[发明专利]高速公路长隧道出口段夜间照明优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通安全领域，具体涉及一种高速公路长隧道出口段夜间照明优化方法

背景技术

随着我国公路建设逐渐向西部推进，越来越多的公路隧道被建成和投入运营。隧道作为道路上的特殊构造物，具有环境封闭、内外差异大的特点，尤其是照明环境差异极其明显。受结构、环境特点限制，隧道成为道路上事故高发的黑点或段。一旦发生道路交通事故，又存在救援困难、交通组织复杂、损失较重的问题，对道路的运行效益具有极大影响。在人、车、路和环境的系统中，驾驶人是影响交通安全的决定性因素。而驾驶是以视觉为引导的，相关信息循环加工、产生决策的过程。在上述过程中，视知觉是决定性因素。受人眼生理功能限制，在环境照度发生变化时，会产生明、暗适应问题，造成视觉认知功能短时障碍，严重影响行车安全。为提高隧道内外环境一致性，减少上述问题的发生，隧道环境中往往要设置照明设施，以改善视场环境。在我国的隧道通风照明标准中，较为详细地给出隧道照明相关参数和设计方法，但存在诸多问题未能全面考虑，致使存在很大安全隐患。在实际隧道照明中，考虑设施施工技术和运营管理的简易性，照度实际值与标准又存在差异，与驾驶人需求相去甚远，进一步加重环境突变带来的安全隐患。

与此同时，隧道照明不仅需要配置较多机电设施，而且运营中耗费大量电能，造成运营成本居高不下。按照国家标准规定，长度大于100m的公路隧道应设置照明，每延公里隧道照明负荷应不小于60Kw，照明时间按每日10小时计算，年平均耗电量达21.6万度（折合成标准煤76吨），导致公路隧道照明成为运营单位的沉重负担。节能是长期目标，但是不能以降低隧道运营安全为代价来降低能耗，有些运营单位为了降低隧道运营费用，往往采取开启1/4到1/2左右，有的隧道甚至干脆不开灯，造成隧道内环境照度很低，且亮暗不均匀，很容易导致驾驶人视觉产生疲劳，带来了严重的安全隐患。隧道照明的安全性与节能性存在着此消彼长的矛盾。

针对隧道照明问题，国内外开展了诸多研究并取得一些成果，但均未能明确解决上述问题。赵炜华，刘浩学等，利用眼动仪研究驾驶人在隧道行车过程中视觉特征参数变化规律，并建立模型进行分析。同济大学利用瞳孔面积变化进行隧道行车安全水平评价，并提出了很多结论。但从研究内容和方法来看，将瞳孔面积变化完全归因于驾驶人心理紧张程度，而未考虑环境照度和暗适应时间的影响。张亚林对高速公路短隧道照明问题进行研究，但短隧道所产生的暗适应问题并不明显。同样，涂耕等研究了短隧道照明参数，但并未涉及长隧道条件下相关数值。近两年的隧道照明问题研究，则更多的集中于LED的使用问题。国外对于隧道照明的研究，多从驾驶人视觉变化以及明暗适应与交通安全关系角度开展，提出夜间隧道入口段照度值。国外隧道照明标准中所提出的各参数，则主要是基于CIE曲线所定制。但由于行车速度和交通条件不同，加上国内外驾驶人生理和心理差异，其相关参数的计算方法与国内需求存在较大区别。但由于行车速度和交通条件差异，其各段长度计算方法与国内需求存在较大差异。

虽然上述研究取得了一些成果，但均未能明确解决上述相关问题。因此，基于现有隧道照明研究和实践中的问题，从驾驶人视觉认知和变化规律入手，以隧道环境照度为研究对象，提出了一种高速公路长隧道出口段夜间照明优化方法。

（《公路隧道设计规范》规定，隧道长度在1000-3000米之间，称为长隧道，大于3000m称为特长隧道。在我们的发明适用的范围实际上是包括了特长隧道的。）

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高速公路长隧道出口段夜间照明优化方法。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种高速公路长隧道出口段夜间照明优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，采集驾驶人瞳孔面积、隧道环境照度、驾驶人视觉适应时间数据；

步骤二，根据步骤一采集的驾驶人瞳孔面积、环境照度和驾驶人视觉适应时间数据分别建立驾驶人瞳孔面积与照度模型，照度与距隧道出口距离关系模型和驾驶人视觉适应模型；

其中驾驶人瞳孔面积与照度模型为：

取驾驶人瞳孔面积为Q、隧道环境照度为l，对夜间高速公路隧道出口段数据样本建立ln(Q×l)与ln(l)的关系图并进行回归分析，驾驶人瞳孔面积与环境照度存在如式(1)的关系：

ln(Q×l)＝0.568ln(l)+9.252                   (1)

将式(1)写成形式，整理得到驾驶人瞳孔面积Q与隧道环境照度l的关系函数，如式(2)所示：