CN110285947B - 一种隧道照明的交通安全眩光的测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道照明的交通安全眩光测算方法，涉及隧道照明色温参数、隧道路面亮度以及隧道照明灯具旋转角度因素，通过在隧道不同背景光环境中实施驾驶员的视认测试，以隧道光源在驾驶员眼位处产生的垂直照度表征隧道照明眩光对驾驶员安全视认的影响程度，建立隧道照明眩光阈值测算体系；包括：a)设定隧道安全视认眩光等级量表；b)配置背景光环境参数；c)设置视认目标物；d)被试驾驶员视认测试；e)重新设定另一组不同的背景光环境，重复步骤b‑d；g)给出眩光阈值；h)确定实际隧道场景中眩光检测方法。本发明针对不同背景光给出了隧道照明的眩光阈值，并提供了隧道眩光的检测方法，为隧道眩光的检测和防治提供了依据。

Description

一种隧道照明的交通安全眩光的测算方法

技术领域

本发明涉及公路隧道照明技术领域，特别涉及一种隧道照明的交通安全眩光的阈值范围以及隧道照明的交通安全眩光检测方法。

背景技术

长隧道、特长隧道以及隧道群越来越常见，由于隧道内人工照明光源的设置不合理，眩光现象时常发生。在隧道路线采用圆曲线、复曲线甚至螺旋展线的路段，在照明设计时在曲线路段还是直线路段都采用相同的设计方法，没有特别考虑隧道线形对隧道照明眩光的影响，眩光状况尤为严重，给驾驶员安全驾驶带来风险。目前针对隧道内眩光的研究较少，已有研究存在评价因素不全面和标准阈值的工程应用难度较大等问题。

现阶段对眩光的研究大多都集中于对人眼产生眩光的理论分析；在评价方法上，由于隧道环境的特殊性，道路眩光的评价标准阈值TI在隧道照明评价中存在争议，并且标准阈值TI测量难度较大；在眩光的影响因素方面没有考虑照明光源产生的眩光特性色温等其他特性指标对眩光造成的影响；更没有考虑眩光对交通安全的影响，没有考虑隧道照明光源特性对行车背景环境的影响，没有将视觉舒适性与目标障碍物视认程度结合起来。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述技术缺陷，提供了一种依据可靠、操作简便和满足驾驶安全需求的隧道照明眩光的测算方法，以克服现有的隧道照明眩光测量指标、方法和标准的不完善、检测复杂、结果没有考虑驾驶员安全驾驶需求的技术缺陷，为隧道照明眩光的防治提供依据。

本发明提出一种隧道内不同背景光环境条件下交通安全眩光的测算方法，包括以下步骤：

a)设定隧道安全视认眩光等级量表；

结合驾驶员驾驶过程中安全视认受眩光不同影响程度产生的生理应激反应，将眩光分为3类等级：眩光等级1-不安全眩光，眩光等级3-干扰眩光，眩光等级5-略微眩光。

b)配置背景光环境参数；

所述光环境的参数包括色温T，路面平均亮度L光环境参数，选择设定一组色温T、路面平均亮度L的光环境参数值。

c)视认目标物设置；

在隧道中间段的目标物位置随机放置目标物；

d)被试驾驶员测试；

在所述背景光环境中实施视认测试，所述视认测试步骤包括：d1)告知被测驾驶员实验目的，在背景环境中适应10分钟；d2)指定被测驾驶员的位置，于中间段内距所述目标物位置为D，设定所述被测驾驶员的视认高度为H，用遮挡物遮挡被测驾驶员的视认方向；d3)移去所述遮挡物，指令所述被测驾驶员视认所述目标物，针对视认状况陈述眩光等级；d4)根据安全视认眩光等级量表，确定是否为眩光等级3-干扰眩光；d5)若被试驾驶员陈述为眩光等级3-干扰眩光，在固定位置检测驾驶员人眼位处的垂直照度；d6)若被试驾驶员陈述不为眩光等级3-干扰眩光，通过调整灯具角度，重复步骤d3、d4；d7)更换被测驾驶员，重复步骤d1至步骤d6获取多名被测驾驶员的视认结果和眩光等级。

e)重新设定隧道中间段的一组不同背景光环境，包括照明光源色温、路面背景亮度，重复步骤b-d，获取多组不同光环境参数下多名被测驾驶员的相关测试信息数据与结果。

f)获得眩光阈值；

通过对采集得到的眩光等级3-干扰眩光等级下的视认数据处理并分析，建立隧道不同背景光环境条件下达到眩光等级3-干扰眩光时，所对应的色温、路面平均亮度、灯具旋转角度及驾驶员眼位处照度值之间的对应关系，得出隧道内不同色温、平均亮度的参数组合下隧道交通安全眩光的照度阈值。

g)获得隧道中眩光的检测方法；

所述检测方法包括以下步骤：g1)检测实际隧道中的背景光环境参数，所述光环境的参数包括色温参数，路面平均亮度参数；g2)在固定位置检测驾驶员人眼位处的垂直照度；g3)对比此种背景光环境特征下的实测照度值与照度阈值；g4)若实测照度值大于此背景光环境下的照度阈值，则驾驶员处于眩光状态，通过调整灯具的安装角度，将人眼位处的照度降低到眩光阈值之下的照度。

本发明中所述的一种隧道照明的交通安全眩光的测算方法，其特征在于：步骤a中所述隧道安全视认眩光等级包括：眩光等级1-不安全眩光，受眩光影响，小目标物轮廓和形状已经模糊或感受不到小目标物的存在；眩光等级3-干扰眩光，受眩光影响的干扰，但可以观察到小目标物的轮廓及形状；眩光等级5-略微眩光，受眩光影响较小，可以清楚的视认小目标物，包括小目标物的形状和轮廓；并定义出现等级3作为达到隧道眩光阈限状态，即3等级及以上为可接受的眩光状态，3等级以下为不可接受的眩光状态。

步骤b中所述背景光环境实际隧道的中间段，隧道中的背景光环境可控，通过设置不同的灯具间距保证路面亮度均匀度，人眼所能接受的眩光阈值是一个固定值，步骤d中所述测试结果在隧道其他照明段具有普遍性。步骤c中所述视认目标物为表面反射系数为0.2的灰色立方体，边长为C的立方体，在隧道最低限速为40km/h的安全停车视距为D0＝40m情况下，取视认目标物的边长为标准边长C0＝20cm；步骤d所述被试驾驶员测试位置距离小目标物为隧道限速条件下驾驶员安全停车视距，被测驾驶员的视认高度为大货车驾驶员标准坐视高为H0＝2m。

步骤e中隧道光环境设定选择3500K-5500K色温水平，路面亮度按照不同速度下规定的亮度取值标准，营造出不同背景亮度与色温组合的隧道光环境。

步骤f中所述的眩光等级采用累积频率为85％的驾驶员所处的眩光等级为标准。

步骤f、g中所述的检测驾驶员人眼位处的垂直照度，是利用照度计，测点位于驾驶员眼睛靠近眩光源的一侧，垂直于路面，朝向与人眼视线方向一致，高度与驾驶员所处的眼睛高度一致。

本发明中所述的一种隧道照明的交通安全眩光的测算方法，其特征在于：所述多名被测驾驶员为随机选取的，驾驶员两眼矫正视力达到4.9以上，测试过程是对不同驾驶员在同一实验环境下重复进行的。

本发明中隧道内色温参数、路面亮度以及驾驶员眼位处的垂直照度，均是连续测量并进行记录，每种背景光环境条件下驾驶员眼位处的垂直照度是以每组测得数据计算平均值获得。

本发明的第二方面，提供了一种隧道照明的交通安全眩光的检测方法，包括：

a)检测隧道中的背景光环境参数，所述光环境的参数包括色温参数，路面亮度光环境参数。

b)在固定位置检测驾驶员人眼位处的垂直照度。

c)对比此种光环境特征下的实测照度值与照度阈值。

d)若实测照度值大于此环境下的照度阈值，则驾驶员处于眩光状态，通过调整灯具的安装角度，将人眼位处的照度降低到眩光阈值之下的照度值，达到防眩的目的。

本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

本发明依据隧道中导致驾驶员眩光的作用机理，分析产生隧道眩光的主要影响因素；根据人体生理条件，通过对所营造的不同光环境下驾驶员视认隧道内小目标物的视认效果和眩光等级信息的融合及处理，综合提出满足驾驶员安全视认的隧道各照明段防眩设置的光环境指导指标。同时为隧道眩光的检测提供了操作简便的方法，为道路交通安全的光环境研究提供了参考依据。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1是本发明隧道眩光测算的优选实施方式的流程图；

图2是光学实验场地示意图；

图3是隧道照明光线分布示意图；

图4是模拟实验俯视示意图；

图5是模拟实验侧视示意图；

图6是色温3500K时背景亮度、灯具旋转角度的眩光等级区间示意图；

图7是色温4000K时背景亮度、灯具旋转角度的眩光等级区间示意图；

图8是色温4500K时背景亮度、灯具旋转角度的眩光等级区间示意图；

图9是色温5000K时背景亮度、灯具旋转角度的眩光等级区间示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当在本发明保护的范围之内。

本发明的测试是在隧道中间段进行的，由于人眼所能接受的不同光环境条件下的眩光阈值是固定的，但其结果同样可以适用于其他隧道段的照明设置。

实验设备

该应用实例采用分光辐射照度计实时记录被试驾驶员眼位处照度、色温；采用色彩亮度计、成像亮度计，测量隧道环境中路面的平均亮度；实验眩光源为变色温、变亮度、可调角度的隧道照明灯具，光源的色温、亮度调节水平能实现各级之间连续可调节，来营造不同特性的隧道背景光环境。

图1示出了本发明测算隧道眩光的优选实施方式的流程图，结合隧道光环境色温参数、隧道路面亮度以及灯具旋转角度等眩光影响因素，在营造隧道不同照明背景光环境中实施驾驶员的视认测试，以驾驶员人眼处的垂直照度表征隧道眩光影响程度，采用以下步骤完成眩光阈值测算体系的建立：

a)设置实验条件及选取测试对象

本次实验在隧道中间段照明背景光环境中进行，隧道路面宽度*隧道高度*灯具安装高度10m*7.2m*5.2m。

1)被试驾驶员：

本实施例涉及人的认知，为了避免不同性别、年龄和性格等驾驶员对实验结果的差异性影响，本实验随机招募驾驶员40人，其中男性30人，女性10人，年龄分布在26-50岁，具体如下面表2所示。根据实验目的，本实验随机选择了40名身体健康、无心血管病史、心脏病等重大疾病的被测驾驶员，要求被测驾驶员两眼裸视力达到4.9以上，无色盲色弱等眼部疾病。实验时精神状态良好，要求休息良好、反应正常。实验期内无饮酒/用药等不良情况。

表2 被试驾驶员概况

2)照明眩光源位置：

将眩光源安装于驾驶员水平视线的上方20°的位置。根据CIE定义的车顶的截止角为20°，大于这个角度的光线都将会被车顶截止，且在此位置眩光源距离驾驶员位置最近，立体角最大，驾驶员受眩光源的影响最大。

为了使照明光源可控，方便操作，本次实验选择目前隧道中应用较普遍的LED光源作为实验光源。由于视觉最清楚的范围是在垂直视角约15°、水平视角约20°的面积之内，因此眩光源的角度调节范围为-20°～20°。以中心光强垂直于驾驶员视线定义为0°，中心光强转向驾驶员为正值，背离驾驶员为负值，如图4所示。

3)被试驾驶员视认位置：

被试驾驶员与目标物距离：即停车视距40m，考虑到速度较慢时驾驶员灯具影响时间较长，选取40km/h的行驶速度，其安全停车视距D0为40m。

4)被试驾驶员视认高度；

驾驶员在目高2m的位置观察小目标物体。在本实例中，被测驾驶员视认高度即“目高”H，是指驾驶员眼睛距地面的高度。大货车座高较高，离光源距离较近，受眩光源的影响要大于小汽车，因此本实验以大货车驾驶员目高为实验标准，采用的标准目高H0是2m，如表3所示。

5)被试驾驶员所处横向位置：

按照驾驶员视认最不利原则，实验人员的观察位置位于隧道中心线右侧，如图3所示，加粗线条为中心光强线。实验人员距离右侧灯具的中心光强最近，且两侧灯具光线在此处叠加，在此处视认光强最大。

表3 被试驾驶员位置概况

b)设定眩光视认量表

参考眩光评价指标与驾驶员受眩光影响时的生理应激反应，以及辨识路面障碍物眩光评估方法，针对隧道特殊的安全驾驶视认需求和可能产生的眩光情况，将舒适与不舒适的视觉阈限理论与隧道内障碍物视认理论结合起来，提出了隧道内安全驾驶视认的眩光评价分级量表，如表4所示，将眩光分为3个等级：眩光等级1-严重眩光，眩光等级3-干扰眩光，眩光等级5-略微眩光，并定义出现等级3作为达到隧道眩光阈限状态，即3等级及以上为可接受的眩光状态，3等级以下为不可接受的眩光状态。

表4 隧道内安全驾驶视认眩光实验量测等级表

c)配置目标环境；

背景光环境实际隧道的中间段，所述光环境的参数包括色温T，路面平均亮度L光环境参数，选择设定一组色温T、路面平均亮度L的光环境参数值，隧道中的背景光环境可控，通过设置不同的灯具间距保证路面亮度均匀度。

d)目标物设置；

在隧道中间段的目标物位置随机放置目标物，为了使本发明的不同光环境下对目标物的视觉功效的测算方法更加可靠，且符合国际标准，本发明中的基于安全视认的隧道中间的照明标准的测算方法的本实施例中，参考CIE 2004年隧道照明指南，采用的目标物为体积为20cm×20cm×20cm左右、反射率为20％的灰色立方体；

e)被试驾驶员视认测试

在所述背景环境中实施视认测试，所述视认测试步骤包括e1)告知被测驾驶员实验目的，在背景环境中适应10分钟；e2)指定被测驾驶员的位置，于中间段内距所述目标物位置为D，设定所述被测驾驶员的视认高度为H，用遮挡物遮挡被测驾驶员的视认方向；e3)移除所述遮挡物，指令所述被测驾驶员视认所述目标物，针对视认状况陈述眩光等级；e4)根据安全视认眩光等级量表，确定是否为眩光等级3-干扰眩光；e5)若被试驾驶员陈述为眩光等级3-干扰眩光，在固定位置检测驾驶员人眼位处的垂直照度；e6)若被试驾驶员陈述不为眩光等级3-干扰眩光，通过调整灯具角度，重复步骤e3、e4；e7)更换被测驾驶员，重复步骤e1至步骤e6获取多名被测驾驶员的视认结果和眩光等级。

实验注意事项：

为了消除实验中驾驶员的记忆目标物位置对实验结果产生的影响，在测试中所述视认目标物在所述隧道中间段中的位置设置是任意的，并在所述视认目标物的设置过程中，对于被测驾驶员进与视认目标物之间设置遮挡，如采用黑色幕布进行遮挡。

f)重新设定隧道中间段的一组不同背景光环境，包括照明光源色温、路面背景亮度，重复步骤c-e，获取多组不同光环境参数下多名被测驾驶员的相关测试信息数据与结果；

为了提高测量数据的有效度普遍性，隧道的照明光源色温选3500K、4000K、4500K、5000K、5500K等5种色温水平，照明环境亮度水平是评价隧道照明质量的重要参数之一，本实施例中按照中间段的亮度按照《公路隧道照明设计细则》(JTGTD70/2-01-2014)中规定，高速公路40km/h不同交通量下的亮度进行折减后的亮度值0.5cd/m²、0.75cd/m²、1.0cd/m²。通过调整灯具的功率来营造这3种不同的光环境背景亮度，通过设置不同的灯具间距保证路面亮度均匀度，共营造出15组不同背景亮度与色温组合的隧道光环境。如表1所示。

表1 隧道光环境不同背景亮度与色温组合

g)获得眩光阈值体系；

通过对采集的视认数据进行处理，根据被试驾驶员达到各个眩光等级水平时的光环境实测色温、路面平均亮度、灯具旋转角度及驾驶员眼位处照度值，得出不同光环境条件下达到各眩光状态下所对应的色温、路面平均亮度、灯具旋转角度及驾驶员眼位处照度值之间的数值关系，

图6至图9所示分别是在路面平均亮度为0.5cd/m²、0.75cd/m²、1.0cd/m²数值下，灯具旋转中心光强的角度从8°、6°、4°、2°、0°、-2°、-4°、-6°的偏移下，色温为3500K、4000K、4500K、5000K的水平下，20个被试驾驶员的眩光等级分布，以高低线为95％的置信区间绘制箱型图。

对于本实施例数据箱型图的高低线变化趋势可知，不同驾驶员的眩光感受水平存在差异，在某种固定光环境条件下的眩光阈值等级并非是一个固定的值，但却相对集中在一定范围的规律区域。在相同的色温、背景亮度条件下，随着灯具的旋转，眩光源的中心光强与驾驶员的视线夹角变小，图中的高低线均为下降趋势；在相同的色温、角度条件下，随着背景亮度的升高，高低线均为下降趋势；在相同的背景亮度、角度条件下，随着色温的升高，高低线也有下降的趋势。

根据统计学及人因工程的数据统计方法，分别以累计频率为85％作为阈限水平，即有85％以上的被试人员眩光感觉在3等级以上，作为可接受眩光的85％位眩光阈值如表5所示。

表5 隧道内不同光环境条件下阈值照度

h)获得实际隧道场景中眩光的检测方法，

所述检测方法包括以下步骤：g₁)检测实际隧道中的光环境参数，所述光环境的参数包括色温参数，路面亮度光环境参数；g₂)在固定位置检测驾驶员人眼位处的垂直照度；g₃)对比此种光环境特征下的实测照度值与照度阈值；g₄)若实测照度值大于此环境下的照度阈值，则驾驶员处于眩光状态，通过调整灯具的安装角度，将人眼位处的照度降低到眩光阈值之下的照度。

通过本实施例的方法，建立起眩光影响程度和在隧道不同光环境参数的关系，通过视认和对于视认数据的处理与分析，得到了不同光环境条件下的眩光阈值，得到了眩光阈值体系，在实际隧道场景中通过采取对应的防眩措施，为防止隧道眩光提供了有效、合理的处置方法。

Claims (5)

1.一种隧道照明的交通安全眩光的测算方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)设定隧道安全视认眩光等级量表；

结合驾驶员驾驶过程中安全视认受眩光不同影响程度产生的生理应激反应，将眩光分为3类等级：眩光等级1-不安全眩光，眩光等级3-干扰眩光，眩光等级5-略微眩光；

b)配置背景光环境参数；

所述光环境的参数包括色温T，路面平均亮度L光环境参数，选择设定一组色温T、路面平均亮度L的光环境参数值；

c)视认目标物设置；

在隧道中间段离某灯具一个安全停车视距的目标物位置随机放置目标物；

d)被试驾驶员视认测试；

在所述背景光环境中实施视认测试，所述视认测试步骤包括：d1)告知被测试驾驶员实验目的，在背景环境中适应10分钟；d2)指定被测驾驶员的位置，于中间段内距所述目标物位置为D，设定所述被测驾驶员的视认高度为H，用遮挡物遮挡被测驾驶员的视认方向；d3)移去所述遮挡物，指令被测驾驶员视认所述目标物，针对视认状况陈述眩光等级；d4)根据安全视认眩光等级量表，确定是否为眩光等级3-干扰眩光；d5)若被试驾驶员陈述为眩光等级3-干扰眩光，在固定位置检测驾驶员人眼位处的垂直照度；d6)若被试驾驶员陈述不为眩光等级3-干扰眩光，通过调整灯具角度，重复步骤d3、d4；d7)更换被测试驾驶员，重复步骤d1至步骤d6获取多名被测驾驶员的视认结果和眩光等级3-干扰眩光；

e)重新设定隧道中间段的一组不同背景光环境，包括照明光源色温、路面背景亮度，重复步骤b-d，获取多组不同光环境参数下多名被测驾驶员的相关测试信息数据与结果；

f)获得眩光阈值；

通过对采集得到的眩光等级3-干扰眩光等级条件的视认数据处理并分析，建立隧道不同背景光环境条件下达到眩光等级3-干扰眩光时，所对应的色温、路面平均亮度、灯具旋转角度及驾驶员眼位处垂直照度值之间的对应关系，得出隧道内不同色温、路面平均亮度的参数组合下隧道交通安全眩光的眩光阈值；

g)获得隧道中眩光的检测方法；

所述检测方法包括以下步骤：g1)检测实际隧道中的背景光环境参数，所述光环境的参数包括色温参数，路面平均亮度参数；g2)在固定位置检测驾驶员人眼位处的垂直照度；g3)对比此种背景光环境特征下的实测垂直照度值与眩光阈值；g4)若实测垂直照度值大于此背景光环境下的眩光阈值，则驾驶员处于眩光状态，通过调整灯具的安装角度，将人眼位处的垂直照度降低到眩光阈值之下的垂直照度。

2.根据权利要求1所述的一种隧道照明的交通安全眩光的测算方法，其特征在于：

步骤a中所述隧道安全视认眩光等级包括：眩光等级1-不安全眩光，受眩光影响，小目标物轮廓和形状已经模糊或感受不到小目标物的存在；眩光等级3-干扰眩光，受眩光影响的干扰，但可以观察到小目标物的轮廓及形状；眩光等级5-略微眩光，受眩光影响较小，清楚的视认小目标物，包括小目标物的形状和轮廓；并定义出现等级3作为达到隧道眩光阈限状态，即3等级及以上为可接受的眩光状态，3等级以下为不可接受的眩光状态；

步骤b中所述隧道中间段背景光环境可控，通过设置不同的灯具间距保证路面亮度均匀度，人眼所能接受的眩光阈值是一个固定值，步骤d中所述测试结果在隧道其他照明段具有普遍性；

步骤c中所述视认目标物为表面反射系数为0.2的灰色立方体，边长为C的立方体，在隧道最低限速为40km/h的安全停车视距为D0＝40m情况下，取视认目标物的边长为标准边长C0＝20cm；

步骤d所述被试驾驶员测试位置距离小目标物为隧道限速条件下驾驶员安全停车视距，被测驾驶员的视认高度为大货车驾驶员标准坐视高为H0＝2m；

步骤e中隧道光环境设定选择3500K-5500K色温水平，路面亮度按照不同速度下规定的亮度取值标准，营造出不同背景亮度与色温组合的隧道光环境；

步骤f中所述的眩光等级采用累积频率为85％的驾驶员所处的眩光等级为标准。

3.根据权利要求1所述的一种隧道照明的交通安全眩光的测算方法，其特征在于：

所述的检测驾驶员人眼位处的垂直照度，是利用照度计，测点位于驾驶员眼睛靠近眩光源的一侧，垂直于路面，朝向与人眼视线方向一致，高度与驾驶员所处的眼睛高度一致。

4.根据权利要求1所述的一种隧道照明的交通安全眩光的测算方法，其特征在于：

所述多名被测驾驶员为随机选取的，驾驶员两眼矫正视力达到4.9以上，测试过程是对不同驾驶员在同一实验环境下重复进行的。

5.根据权利要求1所述的一种隧道照明的交通安全眩光的测算方法，其特征在于：

隧道内色温参数、路面亮度以及驾驶员眼位处的垂直照度，均是连续测量并进行记录，每种背景光环境条件下驾驶员眼位处的垂直照度是以每组测得数据计算平均值获得。

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