CN111263489A - 一种消除隧道入口黑洞现象的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除隧道入口黑洞现象的方法，包括步骤：1)沿隧道入口的两侧交错布置一系列均匀排列的LED照明灯，灯具安装于距路面中心规定高度的隧道侧壁上，通过调整LED灯的亮度设置一个人眼的视觉过渡段；2)隧道内、外均装有亮度传感器，通过亮度传感器实时采集隧道内、外的亮度，求出人眼的暗适应特性曲线；3)当车辆进入隧道后，按照人眼的暗适应特性曲线动态平滑地调整视觉过渡段的照明亮度，以消除车辆进入隧道时人眼出现的黑洞现象。本发明在消除隧道入口处黑洞现象同时具有按需照明的特点，提高了隧道运营的安全性、舒适性和节能性。

Description

一种消除隧道入口黑洞现象的方法

技术领域

本发明涉及公路隧道照明的技术领域，尤其是指一种消除隧道入口黑洞现象的方法。

背景技术

随着我国隧道建设工程的快速发展，由于隧道封闭行车环境的特点，隧道照明的安全性、舒适性和经济性问题尤为突出。隧道内部无自然光照，白天行车时，隧道洞外和洞内一明一暗的行车环境，驾驶员在驶入隧道时，亮度的突变会引起人眼的暂时性功能降低，无法看清前方状况，出现隧道行车过程中的“黑洞”现象，影响驾驶员正常行驶、造成安全隐患。

目前的隧道照明系统，为了消除隧道入口处出现的“黑洞”现象，通常采用改变隧道照明灯的布局设置视觉过渡段，入口处LED照明灯的密度大，然后密度阶梯式降低。显而易见，存在以下缺点：1、过渡段的照明亮度跳跃变化，驾驶员难以适应；2、灵活性差，过渡段的照明亮度和长度在隧道完成施工时就已经确定，难以适应各种天气情况；3、往往过渡段的照明亮度设置过大，节能效果差。因此，如何有效消除隧道入口处的“黑洞”现象，创造一个安全、舒适的行车环境一直是隧道照明设计的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种消除隧道入口黑洞现象的方法，该方法在隧道入口的两侧交错布置一系列均匀排列的LED照明灯，通过调整LED灯的亮度设置一个人眼视觉过渡段。考虑人眼的适应性，提出了基于人眼的“暗适应”特性曲线去动态平滑地调整过渡段的照明亮度，消除隧道入口人眼出现的“黑洞”现象同时，保证了驾驶员始终处于安全舒适的视觉环境。另外，可以实时检测隧道内外亮度，动态配置过渡段的长度与亮度，实现不同环境下的按需照明。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种消除隧道入口黑洞现象的方法，包括以下步骤：

1)沿隧道入口的两侧交错布置一系列均匀排列的LED照明灯，灯具安装于距路面中心规定高度的隧道侧壁上，通过调整LED灯的亮度设置一个人眼的视觉过渡段；

2)隧道内、外均装有亮度传感器，通过亮度传感器实时采集隧道内、外的亮度，求出人眼的“暗适应”特性曲线；

3)当车辆进入隧道后，按照人眼的暗适应特性曲线动态平滑地调整视觉过渡段的照明亮度，以消除车辆进入隧道时人眼出现的黑洞现象。

在步骤1)中，所述视觉过渡段以照明亮度来定义，是一段亮度逐渐降低的照明光段，视觉过渡段用于解决车辆刚进入隧道时，由于隧道入口处亮度剧烈变化给司机造成的不适应现象。

在步骤2)中，所述视觉过渡段的亮度和长度是根据隧道内、外最新的亮度数据来制定的，隧道内、外均装有亮度传感器实时采集亮度，根据采集的最新亮度数据，通过以下公式求出该视觉过渡段的人眼的“暗适应”特性曲线；

L＝f(t)＝L_th(1+t)^-1.4

式中，L为人眼适应的亮度；L_th为隧道入口处亮度；t为车辆进入隧道时间。

在步骤3)中，当车辆进入隧道后，按照步骤2)求得的人眼的“暗适应”特性曲线动态平滑地调整过渡段的照明亮度，包括以下步骤：

3.1)计算过渡段的长度；

求人眼的暗适应时间为：

再计算过渡段的长度为：

式中，L_in为隧道内安全通行亮度，L_th为隧道入口处亮度，t₀为人眼的暗适应时间，X为过渡段的长度，v为隧道内车辆安全行驶速度；

3.2)将视觉过渡段分成n个长度相等的小段；

每一段长度为：ΔS＝Δt×v

划分段数为：

式中，Δt为时间间隔，取值在0.1～0.22S；ΔS为每一段长度；n为划分段数，其取值为整数；

3.3)计算n个小段的每一段亮度L_i，i＝1，2...n；

第i段时间为：t_i＝Δt×i

第i段亮度为：L_i＝L_th(1+t_i)^-1.4

式中，t_i为第i段时间，L_i为第i段亮度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明首次实现了通过调整LED照明灯的亮度设置视觉过渡段，不用进行复杂的隧道照明布局，大大降低了隧道施工的复杂性。

2、本发明首次实现了在考虑人眼“适应性”的基础上去设置视觉过渡段的亮度，不仅消除驾驶员在进入隧道时人眼出现的“黑洞”现象，还保证了驾驶员始终处于舒适的视觉环境中。

3、本发明首次实现了根据隧道内、外亮度情况实时调整过渡段的长度和亮度，达到了一种按需照明，减少了不必要的能源消耗。

4、本发明方法大大提高了隧道照明的安全性、舒适性和节能性，在隧道照明领域中有广阔前景。

附图说明

图1为本实施例提供的一种隧道视觉过渡段示意图。

图2为本实施例按照人眼的暗适应特性曲线动态平滑地调整视觉过渡段照明亮度的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的内容作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

我们以一段隧道长度S＝1km、洞外亮度L₂₀＝3000cd/m²、隧道内安全通行亮度L_in＝3cd/m²、车辆安全行驶速度v＝80km/h、双车道双向交通车流量N＝700veh/(h·ln)为例进行说明。

如图1和图2所示，本实施例所提供的消除隧道入口黑洞现象的方法，其包括以下步骤：

1)沿隧道入口的两侧交错布置一系列均匀排列的LED照明灯，灯具安装于距路面中心规定高度的隧道侧壁上。通过调整LED照明灯的亮度设置一个人眼的视觉过渡段，所述视觉过渡段以照明亮度来定义，是一段亮度逐渐降低的照明光段。调整LED灯的亮度即可改变过渡段的亮度与长度。

2)隧道内、外均装有亮度传感器实时采集亮度，根据采集的最新亮度数据，求出过渡段的人眼“暗适应”特性曲线，包括以下步骤：

2.1)隧道入口处亮度

L_th＝k×L₂₀＝0.035×3000＝105cd/m²

式中，L₂₀为隧道外的亮度；L_th为隧道入口处亮度；k为隧道入口处亮度折减系数，其取值一般参考下表1，本实施例中根据条件取k为0.035。

表1隧道入口处亮度折减系数k的取值

注：当交通量在其中间时，按内插考虑。

2.2)人眼的“暗适应”特性曲线表达公式为：

L＝f(t)＝L_th(1+t)^-1.4＝105(1+t)^-1.4cd/m²

式中，L_th为隧道入口处亮度；t为车辆进入隧道的时间

3)当车辆进入隧道后，按照人眼的“暗适应”特性曲线动态平滑地调整过渡段的照明亮度，包括以下步骤：

3.1)计算过渡段的长度

求人眼的“暗适应”时间为：

再计算过渡段的长度为：

v＝80km/h＝22.222m/s

X＝t₀×v＝11.6738×22.222＝259.417m

式中，L_in为隧道内安全通行亮度，L_th为隧道入口处亮度，t₀为人眼的“暗适应”时间，X为过渡段的长度，v为隧道内车辆安全行驶速度。

3.2)将视觉过渡段分成n个长度相等的小段：

每一段长度为：

v＝80km/h＝22.222m/s

ΔS＝Δt×v＝0.2×22.222＝4.444m

划分段数为：

式中，v为隧道内车辆安全行驶速度；ΔS为每一段长度；n为划分段数，其取值为整数；Δt为时间间隔，取值在0.1S～0.22S；其取值参考下表2，本实施例中根据条件Δt取0.20s。

表2时间间隔Δt取值

隧道外亮度L<sub>20</sub>	时间间隔Δt(s)
		﹥3000	0.22
2000—3000	0.20
		1000—2000	0.15
<1000	0.10

3.3)分别计算59个小段的每一段亮度L_i(i＝1，2...59)，调整LED照明灯的亮度，使过渡段中第i段亮度L_i，然后用这n个小段逼近所述的人眼“暗适应”特性曲线，实现整个过渡段照明亮度的平滑过渡。

第i段时间t_i t_i＝Δt×i＝0.2i

第i段亮度L_i L_i＝L_th(1+t_i)^-1.4＝105(1+t)^-1.4cd/m²

式中，Δt为时间间隔，取值在0.2S；L_th为隧道入口处亮度。

当第i段亮度L_i不大于隧道内安全通行亮度L_in时，即当L_i≤L_in时，停止调整过渡段照明亮度。

则本实施例中，每一段的具体亮度为

因为L₅₉≤L_in＝3cd/m²，停止调整过渡段照明亮度。

综上，本实施例中设置视觉过渡段的长度为X＝259.417m，过渡段分成59个亮度不等的小段，每一段的具体亮度为：L₁＝81.346cd/m²、L₂＝65.556cd/m²····L₅₈＝3.025cd/m²、L₅₉＝2.959cd/m²

进一步，当隧道内外亮度情况发生改变的时候，调整人眼的“暗适应”特性曲线，重新配置过渡段的亮度与长度。

如：当亮度检测器检测到洞外亮度为L₂₀＝2000cd/m²时，在其他条件不变的情况下，重新计算人眼的“暗适应”特性曲线，改变过渡段的亮度与长度。

代入数据重新进行上述计算过程，视觉过渡段的长度为X＝188.599m，过渡段分成43个亮度不等的小段，每一段的具体亮度为：L₁＝51.231cd/m²、L₂＝43.704cd/m²····L₄₂＝3.039cd/m²、L₄₃＝2.984cd/m²。

综上所述，从本实施例中可以看出当洞外亮度发生改变时，过渡段的长度和亮度也发生改变。因此，本发明方法可以根据实际条件实现视觉过渡段亮度与长度的动态配置，在消除隧道入口处“黑洞”现象同时具有按需照明的特点，提高了隧道运营的安全性、舒适性和节能性，具有实际应用价值，值得推广。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种消除隧道入口黑洞现象的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)沿隧道入口的两侧交错布置一系列均匀排列的LED照明灯，灯具安装于距路面中心规定高度的隧道侧壁上，通过调整LED灯的亮度设置一个人眼的视觉过渡段；

2)隧道内、外均装有亮度传感器，通过亮度传感器实时采集隧道内、外的亮度，求出人眼的暗适应特性曲线；

3)当车辆进入隧道后，按照人眼的暗适应特性曲线动态平滑地调整视觉过渡段的照明亮度，以消除车辆进入隧道时人眼出现的黑洞现象。

2.根据权利要求1所述的一种消除隧道入口黑洞现象的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述视觉过渡段以照明亮度来定义，是一段亮度逐渐降低的照明光段，视觉过渡段用于解决车辆刚进入隧道时，由于隧道入口处亮度剧烈变化给司机造成的不适应现象。

3.根据权利要求1所述的一种消除隧道入口黑洞现象的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述视觉过渡段的亮度和长度是根据隧道内、外最新的亮度数据来制定的，隧道内、外均装有亮度传感器实时采集亮度，根据采集的最新亮度数据，通过以下公式求出该视觉过渡段的人眼的暗适应特性曲线；

L＝f(t)＝L_th(1+t)^-1.4

式中，L为人眼适应的亮度；L_th为隧道入口处亮度；t为车辆进入隧道时间。

4.根据权利要求1所述的一种消除隧道入口黑洞现象的方法，其特征在于：在步骤3)中，当车辆进入隧道后，按照步骤2)求得的人眼的暗适应特性曲线动态平滑地调整过渡段的照明亮度，包括以下步骤：

3.1)计算过渡段的长度；

求人眼的暗适应时间为：

再计算过渡段的长度为：

式中，L_in为隧道内安全通行亮度，L_th为隧道入口处亮度，t₀为人眼的暗适应时间，X为过渡段的长度，v为隧道内车辆安全行驶速度；

3.2)将视觉过渡段分成n个长度相等的小段；

每一段长度为：ΔS＝Δt×v

划分段数为：

式中，Δt为时间间隔，取值在0.1～0.22S；ΔS为每一段长度；n为划分段数，其取值为整数；

3.3)计算n个小段的每一段亮度L_i，i＝1，2...n；

第i段时间为：t_i＝Δt×i

第i段亮度为：L_i＝L_th(1+t_i)^-1.4

式中，t_i为第i段时间，L_i为第i段亮度。

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