CN111753246B - 一种消除隧道出口眩光现象的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除隧道出口眩光现象的方法，包括：1)在隧道出口处调整LED照明灯的亮度设置一个视觉过渡段，过渡段是以照明亮度来定义的，最多由三个区段S1、S2、S3组成，每个区段都是由一系列连续且长度相等的照明小段构成；2)每隔一段时间通过亮度传感器采集隧道外的亮度，根据最新的亮度数据，选择视觉过渡段的设置方式；3)当车辆开始驶离隧道时，考虑人眼“明适应”过程的特点，需进行多段式动态平滑调光，即逐渐增加区段中小段亮度，按照选定的视觉过渡段设置方式来调整视觉过渡段的长度与亮度，在消除隧道出口处“眩光”现象的同时，也具有“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

一种消除隧道出口眩光现象的方法
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出口眩光现象的方法。
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，驾驶员在驶离隧道时，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“眩光”现象，影响驾驶人正常行驶、造成安全隐患。
目前的隧道照明系统，为了消除隧道出口处出现的“眩光”现象，通常采用改变隧道照明灯的布局设置视觉过渡段，从隧道中部至隧道出口处分成两个亮度不同的恒定照明段，两个照明段LED灯的密度逐渐增大。显而易见，存在以下缺点：
1、过渡段LED照明亮度跳跃变化，驾驶员难以适应。
2、灵活性差，过渡段LED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、往往当隧道内外亮度差异不大时，过渡段照明亮度设置过大，节能效果差。
因此，如何有效消除隧道出口处的“眩光”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出口眩光现象的方法，该方法沿隧道出口的两侧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。考虑人眼“明适应”过程的特点，提出了多段式动态平滑调光方法，在消除隧道出口人眼出现的“眩光”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，实时检测隧道外亮度，动态配置隧道出口的视觉过渡段的长度与亮度，实现不同天气情况下的“按需照明”。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种消除隧道出口眩光现象的方法，包括以下步骤：
1)沿隧道出口的两侧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，所述视觉过渡段是以照明亮度来定义的，是一段亮度逐渐增加的照明光段，最多由三个区段S1、S2、S3组成，且区段个数要根据隧道外的亮度进行选择，该三个区段S1、S2、S3按车辆驶向隧道出口的方向顺序排列，并依次相连，每个区段都是由一系列连续且长度相等、亮度逐渐增加的照明小段构成；
2)隧道外装有亮度传感器，每隔一段时间通过亮度传感器采集隧道外的亮度，根据最新的亮度数据，选择视觉过渡段的设置方式，即确定视觉过渡段是由S1、S2、S3中的几个区段组成；
3)当车辆开始驶离隧道时，考虑人眼“明适应”过程的特点，需进行多段式动态平滑调光，即逐渐增加区段中小段亮度，按照步骤2)中选定的视觉过渡段设置方式来调整视觉过渡段的长度与亮度，消除车辆驶出隧道时人眼出现的“眩光”现象。
在步骤1)中，S1、S2、S3的顺序是从隧道中间至出口依次排列。
在步骤2)中，通过亮度传感器实时采集隧道外的亮度L20，选择合适的视觉过渡段设置方式：当隧道外亮度L20＜LD1，视觉过渡段仅由S1组成；当隧道外亮度LD1＜L20≤LD2，视觉过渡段仅由S1和S2按顺序排列组成；当隧道外亮度L20＞LD2，视觉过渡段由S1、S2和S3按顺序排列组成；通过以上根据隧道外的亮度选择不同的视觉过渡段设置方式来达到不同天气情况下的按需照明。
在步骤3)中，当车辆开始驶离隧道时，考虑人眼“明适应”过程的特点，需进行多段式动态平滑调光，即逐渐增加区段中小段亮度，按照步骤2)中选定的视觉过渡段设置方式来调整视觉过渡段的长度与亮度，消除车辆驶出隧道时人眼出现的“眩光”现象，包括以下三种方式：
方式一、L20≤LD1时，视觉过渡段仅由S1组成，S1中每一小段亮度按照每次幅度a1增加，视觉过渡段的长度与亮度计算过程如下：
ⅰ、计算视觉过渡段的长度：
每一小段长度 ΔS＝Δt×v
隧道出口处亮度 Lth＝k×L20
划分段数n
视觉过渡段长度 X＝n×ΔS
式中，Δt为时间间隔，取值在0.1S～0.22S；v为隧道内车辆安全行驶速度；ΔS为每一小段长度；Lin为隧道内安全通行亮度；Lth为隧道入口处亮度；L20为隧道外亮度；k为衰减系数；X为视觉过渡段长度；n为划分段数，其取值为整数；
ⅱ、计算视觉过渡段的每一小段亮度Li，i＝1，2...n：
第一小段亮度 L1＝Lin
除第一小段外的第i小段亮度 Li＝(1+a1)Li-1，i＝2,3...n
式中，L1为第一小段亮度；
方式二、当LD1＜L20≤LD2时，视觉过渡段仅由S1和S2按顺序排列组成，S1和S2中每一小段的亮度分别按照幅度a1、a2增加，且a1<a2，视觉过渡段的长度与亮度计算过程如下：
ⅰ、计算视觉过渡段的长度：
每一小段长度 ΔS＝Δt×v
隧道出口处亮度 Lth＝k×L20
S1和S2交界处亮度 L1-2＝k×LD1
S1中小段个数
S2中小段个数
视觉过渡段中S1的长度 X1＝n1×ΔS
视觉过渡段中S2的长度 X2＝n2×ΔS
视觉过渡段长度 X＝X1+X2
式中，L1-2为S1和S2交界处亮度；X1为视觉过渡段中S1的长度；n1为S1中小段个数，即划分段数，其取值为整数；X2为视觉过渡段中S2的长度；n2为S2中小段个数，即划分段数，其取值为整数；
ⅱ、计算视觉过渡段中的每一小段亮度，即S1中的每一小段亮度L1b和S2中的每一小段亮度L2c，b＝1，2...n1、c＝1，2...n2：
S1中第一小段亮度 L11＝Lin
S1中除第一小段外的第b小段亮度 L1b＝(1+a1)L1(b-1)，b＝2,3...n1
S2中第一小段亮度 L21＝(1+a2)L1-2
S2中除第一小段外的第c小段亮度 L2c＝(1+a2)L2(c-1)，c＝2,3...n2
式中，L11为S1中第一小段亮度；L21为S2中第一小段亮度；
方式三、当L20＞LD2时，视觉过渡段由S1、S2和S3按顺序排列组成，S1、S2、S3中每一小段的亮度分别按照幅度a1、a2、a3增加亮度，且a1<a2<a3，计算视觉过渡段的长度与亮度：
ⅰ、计算视觉过渡段的长度：
每一小段长度 ΔS＝Δt×v
隧道出口处亮度 Lth＝k×L20
S1和S2交界处亮度 L1-2＝k×LD1
S2和S3交界处亮度 L2-3＝k×LD2
S1中小段个数
S2中小段个数
S3中小段个数
视觉过渡段中S1的长度 X1＝n1×ΔS
视觉过渡段中S2的长度 X2＝n2×ΔS
视觉过渡段中S3的长度 X3＝n3×ΔS
视觉过渡段长度 X＝X1+X2+X3
式中，L2-3为S2和S3交界处亮度；X3为视觉过渡段中S3的长度；n3为S3中小段个数，即划分段数，其取值为整数；
ⅱ、计算视觉过渡段中的每一小段亮度，即S1中的每一小段亮度L1b、S2中的每一小段亮度L2c和S3中的每一小段亮度L2d，b＝1，2...n1、c＝1，2...n2、d＝1，2...n3：
S1中第一小段亮度 L11＝Lin
S1中除第一小段外的第b小段亮度 L1b＝(1+a1)L1(b-1)，b＝2,3...n1
S2中第一小段亮度 L21＝(1+a2)L1-2
S2中除第一小段外的第c小段亮度 L2c＝(1+a2)L2(c-1)，c＝2,3...n2
S3中第一小段亮度 L31＝(1+a3)L2-3
S3中除第一小段外的第d小段亮度 L3d＝(1+a3)L3(d-1)，d＝2，3...n3
式中，L31为S3中第一小段亮度。
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、本发明首次实现了考虑人眼的“明适应”过程，采用多段式动态平滑调光的方法去设置视觉过渡段的亮度，不仅消除车辆在驶出隧道时人眼出现的“眩光”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外亮度情况实时调整视觉过渡段的长度和亮度，实现了“按需照明”，进而达到隧道照明中节能的效果。
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出口视觉过渡段示意图。
图2为本实施例设置隧道出口视觉过渡段亮度和长度的流程图。
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、隧道外亮度L20＝4000cd/m2、隧道内安全通行亮度Lin＝5cd/m2、车辆安全行驶速度v＝80km/h、双车道单向交通车流量N＝1500veh/(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出口眩光现象的方法，包括以下步骤：
1)沿隧道出口的两侧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，视觉过渡段是以照明亮度来区分的，是一段亮度逐渐升高的照明光段，最多由三个区段S1、S2、S3组成，且区段个数要根据隧道外的亮度进行选择，该三个区段S1、S2、S3按车辆驶向隧道出口的方向顺序排列，并依次相连，每个区段都是由一系列连续且长度相等、亮度逐渐增加的照明小段构成；调整LED照明灯的亮度即可改变视觉过渡段的亮度与长度。
2)隧道外装有亮度传感器，每隔一段时间通过亮度传感器采集隧道外的亮度，根据最新的亮度数据，选择视觉过渡段的设置方式，即确定视觉过渡段是由S1、S2、S3中的几个区段组成，当隧道外亮度L20＜LD1，视觉过渡段仅由S1组成；当隧道外亮度LD1＜L20≤LD2，视觉过渡段仅由S1和S2按顺序排列组成；当隧道外亮度L20＞LD2，视觉过渡段由S1、S2和S3按顺序排列组成。
本实施例中，根据实际情况取LD1＝500cd/m2，LD2＝3000cd/m2。隧道外亮度L20＝4000cd/m2＞LD2＝3000cd/m2。因此，视觉过渡段由S1、S2和S3按顺序排列组成。
3)当车辆开始驶离隧道时，考虑人眼的“明适应”过程特点，进行多段式动态平滑调光，视觉过渡段中S1、S2、S3各个区段中小段亮度逐渐增加，且增加的幅度分别为a1、a2、a3(a1<a2<a3)；按照步骤2)中选定的视觉过渡段设置方式调整视觉过渡段的长度和亮度，消除车辆驶出隧道时人眼出现的“眩光”现象。
本实施例中，根据实际情况取a1＝10％、a2＝20％、a3＝30％，下面开始计算视觉过渡段的亮度和长度：
3.1)计算视觉过渡段的长度：
3.1.1)每一小段长度ΔS
v＝80km/h＝22.222m/s
ΔS＝Δt×v＝0.15×22.222＝3.333m
式中，v为隧道内车辆安全行驶速度；ΔS为每一小段长度；Δt为时间间隔，取值在0.1S～0.22S，本实施例中Δt取0.15s。
3.1.2)隧道入口处亮度 Lth＝k×L20＝0.035×4000＝140cd/m2
S1和S2交界处亮度 L1-2＝k×LD1＝0.035×500＝17.5cd/m2
S2和S3交界处亮度 L2-3＝k×LD2＝0.035×3000＝105cd/m2
式中，Lth为隧道入口处亮度；L20为隧道外亮度；L1-2为S1和S2交界处亮度；L2-3为S2和S3交界处亮度；k为衰减系数，其取值参考下表1；本实施例中k取0.035。
表1隧道出口处亮度折减系数k的取值
注：当交通量在其中间时，按内插考虑。
3.1.3)S1中小段个数
S2中小段个数
S3中小段个数
式中，Lin为隧道内安全通行亮度；n1为S1中小段个数，即划分段数，其取值为整数；n2为S2中小段个数，即划分段数，其取值为整数；n3为S3中小段个数，即划分段数，其取值为整数。
3.1.4)视觉过渡段中S1的长度 X1＝n1×ΔS＝14×3.333＝46.662m
视觉过渡段中S2的长度 X2＝n2×ΔS＝10×3.333＝33.333m
视觉过渡段中S3的长度 X3＝n3×ΔS＝2×3.333＝6.666m
视觉过渡段长度 X＝X1+X2+X3＝46.662+33.333+6.666＝86.661m
式中，X为视觉过渡段的总长度；X1为视觉过渡段中S1的长度；X2为视觉过渡段中S2的长度；X3为视觉过渡段中S3的长度。
3.2)计算视觉过渡段中的每一小段亮度，即S1中的每一小段亮度L1b、S2中的每一小段亮度L2c和S3中的每一小段亮度L2d，b＝1，2...n1、c＝1，2...n2、d＝1，2...n3。
3.2.1)S1中第一小段亮度L11
L11＝Lin＝5cd/m2
第b小段亮度(b＝2,3...14)
L1b＝(1+a1)L1(b-1)＝(1+10％)L1(b-1)
3.2.2)S2中第一小段亮度L21
L21＝(1+a2)L1-2＝(1+20％)×17.5＝21cd/m2
第c小段亮度(c＝2,3...10)
L2c＝(1+a2)L2(c-1)＝(1+20％)L2(c-1)
3.2.3)S3中第一小段亮度L31
L31＝(1+a3)L2-3＝(1+30％)×105＝136.5cd/m2
第d小段亮度(d＝2)
L3d＝(1+a3)L3(d-1)＝(1+30％)L3(d-1)
代入数据可以解出视觉过渡段中各个区段的亮度数据如下表所示。
每隔一定时间，通过亮度检测器测出隧道外最新的亮度数据，重新设置视觉过渡段的亮度和长度。
情况一：当亮度检测器检测到隧道外亮度为L20＝2000cd/m2时，在其它条件不变的情况下，由已知条件500cd/m2＜L20≤3000cd/m2，则现在视觉过渡段仅由S1和S2按顺序排列组成，S1和S2中每一小段的亮度则分别按照幅度a1＝10％、a2＝20％增加，下面重新计算视觉过渡段的亮度与长度。
由步骤3.1)计算出S1和S2中小段个数分别是n1＝14、n2＝8，长度为X1＝46.662m、X2＝26.664m，视觉过渡段长度为X＝X1+X2＝73.326m。
代入数据至步骤3.2)中，重新进行上述计算过程，得到视觉过渡段的亮度数据如下
情况二：当亮度检测器检测到隧道外亮度为L20＝300cd/m2时，在其它条件不变的情况下，由已知条件L20＜500cd/m2，则现在视觉过渡段仅由S1组成，S1中每一小段的亮度则分别按照幅度a1＝10％增加，下面重新计算视觉过渡段的亮度与长度。
由步骤3.1)计算出S1中小段个数分别是n1＝8，长度为X1＝26.640m、，视觉过渡段长度为X＝X1＝26.640m。
代入数据至步骤3.2)中，重新进行上述计算过程，得到视觉过渡段的亮度数据如下
综上所述，从本实施例中可以看出当隧道外亮度发生改变时，视觉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的天气情况实现视觉过渡段的亮度与长度的动态配置，在消除隧道出口处“眩光”现象的同时，也具有“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 (3)

1.一种消除隧道出口眩光现象的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)沿隧道出口的两侧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，所述视觉过渡段是以照明亮度来定义的，是一段亮度逐渐增加的照明光段，由三个区段S1、S2、S3组成，且区段个数要根据隧道外的亮度进行选择，该三个区段S1、S2、S3按车辆驶向隧道出口的方向顺序排列，并依次相连，每个区段都是由一系列连续且长度相等、亮度逐渐增加的照明小段构成；
2)隧道外装有亮度传感器，每隔一段时间通过亮度传感器采集隧道外的亮度，根据最新的亮度数据，选择视觉过渡段的设置方式，即确定视觉过渡段是由S1、S2、S3中的几个区段组成；
3)当车辆开始驶离隧道时，进行多段式动态平滑调光，即逐渐增加区段中小段亮度，按照步骤2)中选定的视觉过渡段设置方式来调整视觉过渡段的长度与亮度，包括以下三种方式：
方式一、L20≤LD1时，视觉过渡段仅由S1组成，S1中每一小段亮度按照每次幅度a1增加，视觉过渡段的长度与亮度计算过程如下：
ⅰ、计算视觉过渡段的长度：
每一小段长度ΔS＝Δt×v
隧道出口处亮度Lth＝k×L20
划分段数n
视觉过渡段长度X＝n×ΔS
式中，Δt为时间间隔，取值为0.10s≤Δt≤0.22s；v为隧道内车辆安全行驶速度；ΔS为每一小段长度；Lin为隧道内安全通行亮度；Lth为隧道入口处亮度；L20为隧道外亮度；k为衰减系数；X为视觉过渡段长度；n为划分段数，其取值为整数；
ⅱ、计算视觉过渡段的每一小段亮度Li，i＝1，2...n：
第一小段亮度L1＝Lin
除第一小段外的第i小段亮度Li＝(1+a1)Li-1，i＝2,3...n
式中，L1为第一小段亮度；
方式二、当LD1＜L20≤LD2时，视觉过渡段仅由S1和S2按顺序排列组成，S1和S2中每一小段的亮度分别按照幅度a1、a2增加，且a1<a2，视觉过渡段的长度与亮度计算过程如下：
ⅰ、计算视觉过渡段的长度：
每一小段长度ΔS＝Δt×v
隧道出口处亮度Lth＝k×L20
S1和S2交界处亮度L1-2＝k×LD1
S1中小段个数
S2中小段个数
视觉过渡段中S1的长度X1＝n1×ΔS
视觉过渡段中S2的长度X2＝n2×ΔS
视觉过渡段长度X＝X1+X2
式中，L1-2为S1和S2交界处亮度；X1为视觉过渡段中S1的长度；n1为S1中小段个数，其取值为整数；X2为视觉过渡段中S2的长度；n2为S2中小段个数，其取值为整数；
ⅱ、计算视觉过渡段中的每一小段亮度，即S1中的每一小段亮度L1b和S2中的每一小段亮度L2c，b＝1，2...n1、c＝1，2...n2：
S1中第一小段亮度L11＝Lin
S1中除第一小段外的第b小段亮度L1b＝(1+a1)L1(b-1)，b＝2,3...n1
S2中第一小段亮度L21＝(1+a2)L1-2
S2中除第一小段外的第c小段亮度L2c＝(1+a2)L2(c-1)，c＝2,3...n2
式中，L11为S1中第一小段亮度；L21为S2中第一小段亮度；
方式三、当L20＞LD2时，视觉过渡段由S1、S2和S3按顺序排列组成，S1、S2、S3中每一小段的亮度分别按照幅度a1、a2、a3增加亮度，且a1<a2<a3，计算视觉过渡段的长度与亮度：
ⅰ、计算视觉过渡段的长度：
每一小段长度ΔS＝Δt×v
隧道出口处亮度Lth＝k×L20
S1和S2交界处亮度L1-2＝k×LD1
S2和S3交界处亮度L2-3＝k×LD2
S1中小段个数
S2中小段个数
S3中小段个数
视觉过渡段中S1的长度X1＝n1×ΔS
视觉过渡段中S2的长度X2＝n2×ΔS
视觉过渡段中S3的长度X3＝n3×ΔS
视觉过渡段长度X＝X1+X2+X3
式中，L2-3为S2和S3交界处亮度；X3为视觉过渡段中S3的长度；n3为S3中小段个数，其取值为整数；
ⅱ、计算视觉过渡段中的每一小段亮度，即S1中的每一小段亮度L1b、S2中的每一小段亮度L2c和S3中的每一小段亮度L2d，b＝1，2...n1、c＝1，2...n2、d＝1，2...n3：
S1中第一小段亮度L11＝Lin
S1中除第一小段外的第b小段亮度L1b＝(1+a1)L1(b+1)，b＝2,3...n1
S2中第一小段亮度L21＝(1+a2)L1＝2
S2中除第一小段外的第c小段亮度L2c＝(1+a2)L2(c-1)，c＝2,3...n2
S3中第一小段亮度L31＝(1+a3)L2-3
S3中除第一小段外的第d小段亮度L3d＝(1+a3)L3(d-1)，d＝2，3...n3
式中，L31为S3中第一小段亮度。
2.根据权利要求1所述的一种消除隧道出口眩光现象的方法，其特征在于：在步骤1)中，S1、S2、S3的顺序是从隧道中间至出口依次排列。
3.根据权利要求1所述的一种消除隧道出口眩光现象的方法，其特征在于：在步骤2)中，通过亮度传感器实时采集隧道外的亮度L20，选择合适的视觉过渡段设置方式：当隧道外亮度L20≤LD1，视觉过渡段仅由S1组成；当隧道外亮度LD1＜L20≤LD2，视觉过渡段仅由S1和S2按顺序排列组成；当隧道外亮度L20＞LD2，视觉过渡段由S1、S2和S3按顺序排列组成；通过以上根据隧道外的亮度选择不同的视觉过渡段设置方式来达到不同天气情况下的按需照明。
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