CN109101696B - 一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法 - Google Patents

一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，包括以下步骤:(1)、对公路隧道入口“黑洞效应”影响范围内的始端计算位置进行视点照度测试，确定减光构造始端的视点照度设计参数Eout；(2)、由隧道入口加强照明末端位置至隧道洞口的暗适应时间，推算隧道洞口断面的照度数值并将其作为减光构造末端的视点照度设计参数Ein。(3)、确定减光构造的理论最小长度l。(4)、根据隧道断面尺寸和确定的理论最小长度l，在CAD中构建长度为2l的减光构造及隧道模型。(5)、将模型导入到Ecotect Analysis中进行光环境仿真，通过调整不同透光参数和长度的遮阳材料，使减光构造内渐低光环境满足驾驶人视觉适应性。本发明的方法操作简单、结果可靠准确。

Description

一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法
技术领域
本发明属于公路隧道交通安全设施领域，特别涉及一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法。
背景技术
隧道入口处于两种行车环境的过渡段，晴朗白天驾驶人进入隧道时的照度变化会超过人眼动态适应的范围，驾驶人心理、生理负荷增大，交通安全风险很高，相关研究表明隧道入口段的事故率远高于其它隧道路段。
减光构造物被认为是在公路隧道入口实现均匀渐低光环境的有效途径。工程界已有很少量的公路隧道入口减光构造物，但型式多样、长度不一，经验性设计成分大。多年来，相关研究与工程实践开始探索隧道入口均匀渐低环境的实现方法，但尚无法系统支撑减光环境的科学设计，缺乏对隧道入口渐低光环境的基础问题的科学认知已严重制约各类减光构造物的有效应用，亟需探索建立公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，以支持人们对隧道入口“黑洞效应”的控制目标、控制手段的准确把握和科学应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，包括以下步骤：
步骤1，对公路隧道入口“黑洞效应”影响范围内的始端计算位置进行视点照度测试，确定减光构造始端的视点照度设计参数Eout；
步骤2，由隧道入口加强照明末端位置至隧道洞口的暗适应时间，推算隧道洞口断面的照度数值并将其作为减光构造末端的视点照度设计参数Ein；
步骤3，确定减光构造的理论最小长度l：
Figure BDA0001733274020000021
其中，V为控制速度，km/h；
w为相邻0.2s前后位置视点照度比值的阈值，取1.7；
Eout为减光构造始端视点照度值，lux；
Ein为减光构造末端视点照度值，lux；
步骤4，根据隧道断面尺寸即隧道净宽、净高、限界净高和确定的理论最小长度l，在CAD中构建长度为2l的减光构造及隧道模型；
步骤5，将模型导入到Ecotect Analysis中进行光环境仿真，通过调整不同透光参数和长度的遮阳材料，使减光构造内渐低光环境满足驾驶人视觉适应性。
进一步的，视点照度的测试方法为：将照度计光度头置于驾驶人视点位置并与驾驶人视线方向保持一致。
进一步的，步骤1中，分析白天晴天11:00～14:00时间段内隧道外停车视距处A点至驾驶人的20°视场位置恰好到隧道顶端时B之间的视点照度数值，当AB中任意段的照度变化ki<w时，将位置B作为减光构造的始端计算位置；否则选择AB段中首次ki>w的位置作为减光构造的始端计算位置；之后测试始端计算位置处的全年白天8:00～19:00时间段内的驾驶人视点照度，按数值从小至大排序，取90百分位对应的视点照度数值作为Eout。
进一步的，步骤2中，Ein的计算过程如下：
Ein＝E加强末×wt/0.2
t＝(Dth1+Dth2)×3.6/V
Figure BDA0001733274020000022
其中，E加强末为隧道洞口加强照明末端的视点方向照度值，通过实测得到；
w为相邻0.2s前后位置视点照度比值的阈值，取1.7；
t为驾驶人从加强照明末端位置至隧道洞口的暗适应时间；
(Dth1+Dth2)为入口段加强照明的总长度；
Ds为照明停车视距(m)，可根据《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01-2014)中表4.2.3取值。
h为隧道内净空高度(m)。
进一步的，在Ecotect Analysis中选择隧道所处地区经度、纬度，并输入仿真的视点照度值；分级网格设置成垂直方向以模拟驾驶人瞳孔处的视点照度，在分析网格前设置0.4×1.5m的挡板模拟驾驶人周围真实环境。
进一步的，此处所述减光构造均为钢拱骨架+减光材料组合的构造，基于功能满足、色彩协调、经济、美观的原则，将减光构造设置成分2段或3段，且均采取全长平均分段，每段采用不同透光参数的减光材料，初始段透光率可定为0.4～0.6，末尾段透光率可定为0.1～0.2，分成3段时，中间段透光率取两端数值的平均值。
进一步的，步骤5中，进行长度为2l的减光构造的光环境仿真，分析其全长内视点照度变化，即以控制速度V行驶时，每0.2s通过的相邻位置处的视点照度比值ki与阈值w的关系，若存在全长内ki>w，则以5m的步长动态调整减光构造长度或分段减光参数组合，重复上述步骤直至该长度下的减光参数组合符合驾驶人适应性，即全长内ki均<w，由此确定减光构造的合理长度与减光参数组合方案。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明运用Ecotect Analysis光环境仿真功能，在2倍的理论最小长度基础上确定减光构造的合理长度及不同透光参数组合的遮阳材料形成的渐低光环境，方法操作简单，结果可靠准确，使隧道入口光环境满足驾驶人视觉适应性，不仅有助于从根本上消除隧道入口“黑洞效应”现象，还为降低洞口人工照明强度创造了条件，可望实现公路运营安全与节能的双重效果。
附图说明
图1为两分段组合的减光构造整体侧视图；
图2为两分段组合的减光构造整体俯视图；
图3为分析网格及挡板示意图；
其中：1、减光构造遮阳材料；2、减光构造钢拱架；3、挡板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图3，一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，包括以下步骤：
步骤1，对公路隧道入口“黑洞效应”影响范围内的始端计算位置进行视点照度测试，确定减光构造始端的视点照度设计参数Eout；
步骤2，由隧道入口加强照明末端位置至隧道洞口的暗适应时间，推算隧道洞口断面的照度数值并将其作为减光构造末端的视点照度设计参数Ein；
步骤3，确定减光构造的理论最小长度l：
Figure BDA0001733274020000041
其中，V为控制速度，km/h；
w为相邻0.2s前后位置视点照度比值的阈值，取1.7；
Eout为减光构造始端视点照度值，lux；
Ein为减光构造末端视点照度值，lux；
步骤4，根据隧道断面尺寸即隧道净宽、净高、限界净高和确定的理论最小长度l，在CAD中构建长度为2l的减光构造及隧道模型；
步骤5，将模型导入到Ecotect Analysis中进行光环境仿真，通过调整不同透光参数和长度的遮阳材料，使减光构造内渐低光环境满足驾驶人视觉适应性。
视点照度的测试方法为：将照度计光度头置于驾驶人视点位置并与驾驶人视线方向保持一致。
步骤1中，分析白天晴天11:00～14:00时间段内隧道外停车视距处A点至驾驶人的20°视场位置恰好到隧道顶端时B之间的视点照度数值，当AB中任意段的照度变化ki<w时，将位置B作为减光构造的始端计算位置；否则选择AB段中首次ki>w的位置作为减光构造的始端计算位置；之后测试始端计算位置处的全年白天8:00～19:00时间段内的驾驶人视点照度，按数值从小至大排序，取90百分位对应的视点照度数值作为Eout。
步骤2中，Ein的计算过程如下：
Ein＝E加强末×wt/0.2
t＝(Dth1+Dth2)×3.6/V
Figure BDA0001733274020000051
其中，E加强末为隧道洞口加强照明末端的视点方向照度值，通过实测得到；
w为相邻0.2s前后位置视点照度比值的阈值，取1.7；
t为驾驶人从加强照明末端位置至隧道洞口的暗适应时间；
(Dth1+Dth2)为入口段加强照明的总长度；
Ds为照明停车视距(m)，可根据《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01-2014)中表4.2.3取值。
h为隧道内净空高度(m)。
在Ecotect Analysis中选择隧道所处地区经度、纬度，并输入仿真的视点照度值；分级网格设置成垂直方向以模拟驾驶人瞳孔处的视点照度，在分析网格前设置0.4×1.5m的挡板模拟驾驶人周围真实环境。
此处所述减光构造均为钢拱骨架+减光材料组合的构造，基于功能满足、色彩协调、经济、美观的原则，将减光构造设置成分2段或3段，且均采取全长平均分段，每段采用不同透光参数的减光材料，初始段透光率可定为0.4～0.6，末尾段透光率可定为0.1～0.2，分成3段时，中间段透光率取两端数值的平均值。
步骤5中，进行长度为2l的减光构造的光环境仿真，分析其全长内视点照度变化，即以控制速度V行驶时，每0.2s通过的相邻位置处的视点照度比值ki与阈值w的关系，若存在全长内ki>w，则以5m的步长动态调整减光构造长度或分段减光参数组合，重复上述步骤直至该长度下的减光参数组合符合驾驶人适应性，即全长内ki均<w，由此确定减光构造的合理长度与减光参数组合方案。

Claims (7)

1.一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对公路隧道入口“黑洞效应”影响范围内的始端计算位置进行视点照度测试，确定减光构造始端的视点照度设计参数Eout；
步骤2，由隧道入口加强照明末端位置至隧道洞口的暗适应时间，推算隧道洞口断面的照度数值并将其作为减光构造末端的视点照度设计参数Ein；
步骤3，确定减光构造的理论最小长度l：
Figure FDA0001733274010000011
其中，V为控制速度，km/h；
w为相邻0.2s前后位置视点照度比值的阈值，取1.7；
Eout为减光构造始端视点照度值，lux；
Ein为减光构造末端视点照度值，lux；
步骤4，根据隧道断面尺寸即隧道净宽、净高、限界净高，以及确定的理论最小长度l，在CAD中构建长度为2l的减光构造及隧道模型；
步骤5，将模型导入到Ecotect Analysis中进行光环境仿真，通过调整不同透光参数和长度的遮阳材料，使减光构造内渐低光环境满足驾驶人视觉适应性。
2.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，其特征在于，视点照度的测试方法为：将照度计光度头置于驾驶人视点位置并与驾驶人视线方向保持一致。
3.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，其特征在于，步骤1中，分析白天晴天11:00～14:00时间段内隧道外停车视距处A点至驾驶人的20°视场位置恰好到隧道顶端时B点之间的视点照度数值，当AB中任意段的照度变化ki<w时，将位置B作为减光构造的始端计算位置；否则选择AB段中首次ki>w的位置作为减光构造的始端计算位置；之后测试始端计算位置处的全年代表性白天8:00～19:00时间段内的驾驶人视点照度，按数值从小至大排序，取90百分位对应的视点照度数值作为Eout。
4.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，其特征在于，步骤2中，Ein的计算过程如下：
Ein＝E加强末×wt/0.2
t＝(Dth1+Dth2)×3.6/V
Figure FDA0001733274010000021
其中，E加强末为隧道洞口加强照明末端的视点方向照度值，通过实测得到；
w为相邻0.2s前后位置视点照度比值的阈值，取1.7；
t为驾驶人从加强照明末端位置至隧道洞口的暗适应时间；
Dth1+Dth2为入口段加强照明的总长度；
Ds为照明停车视距，m，根据《公路隧道照明设计细则》JTG/T D70/2-01-2014中表4.2.3取值；
h为隧道内净空高度，m。
5.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，其特征在于，在Ecotect Analysis中选择隧道所处地区经度、纬度，并输入仿真的视点照度值；分级网格设置成垂直方向以模拟驾驶人瞳孔处的视点照度，在分析网格前设置0.4×1.5m的挡板模拟驾驶人周围真实环境。
6.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，其特征在于，此处所述减光构造均为钢拱骨架+减光材料组合的构造，基于功能满足、色彩协调、经济、美观的原则，将减光构造设置成分2段或3段，且均采取全长平均分段，每段采用不同透光参数的减光材料，初始段透光率可定为0.4～0.6，末尾段透光率可定为0.1～0.2，分成3段时，中间段透光率取两端数值的平均值。
7.根据权利要求1所述的一种公路隧道入口连续渐低光环境的实现方法，其特征在于，步骤5中，进行长度为2l的减光构造的光环境仿真，分析其全长内视点照度变化，即以控制速度V行驶时，每0.2s通过的相邻位置处的视点照度比值ki与阈值w的关系，若存在全长内ki>w，则以5m的步长动态调整减光构造长度或分段减光参数组合，重复上述步骤直至该长度下的减光参数组合符合驾驶人适应性，即全长内ki均<w，由此确定减光构造的合理长度与减光参数组合方案。
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