公路隧道照明方式对中间段小目标可见度的影响

蔡贤云，吴 江，翁 季

（1.重庆交通大学 建筑与城市规划学院，重庆 400074；2.重庆大学 建筑城规学院，重庆 400045）

1970年，Gallagher等［1］在研究街头照明与犯罪时提出可见度指标的概念。实验表明，可见度是司机察觉到目标物与驾驶车辆之间距离的有效预测方法。Narisada采用20 cm×20 cm、反射系数9%～11%的灰板模拟驾驶员可能碰到障碍物的实验，通过改变汽车行驶速度和驾驶员反应时间等参数得到路面平均亮度、亮度均匀度及眩光限制等因素与停车视距、察觉小目标物几率之间的关系［2-3］。Box等发现驾驶员在道路上能否察觉到障碍物与可见度水平STV有关，可见度水平STV与交通事故发生概率之间的关系呈“U”形曲线，汽车时速在50～60 km时小目标物可见度水平与夜间汽车交通事故发生概率之间具有紧密联系，因此，从道路安全性考虑，可见度水平比亮度水平更适合评价道路照明质量［4］。Kech［5］采用反射系数为50%的灰板模拟不同亮度水平下驾驶员可能碰到障碍物的情况，发现可见度水平STV值与交通事故概率在统计学上具有显著相关性。

小目标可见度的标准，在满足可见度的基础上可以防止过度照明，从而节约能源。日本NEXCO高速公路研究所的Sato等［6］指出，顺光照明能加强小目标物轮廓的可见性，特别是能增加可见度从而防止追尾事故的发生，确保隧道行车安全与舒适。他们以总揭示能力（total revealing power）为衡量指标在东京和名古屋70座隧道内作了持续的追踪和实测，结果表明，将LED应用于顺光照明能确保良好的可见性和照明效率。公路隧道出口段照明在满足可见度要求后，运用顺光照明时路面亮度水平比采用对称照明时低得多，因此，隧道出口段采用顺光照明时更加节能。Young等指出，公路隧道出口段“白洞效应”严重降低了司机白天驾车驶离隧道时的可见性。他们在隧道出口段采用对称照明、逆光照明和顺光照明模拟实际照明环境，结果表明，顺光照明时出口段照明满足亮度要求的同时能达到足够的亮度对比度，确保一定的可见度水平［7-8］。徐雅琪［9］通过DIALux软件模拟逆光照明，当改变模型中X轴的角度时可达到改变逆光偏转角的目的，对比不同倾角下的路面亮度测量值可以找到最佳灯具偏转角。模拟得到的路面平均亮度等数据表明，逆光照明效率远高于对称照明。经逆光照明优化的实际隧道工程（灯具倾角为30°）与原有方案对比发现：优化后路面平均亮度和亮度总均匀度等值均高于原方案［10-12］。但是，当前研究中较少在充分考虑隧道照明段小目标可见度STV的基础上探讨隧道照明方式与照明节能之间的关系。

通过公路隧道照明仿真实验，模拟得到隧道中间段隧道照明质量评价体系中各项指标的值，据此进一步探讨3种照明方式下隧道中间段小目标可见度STV取值情况。

1 公路隧道照明仿真实验

1.1 隧道照明仿真模型

通过光学软件DIALux（4.13版）和AGI 32（18.3版）建立三车道公路隧道照明模型，模型内路面宽度11.75 m，纵向长度100 m；隧道内表面材质为水泥，反射率为0.3，路面材质为沥青混凝土，反射特性R3。

DIALux软件支持建立实体模型但不支持建立面模，需在Auto CAD中建立模型并导入该软件中。DIALux软件中各个界面的材质及反射率等参数也可更改。AGI 32软件18.3版本专业性极高，该软件的计算分为直接计算和考虑反射光计算两种模式，可计算眩光阈值增量TI和隧道内小目标物可见度STV（STV无法运用DIALux软件计算）。通过DIALux和AGI 32得到的结果误差在-1.42%～-1.88%，同时运用两个软件进行公路隧道照明仿真实验得到的模拟结果具有可行性。

1.2 实验参数设定

隧道照明仿真实验中，中间段采用两侧交错布灯方式，灯具横向间距2.5 m、纵向间距9.0 m，灯具安装高度6.0 m，灯具安装角度0°，隧道墙面反射率0.3。选用的灯具为DELOS DL0611 SDTJ-002 43 W 220 V 4 000 K T2，配光曲线如图1所示。照明方式受灯具偏转角的影响，考虑逆光照明、对称照明和顺光照明3种情况，对称照明时灯具偏转角为0°，当偏转角度为负时表明隧道采用逆光照明，当偏转角度为正时表明隧道采用顺光照明。

图1 灯具配光曲线

2 照明方式与小目标可见度

通过公路隧道照明仿真实验，在3种照明方式下中间段的路面平均亮度、亮度总均匀度、车道中线亮度纵向均匀度如表1所示。

表1 不同照明方式下中间段的照明情况

1）逆光照明时所有车道平均亮度最大，为4.6 cd／m2；顺光照明时所有车道平均亮度最小，为2.28 cd／m2，与最大值相比平均亮度下降50.43%。综合各方面的情况采用逆光照明时平均亮度最高。

2）综合各方面的情况，采用顺光照明时亮度总均匀度最高，但3种照明类型下的路面亮度总均匀度均满足规范要求。

3）采用顺光照明时车道中线亮度纵向均匀度最高，但3种照明类型下的车道中线亮度纵向均匀度均满足规范要求。

通过公路隧道照明仿真实验，在3种照明方式下中间段小目标可见度情况如表2所示。

表2 不同照明方式下中间段的小目标可见度STV值

1）顺光照明时小目标物可见度STV值最大，为13；对称照明时小目标物可见度STV值最小，为1.1，与最大值相比小目标物可见度STV值降低了91.54%。

2）顺光照明时小目标物可见度STV值最高，但隧道内阈值增量TI值最低，为1%；逆光照明时小目标物可见度STV值明显高于对称照明时的STV值，但逆光照明时阈值增量TI值最高，为10.39%。

3 结论

通过公路隧道照明仿真实验探讨了不同照明方式下中间段小目标可见度STV值的相关情况，并得到了以下结论：

1）逆光照明时中间段所有车道的路面平均亮度最高，但顺光照明时中间段的路面亮度总均匀度和车道中线亮度纵向均匀度最高。

2）虽然逆光照明时中间段的路面平均亮度最高，但是逆光照明时的阈值增量TI值也最高；顺光照明时小目标物可见度STV值最高，但此时的阈值增量TI值最低，仅为逆光照明时的9.62%。

3）对称照明中间段的路面平均亮度不及逆光照明时，路面亮度总均匀度和车道中线亮度纵向均匀度不及顺光照明，小目标物可见度STV值也远不及逆光照明和顺光照明，但对称照明时阈值增量TI值远低于逆光照明的TI值。