CN104864355B - 一种不设人工光源的公路隧道照明解决方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不设人工光源的公路隧道照明解决方法，其特征在于，在整个公路隧道内不设置人工光源，在隧道洞口外设置透光率分段过度的遮光棚，遮光棚上设置有镂空部分；利用遮光棚和设置在隧道内的反光标志来解决隧道中的照明问题，本发明根据人眼的适应时间和经济条件最大限度的缓解危险程度，根据人眼自然适应的照度过渡率来设计安全区的透光材料和透光面积的逐渐变化，使得司机舒适行车，这正是以人为本设计公路的体现。本发明能够适应各种地区的长大公路隧道，尤其是照度变化起伏特别大的特长大公路隧道，具有结构简单、设置方便，使用效果好等特点。

Description

一种不设人工光源的公路隧道照明解决方法

技术领域

本发明涉及公路交通安全领域，具体涉及到一种隧道入口照度过渡段的设计运用，在不设光源的公路隧道中解决照明问题。

背景技术

目前的隧道的出入口，由于隧道的特殊结构，在白天，洞内的亮度比洞外的亮度要低很多，而在夜间，洞内的亮度又比洞外的亮度亮很多，导致驾驶员每次经过隧道都要适应明适应和暗适应的过程。明适应就是从暗处来到亮光处，最初遇到一片刺眼的光芒，有点看不清外面的情况，需要适应一段时间，暗适应就是从人眼的敏感度在暗处逐渐提高的过程，所以就会给开车的司机带来一种强烈的不舒适感，有时甚至引发车祸。因此，需要在隧道两端设计过渡段，使人眼逐渐适应对外部光线照度的变化的反应。

目前的隧道规范设计中，都是在隧道内部通过灯光照度的调节使得入口和出口光的强度很强，中部的灯光逐渐减弱，以期望能达到与洞口外自然光照相同的照度，然后逐渐过渡的方式来使人眼对阳光照度有一个平稳的过渡过程，减缓明适应和暗适应造成的交通事故。但是由于白天、夜间，夏季、冬季，雨天和晴天的自然光照都不一样，而隧道出入口的光线总是一个定值，不仅不能很好地实现过渡，而且隧道内部的照明都超过了实际需要从而也造成资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种自适应的方法，彻底解决明适应和暗适应带来的不安全性，实现工程人性化设计的宗旨，保证隧道行车的舒适性与安全性。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种不设人工光源的公路隧道照明解决方法，在整个公路隧道内不设置人工光源，在隧道洞口外设置透光率分段过度的遮光棚，遮光棚上设置有镂空部分；利用遮光棚和设置在隧道内的反光标志来解决隧道中的照明问题，具体包括以下步骤：

步骤一，设置遮光棚的总长度值为L＝vt，其中v为该隧道所在公路的设计速度，t为整个设置遮光棚的路段车辆行驶时长，取值范围为(0,50)秒；遮光棚分为N段，每段遮光棚长度取值为

步骤二，每段遮光棚采用部分透光材料覆盖、部分镂空的设置方式；

步骤三，按照下面的公式确定每一段遮光棚的透光率：

第i段遮光棚的透光率σ_i为：

${\mathrm{\σ}}_i=e^{\mathrm{\α}(\frac{t}{2N}-\frac{it}{N})}$

上式中，α取值为[0.5,0.7]，i∈[1,N]，i的值按照靠近隧道的方向递增。

进一步地，所述的方法还包括：

步骤四，按照下面的公式确定每段遮光棚上透光材料与镂空部分的面积比：

${\mathrm{\σ}}_i=\frac{{\mathrm{lt}}_i{\mathrm{AS}}_i+{\mathrm{AH}}_i}{A_i}$

上式中，lt_i为第i段遮光棚所用材料的透光率，AS_i为第i段遮光棚上透光材料的覆盖面积，AH_i为第i段遮光棚的镂空部分面积，A_i为第i段遮光棚的总面积。

进一步地，所述的隧道长度大于1000米。

本发明提供了一种照明方法，主要解决隧道行车中的暗反应和照度波动太大的问题，从而缓解行车中的人眼不适应性，最终降低行车危险。本发明根据人眼的适应时间和经济条件最大限度的缓解危险程度，根据人眼自然适应的照度过渡率来设计安全区的透光材料和透光面积的逐渐变化，使得司机舒适行车，这正是以人为本设计公路的体现。本发明能够适应各种地区的长大公路隧道，尤其是照度变化起伏特别大的特长大公路隧道，具有结构简单、设置方便，使用效果好等特点。

附图说明

图1为部分遮光棚的结构示意图；

图中的结构中，颜色深浅代表透光率的变化，颜色越深透光率越小；遮光棚中白色部分为镂空部分，隧道位于图中左侧方向。

图2为遮光棚的布设结构示意图；

图3为驾驶员眼睛适应亮度变化的时间关系；

具体实施方式

与现有技术不同，本发明的思路是利用遮光棚透光率变化来提供一种驾驶员自适应的照明解决方法，通过对特定透光率的遮光棚的设置排布，使驾驶员行车自遮光棚段进入隧道之前或出隧道后，眼睛对光线的明暗变化已经有了适应，是一种根据位置、光线等不同变化的一个逐渐适应过程，该方法科学合理，不用在隧道中设置光源，节约成本并具有良好的实用性。

一种不设人工光源的公路隧道照明解决方法，在整个公路隧道内不设置人工光源，在隧道洞口外设置透光率分段过渡的遮光棚，遮光棚上设置有镂空部分；利用遮光棚和设置在隧道内的反光标志来解决隧道中的照明问题，具体包括以下步骤：

步骤一，设置遮光棚的总长度值为L＝vt，其中v为该隧道所在公路的设计速度，t为整个设置遮光棚的路段车辆行驶时长，取值范围为(0,50)秒；遮光棚分为N段，每段遮光棚长度取值为

本方案中的遮光棚位于路面上方，遮光棚的纵向截面为优弧状，也可是椭圆的一部分弧，遮光棚的两端延伸至公路的两侧，与路面接触，如图2所示。通过这种方式，使车辆在遮光棚中时，驾驶员眼部周围的环境光线均只能通过遮光棚进入，便于对遮光棚透光率的设置。参照《公路工程技术标准JTG B01-2003》表2.0.5的规定，各级公路的设计速度如下：

表3.5.1设计速度

根据图3给出的驾驶员眼睛适应亮度变化的时间关系和上表，可知人眼在22秒左右的时间内可以完成从明到暗的适应，所以车辆在遮光棚中行驶时间不宜太大，而太大时长则也会增加遮光棚的投入成本。综合各种公路设计速度来考虑，在50秒内完全能满足要求，因此t为(0,50)。

步骤二，每段遮光棚采用部分透光、部分镂空的设置方式；

采用部分透光、部分镂空的设置方式，既可以增加透光，又可以节省材料。当然也可以采用全部材料覆盖的方式，如图1所示，给出了一种布设结构。这个结构中，每段遮光棚的镂空部分与有材料覆盖部分的比例为1：1，可使光线均匀进入，不会出现局部光线过亮或暗的情况，便于该段遮光棚整体透光率的调节。

步骤三，按照下面的公式确定每一段遮光棚的透光率：

第i段遮光棚的透光率σ_i为：

${\mathrm{\σ}}_i=e^{\mathrm{\α}(\frac{t}{2N}-\frac{it}{N})}$

上式中，α取值为[0.5,0.7]，i∈[1,N]，i的值按照靠近隧道的方向递增，即越靠近隧道的方向编号值越大。

人眼与隧道之间距离不同时，在这个位置人眼对环境光线的适应程度是不同的。本方案中，由于需要设置过渡段，即要确定不同长度的遮光棚，那么就要求在每一段遮光棚的覆盖下，所在位置的透光率是满足人眼明暗适应要求的，体现在设计结构上即需要调整每一段遮光棚的透光率。人眼不同位置最佳的明暗适应程度以及遮光棚长度、公路的设计速度，采用建模拟合的方式得出了上述公式，图3为采用不同的参数α取值时人眼适应亮度和时间的变化。在[0.5,0.7]范围内，该曲线最符合人眼在明暗适应下的亮度变化曲线。通过上述公式，给出了不同段透光率的确定方法，按照该公式确定透光率，用以指导遮光棚的设计。

为了通过每段遮光棚的透光率来更好地指导用于设计每一段遮光棚上透光材料覆盖部分、镂空部分的面积分配，以在保证透光率达到要求的前提下更加节省材料，该方案还可以包括：

步骤四，按照下面的公式确定每段遮光棚上透光材料与镂空部分的面积比：

${\mathrm{\σ}}_i=\frac{{\mathrm{lt}}_i{\mathrm{AS}}_i+{\mathrm{AH}}_i}{A_i}$

上式中，lt_i为第i段遮光棚所用材料的透光率，AS_i为第i段遮光棚上透光材料的覆盖面积，AH_i为第i段遮光棚的镂空部分面积，A_i为第i段遮光棚的总面积。

遮光棚上材料覆盖部分的透光率和镂空部分的面积大小直接影响着该段遮光棚的透光率，因此在实际使用时，应该根据该公式确定遮光棚上透光材料与镂空部分的关系。本方案中所指的遮光棚材料是遮光棚上用于透光部分的材料，不包含支撑部分。遮光棚的透光率是由遮光棚上透光材料和镂空部分整体决定的，因此根据前面公式计算出的透光率，和查询透光材料的透光率，即可确定材料的用量与镂空面积的比值。

设镂空部分的面积为a，材料覆盖部分面积ab，其中b为面积比值；则上述公式变为推导得(b+1)σ_i＝lt_ib+1。

由于第i段遮光棚的透光率为例如求得此段遮光棚透光率数值σ_i为0.5，过渡段覆盖材料的要求具有透明度高，质轻，抗冲击，隔音，隔热，难燃，抗老化等特点，即可以选用的材料有多种，设选用材料的透光率lt_i为0.2，那么遮光棚材料覆盖部分的面积与镂空部分的面积的比值为通过该比例可确定每一段遮光棚上透光材料的使用量，用以在省材的前提下达到理想的透光率。

利用过渡段对照度的逐渐过渡，使得驾驶员能克服暗反应带来的行车盲目感，减少事故的发生，本发明一般适用于长度大于1000米的公路隧道，在隧道内不设人工光源，只依赖车灯及隧道内的反光标志、反光标线实现安全行驶，具体实例如下：

假设当N取4时(式中N可取任何正整数(1到无穷大))，过渡段总长vt约等于117.9米(v为隧道入口行车速度取值16.67m/s，t为自适应暗反应平均时间，即为整个设置遮光棚的路段车辆行驶时长，取值7.3s，遮光棚的镂空部分与有材料覆盖部分的比例为1：1)，则每段照度过渡段的长度为29.47，第一段的过渡率为0.634左右.第二段的过渡率为0.251左右，根据以上公式同理可算得第三段，第四段的透光率。

根据资料显示，驾驶员对光线反应的时间是不同的，调查的暗反应平均值在7到8s。不同的隧道，公路的设计速度也有所不同。根据隧道的设计速度，以及暗适应的时间，以及经济问题，尽量最大的限度的改善行车安全问题，可以计算得到理想的过渡段的总长度。

Claims (3)

1.一种不设人工光源的公路隧道照明解决方法，其特征在于，在整个公路隧道内不设置人工光源，在隧道洞口外设置透光率分段过度的遮光棚，遮光棚上设置有镂空部分；利用遮光棚和设置在隧道内的反光标志来解决隧道中的照明问题，具体包括以下步骤：

步骤一，设置遮光棚的总长度值为L＝vt，其中v为该隧道所在公路的设计速度，t为整个设置遮光棚的路段车辆行驶时长，取值范围为(0,50)秒；遮光棚分为N段，每段遮光棚长度取值为

步骤二，每段遮光棚采用部分透光材料覆盖、部分镂空的设置方式；

步骤三，按照下面的公式确定每一段遮光棚的透光率：

第i段遮光棚的透光率σ_i为：

${\mathrm{\σ}}_i=e^{\mathrm{\α}(\frac{t}{2N}-\frac{\mathrm{it}}{N})}$

上式中，α取值为[0.5,0.7]，i∈[1,N]，i的值按照靠近隧道的方向递增。

2.如权利要求1所述的不设人工光源的公路隧道照明解决方法，其特征在于，所述的方法还包括：

步骤四，按照下面的公式确定每段遮光棚上透光材料与镂空部分的面积比：

${\mathrm{\σ}}_i=\frac{{\mathrm{lt}}_i{\mathrm{AS}}_i+{\mathrm{AH}}_i}{A_i}$

上式中，lt_i为第i段遮光棚所用材料的透光率，AS_i为第i段遮光棚上透光材料的覆盖面积，AH_i为第i段遮光棚的镂空部分面积，A_i为第i段遮光棚的总面积。

3.如权利要求1所述的不设人工光源的公路隧道照明解决方法，其特征在于，所述的隧道长度大于1000米。