| 标题 | 公路隧道照明技术现状分析 |
| 范文 | 杜军锋 摘要：本文首次分析了公路隧道环境下人们对目标物的识别时 间与环境亮度的关系，并在模拟试验的基础上建立了相关回归公式。隧道照明电费用已成为运营中最主要的开支，在保障行车安全的前提下，如何降低能源消耗，成为隧道科研设计、建设和运营单位迫切需要解决的问题。 关键词：亮度 照明 能源消耗 运营 0 引言 隧道需要照明的地方，分为三部分，即入口照明、内部照明和出口照明，一般来说，隧道在设计施工阶段，就会考虑到相关的照明技术，在隧道的入口处，照明的技术标准和工程质量水平，要求相对较高。因为，隧道入口处的车辆行驶情况复杂多变，照明的亮度，需要根据隧道的长度、汽车速度和天气情况不断进行调整，从而使得隧道亮度尽可能的与外界自然亮度接近。按照国际照明学会（CIE）的相关规定，隧道入口照明可以分为阀值段和过渡段。阀值段的设置，主要是为了消除“黑洞”现象，这样汽车驾驶员在这个阶段就可以有一个视觉缓冲，能够更加清楚的识别隧道口的障碍。而过渡段照明，就是处于隧道内部和阀值段之间的照明，这样经过该段的过渡，可以减轻隧道亮度的迅速变化给驾驶员造成的视觉冲击。 国际照明学会给出了如下的公式： Ltrans=Lth（1.9+t）-1.4（1） 注：Lthreshold——阀值段开始段的亮度； Ltrans——过渡段的亮度； Lintrior——隧道内部亮度 因此，汽车驾驶员在白天驾车过程中，要注意在出隧道时，尽量放慢速度，减少突然受到隧道口外高亮度的眩光刺激，避免出现暂时性的视觉模糊，看不清障碍物的现象。如果在这个过程中，车速过快，则驾驶员的眼睛没有缓冲时间，因此要适当降低速度，并且隧道的过渡阶段的亮度应该为外部照度的1/10，一般技术标准下，过渡段隧道的长度小于80米。而如果是双向的隧道，还需要根据出口和入口照明亮度的不同，进行综合分析。 1 隧道“暗适应”、“明适应”视觉原理分析 人体肉眼不仅在白天太阳光下可以清楚的观察，而且在夜晚月光下，也可以看清物体。从眼睛的工作机理来看，锥体细胞和体细胞之间的工作的交换、瞳孔大小的变化以及视网膜上的化学变化可以使得眼睛在晚上也能够观察到外界物体。当视觉所处的环境，亮度发生比较明显的变化时，视觉也会很快适应这种亮度的变化。视觉对光的感受性下降的变化现象，就叫做光适应。人体肉眼在观察外界物体时，从亮度较好的地方，一下子过渡到亮度较暗的地方，刚开始时，会感觉到，视觉模糊，什么也看不清，但是，在经过几秒钟之后，人的视觉又开始恢复，能够看清楚物体，这种视觉的适应能力，叫做暗适应。另外一种情况，在人们从较暗的地方，进入亮度好的光明地方时，例如，从电影院出来之后，眼睛需要稍微等几秒钟，才可以看清周围的物体，这种适应能力就是明适应。在眼睛内部，锥细胞的主要职责和功能是感受强光，或者叫做明视觉、昼光觉等。眼睛在观察物体时，在亮度不好的暗处，在光亮的刺激作用下，视网膜中的视锥细胞就会工作，在这个过程中，工作的视锥细胞数量是由少变多的，所以需要经过一会儿的时间缓冲，等数量够多的视锥细胞开始工作时，就能够看清周围的事物[2]。驾驶员在行车过程中，会经常遇见从强光突然进入暗处的情况，例如驾车进入隧道时，就是这种情况。在这种情况下，驾驶员的圆锥细胞突然失去作用，杆状细胞需将分解的视紫红质重新合成，而这个合成过程需要一定的时间，一般情况下通常需要数分钟时间。这就是人们从强光下进入暗处需要适应的原因[2]。 2 照度与色温关系 从现代医学角度而言，视觉是人体感知外界的一种方式，它是人体主观感觉之一。当照度愈高时，则偏好较高的色温；高照度、低色温与低照度、高色温的搭配，会使视觉感官有着不同的评价，并因此提出人对色光环境的舒适区域范围，见表1所示。 表1 心里感觉与光源色温、照度的关系 ■ 因此，光源色温、照度的高低变化及组成，不但影响人的视觉偏好，进而影响空间的氛围。且在不同照度的环境下，应运用不同色温的光源，才能获得舒适的照明效果，有利于对物体的识别。 ■ 3 照度与显色性关系 在相同照度下，显色性好的光源比显色性差的光源在感觉上要亮。因此，采用显色指数较高的光源照明时，可以适当降低照度标。照度降低的倍数与显色指数Ra的关系见下图。 ■ 平均显色指数与照度的关系 将显色指数Ra为10的光源的照度相对值取为1。 4 隧道内危险障碍物识别分析 在这里我们从安全的角度分析隧道光照环境条件下对危险障碍物的识别。在普通标准下高速公路隧道内部的车速设计为80公里/小时，公路线路在设计过程中，对停车视距做了明确的规定，即110米，按照相关标准的要求，汽车驾驶人员可以在1.6米的高度，清楚的观察到前方所行驶车道中心10公分大小的障碍物[3]。其视角按下式计 算： a=180×60×L/（π×R）（2） 式中：L——物体尺寸； R——观察距离； 计算其视角为3.13′，根据视力的定义，其视力要求即为：0.32。在本文的分析过程中，按照相关的研究结论，在0.1～100cd/m2的背景亮度条件下，即对比度大于0.15的情况下，驾驶员在观察物体时的视力，同背景亮度的变化呈正比例关系[4]。其经验公式如下： VA=a+0.49LgBb（3） 式中：VA——视力； Bb——背景亮度； a——与物体有关的常数，一般取1.1。 从上面的公式可以得到，在0.1～100cd/m2的背景亮度条件下，人们视力是0.61～2.08，这个视力比驾驶员在110m距离内识别十厘米大小障碍物所需的视力：0.3要大。但是，由于驾驶员所处的环境、角度和亮度是在不断变化的，所以其识别时间也不一样。一般按识别概率50%考虑，在1秒的时间中，0.3的视力，1cd/m2的亮度条件下，完全可以识别对比度0.1以上障碍物。20lx照度根据亮度与照度的换算关系（朗勃定律）： L=ρE/π（4） 式中：L——亮度； ρ——物体表面的漫反射系数（沥青砼路面取0.13，水泥砼路面0.22）； E——照度。 通过相关的计算，可以得到沥青混凝土路面的亮度为0.82cd/m2，水泥混凝土路面的亮度为1.4cd/m2。因此，按照1.5cd/m2的亮度指标，对隧道的照明进行设计，就不会产生安全识别问题。从而可以得出这样的结论：目前隧道的照明指标非常良好，足以满足任何情况下的照明，并且还存在一定的照明过度的浪费现象，所以可以根据实际情况，减少一定比例的照明设施，实现隧道照明成本的降低。 参考文献： [1]许景峰，宗德新，胡英奎.天然光光纤照明系统在隧道照明中的应用[J].照明工程学报，2012（01）. [2]王少飞，涂耘，张琦，李科，谢晓辉，刘琦，蔡坚健.两龙高速公路隧道照明运营状况调查分析[J].照明工程学报，2012（01）. [3]张青文，涂耘，胡英奎，翁季，陈建中，黄珂.基于生理和心理效应的公路隧道入口段照明质量检测方法[J].照明工程学报，2012（02）. [4]李成.公路工程建设中混凝土的裂缝成因及应对策略[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2012（04）. [5]皮亮，季佳俊，陈建忠.公路隧道照明关键参数的实验分析[J].交通科技与经济，2012（03）. [6]王少飞，涂耘，邓欣，张琦，陈建忠，李科，赵清碧，吴小丽.论公路隧道照明节能[J].照明工程学报，2012（03）. |
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