，难以达到隧道照明的要求，加之用于传输光能的光纤成本很高，难以在隧道大面积推广。
考虑到隧道入口段是紧靠洞口位置、距洞口仅三四十米距离的区段，其空间位置最有可能直接利用太阳光照明。
但如何攻克太阳光利用的效率瓶颈、降低系统成本，是解决太阳光隧道照明的关键。
考虑到反射镜的特殊性能、结合隧道入口段的位置特点，如果可以利用反射镜系统将太阳光直接反射进行隧道入口段前半段，则有望突破这一瓶颈。
而突破这一瓶颈的关键必须解决以下三方面的问题：1)射入隧道入口段前半段的太阳光能否达到隧道照明要求——须从理论上对太阳光能和反射系统的传输能量进行分析；2)如何解决大货车等障碍物对入射光的遮挡问题——须采用光线跟踪和空间光学设计方法进行系统的可行性设计；3)如何实现经济高效的太阳光隧道照明反射系统——须进行带有太阳光跟踪系统的反射镜照明系统设计。
本文针对其中的第一个问题进行分析论证。
由于太阳的运行轨道在一天不同时刻相对地面照明的高度和角度不同，而隧道照明则有固定的国家标准值，能否保证太阳轨迹变化时、投射进隧道入口段的光强能够满足隧道照明的需要，必须要从理论上对太阳辐射能量和反射镜系统所能传输的能量进行分析。
本文就是根据隧道入口段前半段的照明要求和特点，结合洞外亮度对隧道入口段照明的影响，分析太阳辐射的特点，从辐射度学与光度学的原理出发，分析太阳辐射光谱中利用可见光的直接反射进行隧道照明的可能性，得出反射系统的规模及适用性条件，从而从能量角度说明利用太阳光进行隧道入口段前半段照明的可行性。
1 太阳运行轨迹与地面辐射强度地球上大气顶的太阳辐射能量由太阳对地球的天文位置决定，其位置不同，太阳高度和入射角度在时间和空间上均不同，此外，由于地球自转轴与地球公转轨道之间有一个倾角，所以到达地球的太阳辐射量除昼夜和季节的变化外，还存在地区的差异。
根据布吉-朗伯定律，在水平面上的辐射强度I是与太阳高度角h的正弦或天顶角z的余弦成正比(如图1所示)[13]，即图1 太阳辐射强度示意图Fig.1 Sketch map of Solar radiation intensityI=I0sinh=I0cosz(1)设φ为地理纬度，δ为太阳赤纬，ω为时角，根据天球坐标系统中的球面三角关系，可以得到太阳高度与地理纬度、太阳赤纬有时角之间的关系为sinh=sinφsinδ+cosφcosδcosω(2)结合一年中不同时间由于日地距离不同引起的大气上界辐射强度不同，地球上天文辐射强度可表示为(sinφsinδ+cosφcosδcosω)(3)式中，I0为太阳常数，其值为表示日地平均距离。
地球表面的太阳辐射强度与大气的透明系数P和光线透过的大气质量m有关，在忽略地球曲率的影响时，大气质量。
地球表面的太阳辐射强度由太阳直接辐射强度、太阳散射辐射强度组成，考虑一般情况，当照射平面为倾斜面时，其太阳辐射强度还包括倾斜面上所获得的地面反射辐射强度，即倾斜面上的总辐射强度为Iθ=IDθ+Idθ+IRθ(4)其中θ为倾斜面与地面水平面的夹角，Iθ表示倾斜面上的总太阳辐射强度，IDθ表示倾斜面上太阳直射辐射强度，Idθ表示倾斜面上太阳散射辐射强度，IRθ表示倾斜面上所获得的地面反射辐射强度。
由于地面上法向太阳辐射强度IDN=Ipm，根据倾斜面、水平面及太阳直射强度角度之间的关系，可得倾斜面上太阳直射辐射强度IDθ为IDθ=Ipmcosi(5)其中cosi=cosθsinh+sinθcoshcos(a-γ)(6)式中， a——太阳方位角，单位为(°)γ——反射镜方位角，单位为(°)；倾斜面上太阳散射辐射强度Idθ为(7)倾斜面上所获得的地面反射辐射强度IRθ为(8)式中，ρ为自然表面对太阳辐射的反射率，不同的反射表面对太阳辐射的反射率不同。
通常，太阳散射辐射强度远小于太阳直射辐射强度，在晴朗的晴天利用太阳光的反射直接进行照明时，通常反射面离地面有一定的距离，因此只需考虑太阳直射辐射中的可见光对需照射区域的影响即可。
2 隧道入口段的太阳光反射照明分析图2为利用太阳光反射进行隧道入口段照明的示意图。
反射镜与地面的夹角为θ，太阳入射角为i，h为太阳高度角。
图2 隧道照明示意图Fig.2 Sketch map of tunnel lighting根据上节所述，入射到反射镜的太阳直接辐射强度为IDθ=I0(sinφsinδ+cosφcosδcosω)pmcosi(9)其中，太阳赤纬δ可用式(10)计算：(10)时角ω可用式(11)计算，并规定上午时角为负，下午时角为正。
(11)式中，L——当地的经度，单位为(°)；Ls——当地地区标准时所根据的经度；±——对于东半球，取正；对于西半球，取负；e——时差，表示真太阳时与钟表指示时间(平太阳时)之间的差值，可由式(12)表示：e=9.87sin2B-7.53cosB-1.5sinB(12)其中，(13)由于隧道照明所需的是由反射镜直接反射过去的可见光，因此需要分析照射到反射镜的可见光辐射强度。
根据如图3所示的太阳辐射光谱分布，可以由式(9)～式(13)和图3得到照射到任一倾斜反射镜上的可见光辐射强度，亦可得在该可见光辐射强度下的太阳光可见光波段的光谱辐射通量分布Φe(λ)。
图3 太阳辐射光谱分布Fig.3 The spectrum of solar radiation intensity由于人眼只能感受可见光波段内的辐射能量，白天隧道入口段前半段照明的亮度通常在几十流明，属于人眼的明视觉范围，在明视觉条件下，根据光谱光通量与光谱辐射通量之间的关系[14]，且假定反射镜对可见光的反射率为ρ，则在该地区不同时刻由该反射镜单位面积所反射的光通量为φe(λ)dλ(14)式中，V(λ)是明视觉条件下眼睛对可见光不同波长辐射的光谱光视函数。
根据《公路隧道照明设计细则》规定，隧道入口段半前段的亮度由洞外亮度及当地交通量及设计速度决定，并且规定洞内两侧墙面2m高范围内的平均亮度不宜低于路面平均亮度的60%，由此可得不同洞外亮度及交通量和设计车速下达到隧道入口段照明所需的光通量φt，结合式(14)的结论，可得在满足隧道入口段照明需求时，所需反射镜的系统大小，即反射镜的面积(15)式中，τ为太阳光在空气中传输的衰减率。
在具体计算中，根据式(9)～式(14)，反射镜的系统大小应与反射镜的倾斜、反射系数、当地太阳天文辐射强度存在一定的关系，即S=f(θ,ρ,I)(16)为进一步分析太阳光直接反射进行隧道入口段照明的可行性，以贵州某地7月21日的太阳辐射为例，该地地理位置经度为东经107.87°，纬度为北纬28.54°，该日的时差e=-6.4min，假定某一反射面的倾角为30°，则由式(9)～式(13)可得该地自8:00点至18:00点照射到该反射面的太阳光直射辐射强度的分布如图4所示。
图4 该地白天照射到反射面的太阳直射辐射强度(θ=30°)Fig.4 The solar direct radiation intensity on reflector(θ=30°)由于一天不同时刻太阳辐射强度不同，则意味着在不同时刻反射镜所反射的光通量就不同，如果反射镜带有太阳跟踪系统，可以保证其倾角和方位角一直能接收到该时刻的最大辐射光通量，图5显示了不带太阳跟踪系统的反射镜和带太阳跟踪系统的反射镜在一天不同时刻所反射的光通量，假定该反射面对可见光的反射率为0.6。
从图5中可见，当反射镜带有太阳跟踪系统时，该反射镜的反射角与太阳高度角和方位角保持实时一致，与未带跟踪系统的反射镜相比，其反射的光通量可提高20%左右，将其用于具体工程时，可以提高太阳光的利用率，从而减少反射镜系统的规模。
图5 太阳跟踪系统对反射镜反射光通量的比较Fig.5 The comparison of reflected luminous fluxwith and without tracking system如果将该反射镜用于某一四车道隧道照明，该隧道的设计车速为80km/h，在上午9点取洞外亮度取3000cd/m2时，根据《公路隧道照明设计细则》，隧道入口段前半段所需的光通量约(包括两侧2m高范围内照明所需的光通量)为727650lm，要使该反射镜的反射光能满足该段照明要求，由式(15)可以确定需要的反射镜的系统大小约8m2；在中午时分，随着太阳高度角的增加，反射光通量也增加，该系统可以提供更多的光通量用于隧道照明，但同时，由于洞外亮度增加，隧道入口段所需的光通量亦随之增加，通过对该反射镜进行合理的系统方位角布置，可以实现隧道入口段科学合理的照明，图6是反射镜进行隧道入口段照明的仿真效果图，该结果显示用反射镜可以较好地实现隧道照明，其光场分布满足新《细则》分段照明、每段照明亮度一致的规定，该分布效果亦由反射镜的反射原理决定。