CN107386147A - 一种低等级公路隧道光电式诱导系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低等级公路隧道光电式诱导系统，针对不设照明设施或开灯率低的低等级公路隧道（＞1000m），利用逆反射技术制作反光环、反光条和猫眼道钉，采用多频率多尺寸多形状和多色彩的组合方式，结合LED诱导标和LED轮廓标来重构低等级公路隧道视觉参照系；将隧道划分为接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段、驶离段，其中：中间段包括提醒区和唤醒区，且隧道内每500m设置一道提醒区，每2个提醒区或每1500m设置一个唤醒区，针对不同区段的特点设置具有相似性和差异性的诱导系统。克服目前低等级公路隧道照明不足、视觉环境差、诱导设置不足容易产生视错觉的缺陷，保证隧道行车安全。

Description

一种低等级公路隧道光电式诱导系统

技术领域

本发明涉及一种公路隧道技术领域，具体针对不设照明设施或开灯率低的低等级公路隧道（＞1000m），涉及一种低等级公路隧道光电式诱导系统，采用该系统保障低等级公路隧道的行车安全。

背景技术

我国公路隧道发展迅速，且隧道路段事故率高，尤其是长度较长隧道。截至2016年底，全国公路隧道为15181处、14039.7km，比2015年分别增加1175处、1355.8km。另外，截至2016年底，全国特长公路隧道815处，长3622.7km，长隧道3520处，长6045.5km。国内学者的相关调查结果表明，隧道路段事故的事故率为全线的1.3~9.67倍，平均为5.17倍，隧道路段无论是在造成经济损失及事故总数、受伤人数、死亡人数的比例方面均远高于正常路段。另有研究表明随着隧道长度的增加，其交通事故数逐渐增多。其主要原因为长隧道内视觉环境单调且驾驶时间长，驾驶员长时驾驶极易产生驾驶疲劳。

低等级公路隧道照明标准缺乏，且由于经济原因开灯率低。《公路隧道设计规范 》（JTG D70-2014 ），规定长度大于200m的隧道应设置照明，其主要针对高速公路、一级公路；对于等级公路照明标准过高，大部分低等级公路由于经济原因并没有安装照明设施或开灯率低，从而隧道环境昏暗，驾驶环境差。

低等级公路隧道视觉环境差，诱导设施设置不足，容易产生视错觉。由于低等级公路隧道没有安装照明设施或开灯率低，且隧道内诱导设施设置少，故隧道环境昏暗，且参照物少、对比度低、环境单调，为弱视觉参照系，驾驶员会显著低估车速、高估跟车距离；并长时驾驶会感到压抑和疲劳，急于驶离隧道，容易诱发超速行为，并造成追尾、撞侧墙的交通事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对不设照明设施或开灯率低的低等级公路隧道（＞1000m），提供一种低等级公路光电式诱导系统，克服目前低等级公路隧道照明不足、视觉环境差、诱导设置不足容易产生视错觉的缺陷，保证隧道行车安全。来满足驾驶员的速度感、距离感、方向感、位置感需求，从而实现隧道照明诱导安全和节能的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种低等级公路隧道光电式诱导系统，其特征在于：利用逆反射技术制作反光环、反光条和猫眼道钉，采用多频率多尺寸多形状和多色彩的组合方式，结合LED诱导标和LED轮廓标来重构低等级公路隧道视觉参照系；将隧道划分为接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段、驶离段，其中：中间段包括提醒区和唤醒区，且隧道内每500m设置一道提醒区，每2个提醒区或每1500m设置一个唤醒区，针对不同区段的特点设置具有相似性和差异性的诱导系统。

进一步的，隧道不同区段的长度根据低等级公路隧道的驾驶速度和驾驶员的驾驶特点确定，接近段、驶离段、入口段、出口段、过渡段长度为35~65m，中间段长度为实际隧道长度减去入口段、过渡段、出口段之后的距离，另外提醒区和唤醒区都取一个低频单元的长度。

进一步的，在接近段与驶离段路边两侧设置带有护栏的路侧波形护栏，于路侧波形护栏立柱上设置反光条，每隔2~4个立柱设置一个反光条；反光条间间距为12~20m；车道外侧沿线设置猫眼道钉，猫眼道钉间距为2.5~4m。

进一步的，在入口段和出口段设置刺激较强的诱导信息带，诱导信息带的频率比值为中频：高频=1:5，高频信息为设置于车道外侧的猫眼道钉和检修道外侧的LED轮廓标，间距2.5~4m；中频信息为设置于侧墙上的反光环，间距为12.5~20m。

进一步的，在过渡段，侧墙上反光环与反光条相间设置，反光环与相邻反光环间距为25~40m，反光条与相邻反光条间距为25~40m，高频信息为设置于底部的、车道外侧的猫眼道钉和检修道外侧的LED轮廓标，间距2.5~4m。

进一步的，在中间段基本区设置频率为低频：中频：高频=1:5:25，高频信息为底部的猫眼道钉和LED轮廓标，间距为2.5~4m；中频信息为设置于侧墙上的反光条和LED诱导标，间距为12.5~20m；低频信息为设置于侧墙上的反光环，间距为62.5~100m。

进一步的，提醒区与唤醒区具体结构如下：提醒区间隔500m设置一处，每一处均采用黄色和红色中的一种形成彩色反光环，且相邻处黄色和红色间隔，即黄色提醒区与红色提醒区间隔设置；还在侧墙上设置反光条和LED诱导标； 反光条、反光条上的LED诱导标、以及侧墙底部的LED轮廓标连线组成凸形的拱形图案；唤醒区1500m间隔设置一处，即黄色提醒区与红色提醒区之后设置唤醒区，反光环和反光条都选取绿色反光膜，反光条、反光条上的LED诱导标以及侧墙的LED轮廓标连线组成凹形的树形图案。

进一步的，隧道内反光环宽度取15cm，反光条取8cm，另外隧道外路侧护栏上反光条宽度根据护栏宽度实际情况确定，但不超过8cm，同时路侧护栏反光条高度取0.6~1.2m，隧道内反光条高度取2.2~2.5m；另隧道全程对向车流车道分隔线上设置猫眼道钉，并与路侧猫眼道钉相平行。

通过上述技术方案，本发明将公路隧道划分为接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段、驶离段，隧道内每500m设置一道提醒区，每3个提醒区设置一个唤醒区。各分段均采用多频多尺寸组合信息设置方法，高频猫眼道钉、高频LED轮廓标、中频反光条，以满足驾驶员速度感、距离感；同时采用差异化设计，接近段、驶离段采用中频短反光条，入口段、出口段采用中频多道连续反光环，隧道过渡段采用反光环、反光条相间设置，提醒区设置2道色彩反光环，唤醒区设置侧墙韵律形图案与多色彩反光环、多色彩反光条以满足驾驶员的方向感和位置感，并缓解驾驶疲劳。该光电式诱导系统适用于限速20-50km/h，且大于1000m的双向两车道的公路隧道。

本发明的原理：

根据《公路隧道照明设计细则》中隧道不同区段照明强度不同，将低等级公路隧道（＞1000m）划分为接近段、入口段、过渡段、中间段（包括提醒区与唤醒区）、出口段、驶离段：1）接近段和驶离段，农村公路隧道管理车速一般为20~50km/h，考虑驾驶员速度偏高，故速度取值为30~60km/h，，以驾驶员4s行程计算并取整，确定长度为35~65m，位于隧道外；2）入口段与出口段，以4s行程计算并取整，确定长度为35~65m，位于隧道进出口；3）过渡段，以4s行程计算取整，确定长度为35~65m；4）中间段，隧道内除入口段、过渡段以及出口段的其他部分。另外中间段包含提醒区与唤醒区，在隧道内间隔500m设置一个提醒区以提醒驾驶员注意，间隔3个提醒区设置一个唤醒区以起到疲劳唤醒的作用，从而提高驾驶安全。

根据马斯洛需求层次理论提出驾驶员在隧道内存在的基本性需求、安全性需求、舒适性需求以及美观性需求，另将安全性需求划分为速度感、距离感、方向感以及位置感，考虑驾驶员在隧道内长时处于单调环境，结合边缘率理论与驾驶员的韵律感需求，设置多频多形状多尺寸多色彩的视觉诱导信息，并建立不同频率与不同尺寸的组合方式，采用高频小尺度信息、中频中尺度信息、低频大尺度信息的组合方式，满足驾驶员对速度感、距离感、方向感的需求。另外采用多色彩的韵律信息，体现了差异性，满足驾驶员的韵律感需求，美化隧道环境。

根据驾驶员隧道行驶过程中在不同区段的驾驶与视觉特点，分析驾驶员在不同区段的视觉需求，从而采取不同的针对性诱导系统设置方案：1）隧道接近段与驶离段、入口段与出口段视觉环境过渡剧烈，隧道外的丰富视觉参照系和隧道内的单调视觉参照系过渡以及隧道内外的亮度差，会产生黑白洞效应，驾驶员出现视觉盲期，故接近段与驶离段设置与隧道内类似的诱导信息，在入口段与出口段设置高密度诱导信息。2）隧道过渡段，驾驶员处于高密度与丰富视觉信息和隧道内单调视觉信息的过渡区段，故设置介于两者之间的适中频率诱导信息。3）隧道中间段，此时驾驶环境单调，故设置多频多尺寸多色彩的组合信息，提供驾驶员获得速度感、距离感、方向感和位置感所必要的视觉参照系。

相对于现有技术，本发明优点如下：

1）LED诱导标与轮廓标采用LED节能灯具，耗能少且寿命长；反光环、反光条以及猫眼道钉由逆反射材料制作，可利用车前灯的反射灯光使驾驶员在低照度环境下看清由标志标线组成的诱导信息，降低了主动照明需求。LED节能灯相较于传统高压钠灯具有耗电量低、使用寿命长、显色性好等优点，适合在隧道内使用以降低照明能耗。该光电式诱导系统可满足隧道节能的要求。逆反射材料制作的标志标线可使驾驶员行车具有进程感，车灯照射到回复区域之外没有光线反射回驾驶员眼睛，随着距离由远及近，亮度经历暗-明-暗的过程，给驾驶员提供良好的进程感，给驾驶员提供良好的道路线形诱导，强化驾驶员的速度感与距离感。

2）结合边缘率理论与驾驶需求分层，采用多频多尺寸多形状多色彩信息组合，重构低等级公路隧道视觉参照系并分段设置，使隧道内外视觉参照系合理过渡，驾驶员在隧道内行驶时可以获得充足的视觉参照点从而避免视错觉，合理控制行车车速和跟车距离。

3）考虑隧道内的单调环境容易使驾驶员产生驾驶疲劳的特点，采用不同颜色和不同形状的韵律图形，增加隧道环境的丰富性和差异性，另外韵律图案利用简单点、线组成，避免大面积色块和图案的使用，从而在避免视觉刺激过强的同时减少成本。

4）本发明相较于《一种低成本山区高速公路隧道入口车速控制》和《基于防眩原理的公路隧道出口交通工程设施》，考虑了隧道整体的设计方法，保证了隧道整体各段的连续性与差异性，另外本发明将频率与尺寸结合设计，提出由点、线组成的设计方案，避免了大面积的色彩使用，避免刺激过强，同时适合农村经济条件有限的情况。

附图说明

图1： 根据本发明实施的低等级公路隧道光电式诱导系统透视图；

图2： 图1的入口段与出口段光电式诱导系统设计侧视图；

图3： 图1的过渡段光电式诱导系统设计侧视图；

图4： 图1的中间段基本单元光电式诱导系统设计侧视图；

图5： 图1的中间段提醒区（黄色）光电式诱导系统设计侧视图；

图6： 图1的中间段提醒区（红色）光电式诱导系统设计侧视图；

图7： 图1的中间段唤醒区光电式诱导系统设计侧视图；

图1-7中附图标记如下：1-猫眼道钉；2- 反光环；3- LED诱导标；4-长反光条；5-LED轮廓标；6-短反光条；7-路侧波形护栏。

具体实施方式

本发明的低等级公路隧道光电式诱导系统，如图1-7所示，针对不设照明设施或开灯率低的低等级公路隧道（＞1000m），考虑驾驶员在隧道内获得的视觉参照点有限，容易产生视错觉和驾驶疲劳的特点，结合逆反射技术与LED技术，基于边缘率理论和驾驶员的视觉需求，是一种重构的低等级公路隧道（＞1000m）视觉参照系统。

如图1，参考隧道照明标准的隧道分段，结合低等级隧道（＞1000m）内环境单调从而驾驶员易出现驾驶疲劳的特点，将隧道划分为接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段、驶离段，其中：中间段包括提醒区和唤醒区且隧道内每500m设置一道提醒区，每2个提醒区或每1500m设置一个唤醒区，针对不同区段的特点设置具有相似性和差异性的诱导系统。隧道不同区段的长度根据低等级公路隧道的驾驶速度和驾驶员的驾驶特点确定，设定农村公路隧道管理车速一般为20~50km/h，考虑驾驶员速度偏高，故速度取值为30~60km/h，接近段、驶离段、入口段、出口段、过渡段都考虑满足驾驶员的4s驾驶行程确定，计算得35~65m，中间段长度为实际隧道长度减去入口段、过渡段、出口段之后的距离，另外提醒区和唤醒区都取一个低频单元的长度。

由此，隧道不同路段区分如下：1）接近段与驶离段：接近段是以距隧道入口35~65m处为起点、隧道入口为终点的隧道外路段，驶离段即为隧道出口外35~65m路段；2）入口段与出口段：长度为35~65m，入口段是以隧道入口为起点、隧道内距入口35~65m处为终点的路段，出口段即以隧道内距隧道出口35~65m为起点、隧道出口为终点的路段；3）过渡段，长度为35~65m，以隧道入口段的终点为起点。4）中间段，隧道路段内除去入口段、过渡段、出口段后的部分即为隧道中间段。另外不分路段，隧道作为一个整体，在隧道内间隔500m设置一处提醒区，间隔1500m设置一处唤醒区。

本发明的系统中：高频信息频率为2-12HZ，中频信息为0.5-1HZ，低频信息为0.1-0.25HZ，当车速为30~60km/h时，高频信息间距取2.5~4m，对于隧道不同区段取不同的频率比值，其中中间段信息间距长度最长，取中间段设计单元为基本单元，基本单元中低中高频比值取1:5:25，根据比例计算低频信息和中频信息间距，中频信息间距取12.5~20m，低频信息间距取62.5~100m，另外其他区段频率比与间距根据具体设计方案调整，但高频信息间距保持不变。

如图1，本发明的系统中：逆反射材料设施包括反光环2、长反光条4和短反光条6、猫眼道钉1，LED设施包括LED轮廓标5和LED诱导标3。其中大尺寸信息为反光环2，低频设置于隧道侧墙由检修道向上延伸至隧道顶部；中尺寸信息为长反光条4和LED诱导标3，中频设置于隧道侧墙上；小尺寸信息为猫眼道钉1和LED轮廓标5，高频设置于车道外侧或检修道处。

接近段与驶离段：路侧波形护栏7立柱上设置短反光条6，路侧波形护栏7立柱间距为4m，每隔2~4个护栏立柱设置一处短反光条6，即短反光条6间距为12或20m，短反光条6长度为0.6~1.2m。车道外侧路侧波形护栏7内侧设置猫眼道钉1形成的标线，猫眼道钉1的间距为2.5~4m。

本发明中，如图1和2，在入口段和出口段考虑隧道内外视觉环境的过渡故设置刺激较强的诱导信息，频率比值为中频：高频=1:5，高频信息为设置与车道外侧的猫眼道钉和检修道外侧的LED轮廓标，间距2.5~4m，中频信息为设置于侧墙的反光环，间距为高频信息的5倍，故为12.5~20m。具体结构为：车道边线外侧设置猫眼道钉1，间距为2.5~4m；检修道外侧壁上设置LED轮廓标5，各LED轮廓标5与对应处的猫眼道钉1横向位于同一直线（图1的隧道延伸方向为纵向，与该纵向垂直的为横向，下同；图2中LED轮廓标5和猫眼道钉1处于横向同一位置不同高度，距离接近）；侧墙设置5上道反光环2，从检修道向上延伸至洞顶，反光环2宽15cm，间距为12.5~20m；侧墙2.2~2.5m高处设置LED诱导标3，LED诱导标3设置于反光环2上并沿纵向位于同一水平高度。

本发明中，在过渡段考虑隧道入口段和中间段的视觉过渡，设置介于两者之间刺激程度的诱导信息，故侧墙反光环与反光条相间设置，高频信息为设置与车道外侧的猫眼道钉和检修道外侧的LED轮廓标；如图1和3，过渡段为：车道边线外侧设置猫眼道钉1，间距为2.5~4m；检修道外侧壁上设置LED轮廓标5，各LED轮廓标5与对应处的猫眼道钉1横向位于同一直线；侧墙间隔设置反光环2和长反光条4，反光环2宽取15cm，长反光条4宽取8cm，长反光条4从检修道延伸至侧墙2.2~2.5m高处，数量比为反光环：长反光条=1:1，反光环与相邻反光环间距为25~40m，长反光条与相邻长反光条间距也为25~40m，另LED诱导标3设置于反光环2和长反光条4上，并沿纵向位于同一水平高度。

本发明中，在中间段基本区设置频率为低频：中频：高频=1:5:25，高频信息为猫眼道钉和LED轮廓标，中频信息为反光条和LED诱导标，低频信息为反光环。如图1和4，中间段为：车道边线外侧设置猫眼道钉1，间距为2.5~4m；检修道外侧壁上设置LED轮廓标5，各LED轮廓标5与对应处的猫眼道钉1横向位于同一直线；侧墙设置反光环2和长反光条4，反光环2宽为15cm，由检修道延伸至洞顶，长反光条4宽为8cm，由检修道延伸至隧道侧壁高2.2~2.5m处，数量比为反光环：长反光条=1:4，反光环2间距为62.5~100m，侧墙2.2~2.5m高处设置LED诱导标5，另LED诱导标3设置于反光环2和长反光条4上，并沿纵向位于同一水平高度。

本发明中，如图1、5或6，中间段设置提醒区，每500m设置一处，具体为：车道边线外侧设置猫眼道钉1，间距为2.5~4m；检修道外侧壁上设置LED轮廓标5， 各LED轮廓标5与对应处的猫眼道钉1横向位于同一直线；侧墙设置反光环2和反光条，反光环2宽度为15cm，由检修道延伸至洞顶并采用彩色反光环，颜色可取黄色、红色、绿色等的一种，如图5实施例为黄色反光环2，图6的实施例为红色反光环2，反光条宽为8cm，高度逐渐变化，最高与长反光条4高度相同；反光条顶部连接线与底部的侧墙LED轮廓标5配合组成韵律图案如凸形拱桥或圆弧拱顶、凹形悬索桥，反光环2与反光条数量比仍为1:4。

本发明中，如图1和7，中间段设置唤醒区，每1500m或每2个提醒区设置一处，唤醒区结构为：车道边线外侧设置猫眼道钉1，间距为2.5~4m；检修道外侧壁上设置LED轮廓标5，各LED轮廓标5与对应处的猫眼道钉1横向位于同一直线；侧墙设置反光环2和反光条，反光环2宽度为15cm，且反光条宽8cm，反光环2和反光条都采用绿色反光膜；反光条高度逐渐变化，最高与长反光条4高度相同；反光条顶部连接线与底部的侧墙LED轮廓标5配合组成绿色韵律树形图案（接近于中间高两边低的塔状），反光环2与反光条数量比仍为1:4。

本发明中，路段全程对向车流车道分界线上设置猫眼道钉1构成分界标线，分界标线上猫眼道钉1之间间距为2.5~4m，各猫眼道钉1与路侧猫眼道钉1相对应并位于同一横向位置。

施工方法如下：

1）对于改建隧道，先清除隧道内的原有诱导设施，如标志标线等，照明设施可保留。对于新建隧道，先完成侧壁及路面建设铺装并修建好基础设施。

2）LED诱导标3和LED轮廓标5需要使用电能，具体施工时需要安装其他附属设施，如控电设备、电能传输设备等。

3）先安装高频小尺寸设施如猫眼道钉1和LED轮廓标5，然后根据不同区段的不同频率比值分别计算中频信息和低频信息间距，然后安装反光环2和长反光条4、短反光条6，需要注意保证反光环2、长反光条4、短反光条6与猫眼道钉1和LED轮廓标5的对应，最后在反光环2与反光条4上安装LED诱导标3。

注意事项：

1）本方法适用于低等级公路隧道（＞1000m），采用该套诱导系统的同时也需要设置必要的隧道照明设备。

2）本方法中的设施设置间距可根据实际情况微调。

3）本方法中逆反射材料安全设施应注意保养、维护，当其反光系数降低到设计数值的70%以上时，应注意更换反光膜。

4）本方法中的车速取值若有隧道实际车速调差值则根据实际车速来计算取值。

Claims (8)

1.一种低等级公路隧道光电式诱导系统，其特征在于：利用逆反射技术制作反光环、反光条和猫眼道钉，采用多频率多尺寸多形状和多色彩的组合方式，结合LED诱导标和LED轮廓标来重构低等级公路隧道视觉参照系；将隧道划分为接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段、驶离段，其中：中间段包括提醒区和唤醒区，且隧道内每500m设置一道提醒区，每2个提醒区或每1500m设置一个唤醒区，针对不同区段的特点设置具有相似性和差异性的诱导系统。

2.根据权利要求1所述的低等级公路隧道光电式诱导系统，其特征在于：隧道不同区段的长度根据低等级公路隧道的驾驶速度和驾驶员的驾驶特点确定，接近段、驶离段、入口段、出口段、过渡段长度为35~65m，中间段长度为实际隧道长度减去入口段、过渡段、出口段之后的距离，另外提醒区和唤醒区都取一个低频单元的长度。

3.根据权利要求1或2所述的低等级公路隧道光电式诱导系统，其特征在于：在接近段与驶离段路边两侧设置带有护栏的路侧波形护栏，于路侧波形护栏立柱上设置反光条，每隔2~4个立柱设置一个反光条；反光条间间距为12~20m；车道外侧沿线设置猫眼道钉，猫眼道钉间距为2.5~4m。

4.根据权利要求1或2所述的低等级公路隧道光电式诱导系统，其特征在于：在入口段和出口段设置刺激较强的诱导信息带，诱导信息带的频率比值为中频：高频=1:5，高频信息为设置于车道外侧的猫眼道钉和检修道外侧的LED轮廓标，间距2.5~4m；中频信息为设置于侧墙上的反光环，间距为12.5~20m。

5.根据权利要求1或2所述的低等级公路隧道光电式诱导系统，其特征在于：在过渡段，侧墙上反光环与反光条相间设置，反光环与相邻反光环间距为25~40m，反光条与相邻反光条间距为25~40m，高频信息为设置于底部的、车道外侧的猫眼道钉和检修道外侧的LED轮廓标，间距2.5~4m。

6.根据权利要求1或2所述的低等级公路隧道光电式诱导系统，其特征在于：在中间段基本区设置频率为低频：中频：高频=1:5:25，高频信息为底部的猫眼道钉和LED轮廓标，间距为2.5~4m；中频信息为设置于侧墙上的反光条和LED诱导标，间距为12.5~20m；低频信息为设置于侧墙上的反光环，间距为62.5~100m。

7.根据权利要求6所述的低等级公路隧道光电式诱导系统，其特征在于：提醒区与唤醒区具体结构如下：提醒区间隔500m设置一处，每一处均采用黄色和红色中的一种形成彩色反光环，且相邻处黄色和红色间隔，即黄色提醒区与红色提醒区间隔设置；还在侧墙上设置反光条和LED诱导标； 反光条、反光条上的LED诱导标、以及侧墙底部的LED轮廓标连线组成凸形的拱形图案；唤醒区1500m间隔设置一处，即黄色提醒区与红色提醒区之后设置唤醒区，反光环和反光条都选取绿色反光膜，反光条、反光条上的LED诱导标以及侧墙的LED轮廓标连线组成凹形的树形图案。

8.根据权利要求1或2所述的低等级公路隧道光电式诱导系统，其特征在于：隧道内反光环宽度取15cm，反光条取8cm，另外隧道外路侧护栏上反光条宽度根据护栏宽度实际情况确定，但不超过8cm，同时路侧护栏反光条高度取0.6~1.2m，隧道内反光条高度取2.2~2.5m；另隧道全程对向车流车道分隔线上设置猫眼道钉，并与路侧猫眼道钉相平行。