روشنایی راه ها و جاده ها
این مطلب قصد دارد تا سیستم روشنایی راه ها و جاده ها را بررسی نماید. معابر، راه ها و جادهها بخش مهمی از زیر‌ساخت‌های شهری به شمار می‌روند و به منظور فعالیت های اقتصادی و جابجایی شهروندان در سطح شهر و خارج آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. چراغ‌ها با منابع نوری LED به منظور كاهش مصرف انرژی و اثرات زیست محیطی و حفظ كیفیت روشنایی مناسب و استاندارد برای فضای مذكور، راه حل مناسبی است. این منابع نوری قادرند تا نور را با شاخص نمود رنگ بهتری نسبت به منابع نوری سنتی تولید كنند كه به نور خورشید نزدیک‌تر است.
مزایای اصلی استفاده از منابع نوری LED
از مزایای اصلی استفاده از منابع نوری LED در روشنایی راهها و جادهها و در كل روشنایی فضای آزاد می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- افزایش طول عمر و كاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات
- صرفه جویی در انرژی مصرفی و هزینه اقتصادی
- افزایش قابلیت كنترل و مانیتورینگ (سیستم های هوشمند)
- راه‌اندازی سریع و عدم حساسیت به سوئیچینگ
- قابلیت طراحی متنوع چراغ و دستیابی به پخش نور‌های مناسب با استفاده از لنز
یكی از روش های كاهش مصرف انرژی در سیستم های روشنایی جادهها و راهها، خاموش كردن یك در میان چراغ معابر است. اما این موضوع باعث كاهش یكنواختی سطح جادهها و اتوبان‌ها می‌شود. در نهایت احتمال تصادف و خطر را نیز افزایش میدهد. استفاده از منابع نوری LED سبب افزایش ایمنی جادهها نیز می‌شود. تعداد زیادی از حوادث بزرگراه‌ها در غروب و یا قبل از سپیده‌دم رخ میدهد. این یعنی دقیقا زمانی که وضعیت روشنایی به سرعت در حال تغییر است. مهندسان کنترل ترافیک با استفاده از سیستم‌های روشنایی مجهز به منابع نوری LED یک پاسخ تقریبا فوری و مطابق تغییر شرایط آب و هوایی یا شرایط نور روز را فراهم می‌كنند، كه این موضوع تاثیر بسزایی در كاهش حوادث خواهد داشت.
تعاریف مهم در طراحی سیستم روشنایی راهها و جادهها
در طراحی سیستم روشنایی راهها و جادهها برخی از اصطلاحات و تعاریف از اهیمت بیشتری برخوردارند. در ادامه این موارد با تعریف آنها بررسی می شوند:
درخشندگی Luminance (Lav): بازتاب نور از سطح اجسام (جاده) در چشم ناظر را درخشندگی گویند كه واحد آن cd/m2 است.
یكنواختی درخشندگی (Uo): نسبت حداقل درخشندگی به متوسط درخشندگی در سطح معبر
یكنواختی طولی درخشندگی (UL): نسبت حداقل درخشندگی به حداكثر درخشندگی در یك خط طولی در راستای حركت خودرو
آستانه افزایش خیرگی (Ti): معیاری جهت سنجش میزان كاهش دید ناشی از خیرگی ایجاد شده توسط چراغ‌های معابر
ضریب محیطی (SR): نسبت شدت روشنایی متوسط در باریكه كنار معبر (پیاده‌رو)، به شدت روشنایی متوسط در باریكه داخل معبر (كناری‌ترین مسیر عبوری وسایل نقلیه) ضریب محیطی نام دارد.
تقسیم بندی راه های شهری
راه ها و منابع شهری در سیستم روشنایی راهها و جادهها، تقسیم بندی‌هایی را از لحاظ اصول شهری دارند كه در ادامه توضیح داده می‌شوند:
- معابر شریانی درجه 1: این معابر شامل آزادراه‌ها، بزرگراه های دو طرفه با عرض بیشتر از 11×2 متر و راه های عبوری خارج از شهر است.
- معابر شریانی درجه 2 اصلی: این معابر شامل راههای یک طرفه تا عرض 15 متر و دو طرفه تا عرض 11×2 درون شهری است به طوری که خیابان‌های مهم‌تر شهری با طول و حجم ترافیک بیشتر در شبکه اصلی ارتباطی درون شهری را شامل می‌شود.
- معابر شریانی درجه 2 فرعی: مانند درجه 2 اصلی با این تفاوت که خیابان های کم‌‌اهمیت با طول کوتاه‌تر و حجم ترافیک کمتر را شامل می‌شود.
- معابر محلی: این معابر شامل کوچه ها، راه های منطه های مسکونی و راههای دسترسی که مناطق مسکونی، تجاری و صنعتی با ترافیک کم را به راههای شریانی درجه 2 متصل می‌کند، می‌شود.
انواع آرایش نصب پایه چراغ در راهها و معابر
در معابر مختلف با درنظر گرفتن عواملی همچون یک طرفه یا دوطرفه بودن معبر، عرض معبر، میزان رفت آمد عابر پیاده و همچنین نوع چراغ و توان نوری آن، می‌توان از یك یا چند مورد از انواع آرایش نصب پایه و چراغ استفاده كرد. دقت به این نكته حائز اهمیت است كه عدم انتخاب بهینه و چیدمان اشتباه، می‌تواند به شدت در هزینه سرمایه گزاری اولیه و حتی افزایش خطر و كاهش ایمنی به دلیل افزایش احتمال برخورد با موانع (در صورت افزایش تعداد پایه) اثرگذار باشد.
نحوه آرایش نصب پایه چراغ در راهها و معابر به چهار صورت انجام می‌گیرد:
- آرایش نصب در یک طرف
- آرایش نصب زیگزاگ
- آرایش نصب روبرو
- آرایش نصب در وسط
ارتفاع پایه‌های روشنایی برای روشنایی معابر
برای استفاده در راه های شریانی درجه 1 باید مواردی كه در ادامه می‌آیند را در نظر گرفت. در راه های با بیش از 3 باند حرکتی، پایه 12 تا 15 متری
در راههای با سه باند حرکتی و کمتر، پایه های 12 متری و در رمپ و لوپ ها (راه های اتصالی) پایه 10 متری استفاده شود. همچنین در راه های شریانی درجه 2 پایه 12 متری برای راه های عریض و با حجم عبور و مرور زیاد و پایه 8 یا 10 متری برای راه هایی که ارتفاع بیشتر سبب ناهمگونی گردد، مورد استفاده واقع می شود. در راه های محلی پایه های 4، 5 و 6 متری با رعایت ملاحظات زیبایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
كلاس‌های روشنایی برای راههای شریانی
در جدول زیر كه برگرفته از استاندارد و مشخصات فنی عمومی و اجرایی روشنایی راهها (نشریه 614) است، كلاس‌های روشنایی برای راههای شریانی ارائه شده است.
روشنایی هوشمند در سیستم روشنایی راه ها و جاده ها
افزایش قابلیت كنترل بر روی سیستم روشنایی در راهها، از مزایای منابع نوری LED است. در توضیح اهمیت كنترل سیستم روشنایی باید اذعان نمود كه مدیریت شهری، بدون کنترل و نظارت بر فضای ترافیكی شهری و بین شهری دچار نقص خواهد بود، چرا كه به واسطه افزایش حجم نیازمندی‌‌های بشر، (ساخت معابر متعدد، زیرگذرها و تونل‌ها) برای استفاده بهینه و کامل از امکانات فضای بوجود آمده، قابلیت كنترل ضرورتی اجتناب ناپذیر است.
تجهیزات لازم به منظور بهره‌گیری از یك سیستم هوشمند در روشنایی خیابانی عبارتند از:
- نرم‌افزار كنترلی
- آشكار‌ساز‌ها و سنسورها
- درایور هوشمند
نرم‌افزار كنترلی در سیستم هوشمند روشنایی معابر
نرم‌افزار جامع سیستم، باید قابلیت نمایش پلانی از محل را داشته باشد تا امكان كنترل تجهیزات از راه دور به آسانی فراهم شود. این نرم‌افزار قابلیت تست و آمارگیری ساعتی، روزانه، هفتگی و ماهیانه و غیره را دارد. همچنین قابلیت برنامه‌ریزی مستمر برای اجرای سناریو‌های مختلف را دارد.
آشكار‌ساز و سنسورها در سیستم هوشمند روشنایی معابر
در سیستم روشنایی راه ها و جاده ها آشكار‌ساز و سنسورها در سیستم هوشمند روشنایی معابر جایگاه ویژه ای پیدا كرده اند. این تجهیزات در هر گروه روشنایی به طور مستقل نصب می شوند. آنها وظیفه آشكارسازی و اندازه‌گیری پارامترهای الكتریكی چراغ‌ها را به عهده دارند. همچنین نحوه ارتباطی آنها از دو نوع باسیم و بی سیم است.
درایور هوشمند در سیستم هوشمند روشنایی معابر
درایور هوشمند یك چراغ LED وظیفه تفسیر اطلاعات سنسورها برای نرم‌افزار كنترلی را دارد. همچنین فرامین نرم‌افزار توسط این درایور بر روی چراغ اعمال شده و میزان نور چراغ‌ها را برای سناریو‌های مختلف تعیین می‌كند.
نقشه سیم‌كشی سیستم روشنایی هوشمند
معماری سیستم روشنایی هوشمند راهها و جادهها
نرم افزارهای توسعه داده شده، تعداد چراغ ها و محل نصب آن ها در شبكه مورد نظر را در حافظه خود قرار می‌دهند. همچنین این نرم افزارها قابلیت نمایش گرافیكی چراغ ها در محل كنترل مركزی در شرایط وقوع خطا را دارند. هر چراغ با استفاده از واسط بی سیم اطلاعات همه چراغ‌ها را در خود داراست و درنتیجه امكان از دست رفتن چراغ در این حالت در یك سیستم هوشمند كم است.
پروتكل ارتباطی مورد استفاده عموما از نوع ZigBee است. سرورهای نصب شده می توانند اطلاعات را به منظور دسترسی امن در حافظه سیستم (فضای ابری) ذخیره می‌كنند. اطلاعات در محل چراغ‌ها دریافت شده و سپس به وسیله ارتباط GPRS و یا شبكه‌های كابلی Ethernet به حافظه سیستم تحویل داده می شود. در نهایت نیز اطلاعات جمع آوری شده در یك نرم افزار با كاربری آسان نمایش داده می شود. این امر سبب پایش و پیكره‌بندی بهینه سیستم می‌گردد.
مزایای سیستم روشنایی هوشمند در سیستم روشنایی راهها و جادهها
استفاده از سیستم روشنایی هوشمند روز به روز در حال گسترش است. از مزایای این سیستم روشنایی می‌توان به موارد زیر اشاره كرد:
- افزایش طول عمر و بهره‌وری سیستم روشنایی
- شناسایی چراغ‌های معیوب و كاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات
- كنترل درخشندگی (شدت روشنایی) و تعریف سناریو‌های مختلف
- قابلیت اضافه شدن دریافت اطلاعات ترافیكی و محیطی (جهت بهره‌گیری در سیستم‌های هوشمند شهری با بستر IOT)