CN108363128B - 一种雪区隧道洞外减光装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种雪区隧道洞外减光装置及方法，隧道洞外减光技术领域，该减光装置由多个减光板序列组成，每个减光板序列包含多个减光单元，所述减光单元包含减光板，骨架和支架，所述减光板正面采用吸光涂料层制成，所述骨架呈扁平长方体形状，所述减光板设置在所述骨架的正面，所述支架设置在所述骨架的背面，所述支架用于支撑所述减光单元，在所述骨架内部还设置有电热模块，所述电热模块用于加热所述减光单元。本发明有效降低了洞外亮度，减小了洞内外亮度差，有利于提高行车安全性和舒适性；减光板反面铺设的太阳能光伏板可作为电伴热模块的一路电源，节约能源。
Description
技术领域
本发明属于隧道洞外减光技术领域，涉及一种雪区隧道洞外减光装置及方法。
背景技术
地处寒冻地区的公路隧道，积雪对隧道照明系统、行车安全性及舒适性的负面影响不容忽视。雪地对日光的反射率极高，可达到将近95％，直视雪地正如同直视太阳，洞外积雪的存在加大了隧道内外亮度差别，驾车驶入洞口将面临比普通隧道更显著的“黑洞效应”。驾车从洞外进入洞内的过程是一个视觉暗适应的过程，在此过程中人对周围环境的识认能力逐步提升，直至完全适应洞内较暗的环境。由于雪地的存在，在进入隧道相当长的时间内，驾驶员的视网膜感光细胞处于高度饱和状态，而进入隧道后，由于亮度的急剧下降，视网膜将处于失能状态，极易诱发交通事故。
隧道入口加强照明设计亮度与洞外亮度成正比，洞口山体的积雪反射光线使洞外亮度增大，隧道加强照明段的需要亮度增大，从而导致照明系统的功率、规模需进一步扩大，不利于运营节能；另一方面，积雪反射光线至人眼会引发司乘人员的视觉失能和强烈的不适感。
亟需采用科学合理的洞外减光方法和装置降低洞外亮度，减轻积雪反射对行车的不利影响。而目前隧道洞外减光结构物形式、结构长度的设计缺乏相应的理论依据，设置机理不明确。常见的洞外减光结构如钢筋混凝土格栅、遮光棚若在雪区隧道实施，结构物顶部同样会积雪，无法起到减光和减轻积雪反射的作用。国内外尚缺乏寒区隧道洞外减光的相关研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种雪区隧道洞外减光装置及方法，实现降低洞外亮度，减小洞内外亮度差，有利于提高行车安全性和舒适性的目的。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种雪区隧道洞外减光装置，该减光装置由多个减光板序列组成，每个减光板序列包含多个减光单元，所述减光单元包含减光板，骨架和支架，所述减光板正面采用吸光涂料层制成，所述骨架呈扁平长方体形状，所述减光板设置在所述骨架的正面，所述支架设置在所述骨架的背面，所述支架用于支撑所述减光单元，在所述骨架内部还设置有电热模块，所述电热模块用于加热所述减光单元。
进一步，所述电热模块为电伴热条，且呈弓字形布置在所述骨架内。
进一步，所述骨架的背面还设置有太阳能光伏板，所述太阳能光伏板为所述电热模块提供一路电源。
进一步，所述减光板序列包含多个直线排列的减光单元，每个减光单元之间通过柔性橡胶材料连接并固定。
一种雪区隧道洞外减光方法，该方法包含如下步骤：
S1：在隧道洞外选定一参考点；
S2：根据所选定的参考点，确定参考点与路面，山体以及隧道洞门相交接的区域，明确对人眼影响系数高的隧道洞口山体区域；
S3：在隧道洞门衬砌与山体交接线处布置减光板序列Ⅰ；
S4：将视线由参考点经过减光板序列Ⅰ的顶部延伸至山体的交点选定为第二布置线；
S5：在第二布置线设置减光板序列Ⅱ；
S6：判定，若从参考点到最后一排减光板序列顶部与山体的交线超过了对人眼影响系数高的隧道洞口山体区域，则不在继续增加减光板序列，若否，则继续增加减光板序列，直至满足条件。
进一步，步骤S1中，所述参考点满足在隧道外的道路上，距离隧道洞口一个停车视距，并且距离地面1.5m。
进一步，步骤S2中，根据所选定的参考点，确定参考点与路面，山体以及隧道洞门相交接的区域，具体为：从参考点向隧道洞面投射一锥角为20°的圆锥体，圆锥体轴线通过隧道洞口所在的竖直面中心线距路面h/4的点，其中，h为隧道顶部到地面的距离，确定为圆锥体与路面、山体以及隧道洞门相交接的区域。
进一步，所述减光板序列Ⅰ、Ⅱ与竖直面呈5°夹角安装，并向隧道洞口倾斜。
本发明的有益效果在于：本发明的特殊的布设形式使减光装置不易被雪覆盖，电伴热模块可解决减光装置局部覆雪的问题；减光板一方面遮挡了对人眼影响系数较高的部分洞口山体区域的积雪，减少雪地反射现象，另一方面减光板表面的吸光涂料反射率极低，可进一步降低洞外亮度，减小洞内外亮度差，有利于提高行车安全性和舒适性；减光板反面铺设的太阳能光伏板可作为电伴热模块的一路电源，节约能源。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为减光单元正面结构示意图；
图2为减光单元侧面结构示意图；
图3为减光单元安装示意图；
图4为本发明方法亮度L20区域计算图；
图5为减光单元铺设方法侧面原理图；
图6为减光单元铺设方法俯视原理图；
图7为减光单元铺设方法正面原理图；
图8为本发明方法流程图；
图9为本发明减光序列供电示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1、2所示，本发明的目的之一是提出一种雪区隧道洞外减光装置，该减光装置由多个减光板序列组成，每个减光板序列包含多个减光单元，减光单元包含减光板1，骨架4和支架3，减光板1正面采用吸光涂料层制成，骨架4呈扁平长方体形状，减光板1设置在骨架4的正面，支架3设置在骨架4的背面，支架3用于支撑减光单元，在骨架4内部还设置有电热模块5，电热模块5用于加热减光单元。
减光板1面向隧道外侧为吸光涂料层，反射率极低，有效降低洞外亮度；减光板面向山体侧为太阳能光伏板2，通过光伏发电为电热模块5提供一路电源；骨架4基本材料由钢板制作；减光板1中心由一根钢管斜向地面做支架3。电热模块5的发热电伴热条绕减光板水平方向缠绕一圈半。太阳能光伏板2吸收太阳能并将太阳能转换为电能，为电热模块5提供一路电源，通过缠绕的发热电伴热条加热减光板1，融化可能堆积在太阳能光伏板表面的雪。减光板与减光板间由柔性橡胶材料6固定并连接。
本发明的目的之二是提出一种雪区隧道洞外减光方法，包含如下步骤：
步骤一、在隧道洞外选定一参考点；
步骤二、根据所选定的参考点，确定参考点与路面，山体以及隧道洞门相交接的区域，明确对人眼影响系数高的隧道洞口山体区域；
步骤三、在隧道洞门衬砌与山体交接线处布置减光板序列Ⅰ；
步骤四、将视线由参考点经过减光板序列Ⅰ的顶部延伸至山体的交点选定为第二布置线；
步骤五、在第二布置线设置减光板序列Ⅱ；
步骤六、判定，若从参考点到最后一排减光板序列顶部与山体的交线超过了对人眼影响系数高的隧道洞口山体区域，则不在继续增加减光板序列，若否，则继续增加减光板序列，直至满足条件。
具体步骤，参见图4、图5所示，首先，通过在道路纵向距隧道洞口一个停车视距SD、路面上方的高度为1.5米的参考点(图中为参考点K)上，面向洞口投射一个锥角为20°(2×10°)的圆椎体，圆锥体轴线通过隧道洞口所在的竖直面中心线距路面h/4的点，确定圆锥体与路面、地面、山体、洞门等相交接的区域，明确对人眼影响系数较高的洞口山体区域10。如图所示，视线7与山体的交线为交接线M，洞门衬砌与山体的交线为交接线N，对人眼影响系数较高的洞口山体区域10即为交接线M、交接线N之间山体L。在未安装减光板的情况下，L区域的积雪将产生极强的反射作用，影响行车安全性及舒适性。
在隧道洞门衬砌与山体的交接线N处布设减光板序列Ⅰ8，减光板安装位置与竖直面呈5°夹角，如图3所示，向洞口外略微倾斜，减光板吸光涂料面朝向隧道外，该设置形式使雪不易在吸光涂料面堆积。
如图6所示，视线7由参考点K通过减光板序列Ⅰ8顶部至山体的交接处为交接线F，则交接线N、交接线F之间的积雪区域将被减光板序列Ⅰ8遮挡，同时由于减光板吸光涂料反射率极低，有效降低洞外亮度。
在视线通过参考点K、减光板序列Ⅰ8顶部至山体的交接处交接线F布设减光板序列Ⅱ9，安装形式与减光板序列Ⅰ8相同，则视线通过参考点K、减光板序列Ⅱ9顶部至山体的交接处与交接线F之间的积雪区域将被减光板序列Ⅱ9遮挡，同时由于减光板吸光涂料反射率极低，有效降低洞外亮度。
若视线通过参考点K、减光板序列Ⅱ9顶部至山体的交接处在对人眼影响系数较高的交接线M、交接线N之间的洞口山体区域L外，则不再增设减光板序列Ⅲ；若视线通过参考点K、减光板序列Ⅱ9顶部至山体的交接处在对人眼影响系数较高的交接线M、交接线N之间的洞口山体区域L内，则按相同原则布设减光板序列Ⅲ；
如图7所示，根据相同布设方法确定布设减光板序列Ⅰ、减光板序列Ⅱ、减光板序列Ⅲ……减光板序列n。
则对人眼影响系数较高的交接线M、交接线N之间的洞口山体区域L内的所有积雪将被减光板序列遮挡，消除积雪反射现象，同时利用减光板吸光涂料，减小反射率，有效降低洞外亮度，5°倾斜安装的形式使吸光涂料面不易积雪。
如图8所示，本发明方法的流程可归纳为：
1、针对雪区隧道，确定视线圆锥体与山体交接位置，明确对人眼影响系数较高的洞口山体区域。
2、以遮挡对人眼影响系数较高的洞口山体区域积雪为目的，按视线投影原则确定减光板序列数量及位置。
3、按5°向洞外倾斜设置减光板，同一序列的每块减光板间采用柔性橡胶材料固定、连接，减光板太阳能光伏板模块侧的支撑杆打入山体并固定。
如图9所示，各减光板序列的太阳能光伏发电板模块通过光电转换发电，蓄电池模块由各发电模块提供绿色电能，并作为一路电源为各减光板序列的电伴热模块供电，隧道变电所提供一路市电作备用电源为各减光板序列的电伴热模块供电，两路电源通过双电源自动切换装置控制，优先采用光伏发电电源。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种雪区隧道洞外减光方法，其特征在于：该方法包含如下步骤：
S1：在隧道洞外选定一参考点；
S2：从选定的参考点向隧道洞面投射一锥角为20°的圆锥体，圆锥体轴线通过隧道洞口所在的竖直面中心线距路面h/4的点，其中，h为隧道顶部到地面的距离，确定圆锥体与路面、山体以及隧道洞门相交接的区域；
S3：在隧道洞门衬砌与山体交接线处布置减光板序列Ⅰ；
S4：将视线由参考点经过减光板序列Ⅰ的顶部延伸至山体的交点选定为第二布置线；
S5：在第二布置线设置减光板序列Ⅱ；
S6：判定，若从参考点到最后一排减光板序列顶部与山体的交线超过了对人眼影响系数高的隧道洞口山体区域，则不在继续增加减光板序列，若否，则继续增加减光板序列，直至满足条件；
该减光板序列Ⅰ与减光板序列Ⅱ的组成相同；每个减光板序列均包含多个减光单元，所述减光单元包含减光板，骨架和支架，所述减光板正面采用吸光涂料层制成，所述骨架呈扁平长方体形状，所述减光板设置在所述骨架的正面，所述支架设置在所述骨架的背面，所述支架用于支撑所述减光单元，在所述骨架内部还设置有电热模块，所述电热模块用于加热所述减光单元。
2.根据权利要求1所述的一种雪区隧道洞外减光方法，其特征在于：步骤S1中，所述参考点满足在隧道外的道路上，距离隧道洞口一个停车视距，并且距离地面1.5m。
3.根据权利要求1所述的一种雪区隧道洞外减光方法，其特征在于：所述减光板序列Ⅰ、Ⅱ与竖直面呈5°夹角安装，并向隧道洞口倾斜。
4.根据权利要求1所述的一种雪区隧道洞外减光方法，其特征在于：所述电热模块为电伴热条，且呈弓字形布置在所述骨架内。
5.根据权利要求1所述的一种雪区隧道洞外减光方法，其特征在于：所述骨架的背面还设置有太阳能光伏板，所述太阳能光伏板为所述电热模块提供一路电源。
6.根据权利要求1所述的一种雪区隧道洞外减光方法，其特征在于：所述减光板序列包含多个直线排列的减光单元，每个减光单元之间通过柔性橡胶材料连接并固定。
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