基于照度的高速公路隧道入口安全评价研究

肖志军　栾利强

(1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室　上海　201804；　2.广东省南粤交通投资建设有限公司　广州　510101)

基于照度的高速公路隧道入口安全评价研究

肖志军1栾利强2

(1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804；2.广东省南粤交通投资建设有限公司广州510101)

摘要隧道出入口过渡段的“明暗适应”过程是产生道路行车安全问题的一个重要因素。文中基于隧道入口照度对车辆行车速度的影响，建立隧道入口照明过渡技术指标对速度的关系模型，进而通过运行速度差的道路安全评价中介指标，建立了评价隧道入口段道路行车安全性的隧道入口照度安全评价标准，为提高隧道入口的安全性提供了技术保证。 是以提供文献内容梗概为目的，不加评论和补充解释，简明、确切地记述文献重要内容的短文。其基本要素包括研究目的、方法、结果和结论。具体地讲就是研究工作的主要对象和范围，采用的手段和方法，得出的结果和重要的结论。篇幅以150字左右为宜。

关键词隧道照度安全评价

随着西部大开发的不断推进，道路修建中桥隧的大量应用，隧道的安全问题日益引起道路科研工作者的重视。隧道作为连续的道路线形上的结构物，改变了道路的行车运行环境，运行环境的改变是产生潜在安全问题的一个重要原因。而隧道出入口是2种不同行车环境的过渡段，大量的安全事故就发生在这些路段。F.H. Amundsen和 G. Ranes[1]等对挪威587条公路隧道1992～1996 年事故资料研究后发现，隧道出入口处事故率是隧道内事故率的2～3倍。隧道出入口事故率高的原因是多方面的，包括隧道出入口线形设计、隧道出入口抗滑性能过渡、隧道出入口亮度适应问题、隧道出入口内外环境的差异等。

在隧道出入口，驾驶员的视觉存在“明暗适应”问题是隧道出入口事故多的主要原因之一。人眼在明暗交替变化的过程中，视觉不能立即适应，条件反射就是猛踩刹车，车辆突然减速容易失去平衡，产生“甩尾”，或者导致车辆失控，产生追尾或撞上隧道壁等事故。本文从隧道入口行车速度变化的角度，探讨隧道入口照度对行车安全的影响。

1隧道出入口的照明过渡设计

为满足人眼进出隧道洞口“明暗适应”的生理要求，消除或减轻驾驶员进出洞口时的“黑洞效应”和“白洞效应”，对隧道的照明进行过渡设计。美国公路和运输官员协会AASHTO、欧美一些国家，以及我国在隧道照明设计上，都采用分段照明设计法,考虑隧道洞口环境亮度、设计速度、交通量3要素，将隧道按照明设计分为入口段、过渡段、中间段和出口段，见图1。

图1　隧道照明分段示意图

2隧道入口司机反应时间及行车速度的影响

NCHRP指出，由于视觉适应问题，驾驶员的视觉环境受到较大的冲击，驾驶员对前方道路信息的把握程度明显低于正常路段。即使照明亮度达到视觉功能的要求,驾驶员在隧道入口前仍然会降低车速，其车速降低的大小与对前方道路信息的把握程度有关。当前方道路信息确定时，驾驶员对障碍物的反应平均时间为0.6 s，很少有超过2.0 s的情况，当驾驶员对前方道路信息不确定时，反应时间将增加35%，若出现未预料到的信息，驾驶员做出决定和采取行动的时间将达到3.7 s。当驾驶员对前方道路信息不确定时，一种自觉反应就是降低运行车速，延长他对目标的观察时间。据有关研究，车辆在隧道入口处的速度会减低甚至达30%以上。

同济大学杨轸通过调研分析也印证了上述现象[2]，车辆在接近隧道入口时有一个减速的过程，减速多少因驾驶员而异。车辆一般在距离入口100～150 m位置开始减速，进入隧道50～100 m的位置完成减速过程。

隧道外太阳光亮度较隧道内高得多，在隧道入口处存在亮度的明暗交替。从明暗交替点往内，亮度迅速降低。同济大学郭忠印教授课题组根据暗适应原理和隧道照明理论，构建的隧道入口亮度过渡技术指标如下[3]。

式中：f1，f2为亮度过渡技术分指标；Im为亮度过渡技术总指标；k为入口段亮度与隧道入口前路面亮度的比值，入口段的亮度取入口内25～55 m段亮度的平均值；k1为明暗交替点至入口内亮度变化率由快趋缓点的亮度变化率，其值等于2点的亮度差与距离的比值；k2为入口内亮度变化率由快趋缓点至亮度稳定处的亮度变化率；β1，β2为权重系数，表示f1，f2对亮度过渡总指标的影响大小。

3 隧道入口照明过渡技术指标与运营车速差的关系模型

从隧道入口事故形成过程可以看出，由于照明过渡条件不佳，会造成驾驶员暗适应恐惧或看不清前方道路情况而突然减速，车辆突然减速对车流的稳定性及行车安全性造成影响，由于隧道入口处路面附着系数低等原因，容易导致车辆追尾或操作失控而撞上隧道壁等安全事故。因此入口处的照明过渡技术指标与车速差之间存在紧密联系。

通过上三线、云南隧道入口实地调研的数据，包括亮度指标、车速差，可得隧道入口处的照明过渡技术指标f1和f2与车速差的关系,见图2，图3。

图2　ΔV85-f1关系曲线

图 3　ΔV85-f2关系曲线

从上述统计结果可知，隧道入口处产生的车速差与f1和f2都具有较好的相关性，隧道入口处的照明过渡安全性是f1和f2综合作用的结果。

当隧道入口的亮度过渡条件能满足驾驶员视觉需要时，亮度过渡技术指标在一定范围内变化对驾驶员的视觉条件影响较小，但当亮度过渡条件超出驾驶员视觉承受阈值后，入口前的视距将受到严重影响，驾驶员对停车视距范围内的道路信息将无法准确把握而带来大量的减速行为。因此，ΔV85与总指标Iin的关系曲线的斜率开始应在一个较小的范围内变化，当Iin超过一定范围时，ΔV85将迅速上升。由初步分析和模型筛选可知，指数关系曲线能较好地符合上述特点。

等式两边取对数得

Iin=0.19f1+0.23f2，ΔV=0.75eIin

图4为测量值与回归模型计算值的比较，由图可见，回归模型能较好地反映ΔV(km/h)与Iin之间的关系。

图4　回归模型计算值与测量值比较

4隧道入口照度安全评价指标

已有的研究成果表明，运行车速差与道路事故率有一定关系[4]。道路安全水平高(ΔV85≤10 km/h)的路段仅为安全水平一般(10 km/h<ΔV85≤20 km/h)路段事故率的30%左右，而道路安全水平差的路段(ΔV85>20 km/h)接近一般性路段事故率的1倍，说明相邻路段运行车速差值(ΔV85)与道路事故率有着非常明显的相关性。

根据入口亮度过渡技术总指标与运营车速差的关系曲线以及车速差与安全性的关系，以运行速度差为中介评价指标，得到入口亮度过渡安全性评价标准，见表1。

表1　基于车速差的入口亮度过渡安全性评价标准

5结语

随着西部公路建设的发展及其桥隧的大量应用，隧道的安全问题也越来越突出,隧道出入口过渡段是事故发生的多发路段。本文从隧道入口照度影响车辆的运行状态出发，建立了评价隧道入口段行车安全水平的照度评价标准，为提高隧道入口的安全性提供了一定的技术保证。

参考文献

[1]GRANIT R, MUNSTERHJELM A, ZEWI M．The relation between concentration of visual purple and retinal sensitivity to light during dark Adaptation[J].Journal of Physiology,1996,96(1):31-44．

[2]杨轸,郭忠印.隧道出入口车速变化研究[J].上海公路，2006(1):48-51．

[3]郭忠印.公路隧道出入口运行安全研究报告[D].上海:同济大学，2005．

[4]JTG/T B05-2004公路项目安全性评价指南[S].北京：人民交通出版社，2004.

论文摘要撰写要求

具体包括以下方面：

① 本文的研究目的或要解决的问题; ② 解决问题的方法及过程; ③ 主要结果及结论; ④ 本文的创新、独到之处。

英文摘要中宜用过去时态叙述作者所做的工作；用现在时态叙述结论；能用名词做定语的就不要用动名词做定语，能用形容词做定语的就不要用名词做定语。尽可能用主动语态代替被动语态。

《交通科技》杂志社

Safety Evaluation at Highway Tunnel Entrance Based on Illumination

XiaoZhijun1,LuanLiqiang2

(1.Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education,

Tongji University, Shanghai 201804, China;

2.Guangdong Nanyue Transportation Investment & Construction Co., Ltd., Guangdong 510101, China)

Abstract：The so called "bright-to-dark" adaptation for vehicle drivers passing through the transition section of tunnel entrance is an important factor of the road traffic safety. Based on the impact of brightness on tunnel entrance on vehicle speed, the relationship model was established between the technology index of brightness transition for tunnel entrance and vehicle speed in the paper. Furthermore, the evaluation standards of tunnel entrance safety were established using tunnel entrance illumination safety index through the intermediary index of speed difference used to evaluate road safety.

Key words:tunnel; illumination; safety evaluation

收稿日期：2015-10-12

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.022