CN111885792A - 高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，包括如下步骤：S1.确定隧道照明设计速度的参照值v′；S2.判断参照值v′是否小于道路功能要求的最小值v_min，若是，则结束；若否，则进入步骤S3；S3.判断参照值v′是否大于设定速度v^*，若是，则结束；若否，则将参照值v′作为隧道照明设计速度的优化速度。本发明的一种高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，能够得到车辆在隧道照明功率不变情况下的最佳设计速度，节省了工程成本，保证了隧道交通的行驶安全。

Description

高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法

技术领域

本发明涉及公路隧道领域，具体涉及一种高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法。

背景技术

高寒地区有雪盲现象，按照公路隧道照明设计细则推荐的洞外亮度，无法满足雪地场景时的交通需求，在无法保证交通需求的情况下，就非常容易出现各种交通事故。隧道内一旦发生交通事故，由于隧道空间狭小，会给交通事故的处理带来很大麻烦。

目前考虑雪盲情况的高寒地区隧道照明的研究很少，而在考虑雪盲现象时，往往也是通过调整灯具设备来改变洞外亮度并得以改善隧道洞内照明效果，但是需要加大工程成本，在高寒地区环境下，进行人工施工时，也会威胁到工人的安全。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，能够得到车辆在隧道照明功率不变的情况下的最佳设计速度，节省了工程成本，保证了隧道交通的行驶安全。

本发明的高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，包括如下步骤：

S1.确定隧道照明设计速度的参照值v′；

S2.判断参照值v′是否小于道路功能要求的最小值v_min，若是，则结束；若否，则进入步骤S3；

S3.判断参照值v′是否大于设定速度v^*，若是，则结束；若否，则将参照值v′作为隧道照明设计速度的优化速度。

进一步，步骤S1中，确定隧道照明设计速度的参照值v′，具体包括：

若隧道内设置一个过渡段，根据如下公式确定参照值v′：

其中，D_th为入口段长度；a₁为入口段亮度折减系数k的第一回归系数；b₁为入口段亮度折减系数k的第二回归系数；L′₂₀为隧道洞外亮度L₂₀的参照值；a₂为中间段亮度L_in的第一回归系数；b₂为中间段亮度L_in的第二回归系数；所述M′＝D′z+240，所述D′z为中间段长度Dz的参照值；P为隧道照明总功率；所述

μ为路面亮度与照度的换算系数，W为隧道照明宽度，

为灯具的额定光通量，η为灯具利用率，M为灯具养护系数；

若隧道内设置两个过渡段，根据如下公式确定参照值v′：

若隧道内设置三个过渡段时，根据如下公式确定参照值v′：

进一步，若隧道内设置一个过渡段，则所述D′z＝D_L-D_th-D′_tr1-60；其中，D_L为隧道长度，所述

若隧道内设置两个过渡段，则所述D′z＝D_L-D_th-D′_tr1-D′_tr2-60；其中，所述

若隧道内设置三个过渡段，则所述D′z＝D_L-D_th-D′_tr1-D′_tr2-D′_tr3-60；其中，所述

进一步，所述隧道洞外亮度参照值L′₂₀与所述隧道洞外亮度L₂₀的值相等。

进一步，步骤S3中，确定所述设定速度v^*，具体包括：

若隧道内设置一个过渡段，则所述设定速度

若隧道内设置两个过渡段，则所述设定速度

若隧道内设置三个过渡段，则所述设定速度

本发明的有益效果是：本发明公开的一种高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，在保持隧道照明总功率不变的情况下，计算隧道照明设计速度的参照值，并将符合交通行驶安全要求的参照值作为隧道照明设计速度的优化速度，节省了工程成本，保证了驾驶员的行车安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：

本发明的高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，包括如下步骤：

S1.确定隧道照明设计速度的参照值v′；

S2.判断参照值v′是否小于道路功能要求的最小值v_min，若是，则结束；若否，则进入步骤S3；所述道路功能要求的最小值v_min为公路或隧道交通行驶安全要求的最小值。

S3.判断参照值v′是否大于设定速度v^*，若是，则结束；若否，则将参照值v′作为隧道照明设计速度的优化速度。在高寒地区，通过降低设计速度从而降低入口段亮度折减系数，进而得到更为合理的洞内亮度，保证了交通行驶安全。

本实施例中，步骤S1中，确定隧道照明设计速度的参照值v′，具体包括：

采集隧道照明设计参数，所述隧道照明设计参数包括隧道洞外亮度L₂₀、隧道照明宽度W、灯具利用率η、灯具养护系数M以及隧道洞口净空高度h。

将隧道照明段落划分为入口段、过渡段、中间段和出口段。工程条件确定后，入口段与出口段的长度为定值，而过渡段和中间段的长度为变量。这里将隧道的入口段分为入口段TH1、入口段TH2两个照明段。

入口段和过渡段亮度变化按式(1)、(2)计算：

L_th1＝kL₂₀ (1)

L_tr＝L_th1(1.9+t)^-1.4 (2)

其中，L_th1为入口段TH1的亮度，单位为cd/m²；k为入口段亮度折减系数；L_tr为过渡段亮度，单位为cd/m²；t为从入口段到过渡段车辆的行驶时间，单位为s。

以L_in表示中间段亮度，过渡段末端亮度与中间段亮度相等。由式(2)可推导得到：

L_in＝L_th1(1.9+3.6D_tr/v)^-1.4 (3)

其中，D_tr为过渡段长度，单位为m；v为隧道设计速度，单位为km/h。

由式子(3)可得过渡段长度D_tr为：

D_tr＝[(L_th1/L_in)^1/1.4-1.9]v/3.6 (4)

根据“公路隧道照明设计细则”(以下简称为“细则”)，出口段长度为60m，入口段长度D_th为：

D_th＝1.154D_s-(h-1.5)/tg10° (5)

设隧道长度为D_L，则可确定中间段落的长度D_z为：

D_z＝D_L-(D_th+D_tr+60) (6)

其中，h为隧道洞口净空高度，单位为m；D_s为隧道照明停车视距，单位为m，本实施例中，所述D_s可通过细则中约定的数据值进行设定。

由式(1)、(2)可知，入口段TH1亮度L_th1与k、L₂₀成正比，过渡段亮度L_tr与入口段TH1亮度L_th1和行驶时间t相关。根据“细则”，k与v和设计交通量Q为veh/h·ln)相关，中间段亮度L_in与交通量Q、v相关，其中，k、L_in与v的关系见表1：

表1

通过表1的数据可得到如下关系式：

k＝a₁v+b₁(7)；L_in＝a₂v+b₂(8)；

其中，a₁为入口段亮度折减系数k的第一回归系数；b₁为入口段亮度折减系数k的第二回归系数；a₂为中间段亮度L_in的第一回归系数；b₂为中间段亮度L_in的第二回归系数；且a₁、b₁、a₂以及b₂均为统计之后计算得到的常数；

将式子(7)带入式子(1)，可得L_th1＝(a₁v+b₁)L₂₀(9)；

根据“细则”，隧道照明墙面2m范围的亮度不低于路面亮度的60％，为了满足机动车驾驶员的视觉适应性和视觉诱导，设墙面亮度为路面亮度的60％。

则有S_i＝D_i·(W+2.4)；(10)

命

则第i个照明段落的照明功率

其中，S_i为第i个照明段落的面积；D_i为第i个照明段落的长度；P_i为第i个照明段落的照明功率；μ为路面亮度与照度的换算系数，所述μ与路面材料、颜色有关，可进行实测确定；L_i为第i个照明段落的亮度；

为灯具的额定光通量，所述

根据选用的灯具型号和规格确定。

根据式子(13)，则入口段的照明功率

其中，D_th1＝D_th2＝0.5D_th，L_th2＝0.5L_th1；D_th为入口段的总长度；D_th1为入口段TH1的长度；L_th1为入口段TH1的亮度；D_th2为入口段TH2的长度；L_th2为入口段TH2的亮度；则照明功率

根据式子(13)，则出口段的照明功率

其中，D_ex1＝D_ex2＝30，L_ex1＝3L_in，L_ex2＝5L_in；D_ex1为出口段EX1的长度；L_ex1为出口段EX1的亮度；D_ex2为出口段EX2的长度；L_ex2为出口段EX2的亮度；则照明功率

根据式子(13)，则中间段的照明功率

根据式子(13)，若隧道的过渡段只有一个过渡段TR1，过渡段TR1的照明功率

其中，L_tr1＝0.15L_th1；D_tr1＝D_th/3+v/1.8；L_tr1为过渡段TR1的亮度；D_tr1为过渡段TR1的长度；则照明功率

根据式子(13)，若隧道的过渡段包括过渡段TR1以及过渡段TR2，过渡段TR1对应的照明功率P₄如上述所示，过渡段TR2的照明功率

其中，L_tr2＝0.05L_th1；D_tr2＝2v/1.8；L_tr2为过渡段TR2的亮度；D_tr2为过渡段TR2的长度；则照明功率

根据式子(13)，若隧道的过渡段包括过渡段TR1、过渡段TR2以及过渡段TR3，过渡段TR1以及过渡段TR2分别对应的照明功率P₄以及P₅如上述所示，过渡段TR3的照明功率

其中，L_tr3＝0.02L_th1；D_tr3＝3v/1.8；L_tr3为过渡段TR3的亮度；D_tr3为过渡段TR3的长度；则照明功率

若隧道的过渡段只有一个过渡段TR1,则隧道照明总功率P为：

根据式(6)得到D_z＝D_L-(D_th+D_tr1+60)(15)；将式(8)、(9)以及(15)带入式(14)，则有：

由式(16)得到设计速度v：

其中，M＝D_L-D_th-D_tr1+180；

在保证不增加投资情况下，也即是保持照明总功率不变的情况下，对式(17)中的设计速度v进行优化，具体是通过设定D_tr1、L₂₀的值分别为D′_tr1、L′₂₀，则M＝D_L-D_th-D′_tr1+180，这里，将M命为M′，并有M′＝D′_z+240；所述D′z为中间段长度Dz的参照值；

则设计速度v的参照值v′：

若隧道的过渡段包括过渡段TR1以及过渡段TR2，则隧道照明总功率P为：

同理，根据式(6)得到D_z＝D_L-(D_th+D_tr1+D_tr2+60)(19)；将式(8)、(9)以及(19)带入式(18)可变更式(18)中总功率P的表达式；

同样地，设定D_tr1、D_tr2、L₂₀的值分别为D′_tr1、D′_tr2、L′₂₀，则M＝D_L-D_th-D′_tr1-D′_tr2+180，这里，将M命为M′，并有M′＝D′_z+240；

则根据总功率P的表达式，得到设计速度v的参照值v′：

若隧道的过渡段包括过渡段TR1、过渡段TR2以及过渡段TR3，则隧道照明总功率P为：

同理，根据式(6)得到D_z＝D_L-(D_th+D_tr1+D_tr2+D_tr3+60)(21)；将式(8)、(9)以及(21)带入式(20)可变更式(20)中总功率P的表达式；

同样地，设定D_tr1、D_tr2、D_tr3、L₂₀的值分别为D′_tr1、D′_tr2、D′_tr3、L′₂₀，则M＝D_L-D_th-D′_tr1-D′_tr2-D′_tr3+180，这里，将M命为M′，并有M′＝D′_z+240；

则根据总功率P的表达式，设计速度v的参照值v′：

本实施例中，若隧道的过渡段只有一个过渡段TR1，则所述D′z＝D_L-D_th-D′_tr1-60；其中，D_L为隧道长度，所述

所述v′为只有一个过渡段TR1场景下设计速度的参照值。

若隧道的过渡段包括过渡段TR1以及过渡段TR2，则所述D′z＝D_L-D_th-D′_tr1-D′_tr2-60；其中，所述

所述v′为包括过渡段TR1以及过渡段TR2场景下设计速度的参照值。

若隧道的过渡段包括过渡段TR1、过渡段TR2以及过渡段TR3，则所述D′z＝D_L-D_th-D′_tr1-D′_tr2-D′_tr3-60；其中，所述

所述v′为包括过渡段TR1、过渡段TR2以及过渡段TR3场景下设计速度的参照值。

本实施例中，上述三种场景下设置的所述隧道洞外亮度参照值L′₂₀与所述隧道洞外亮度L₂₀的值相等。

本实施例中，步骤S3中，确定所述设定速度v^*，具体包括：

若隧道的过渡段只有一个过渡段TR1，有Dz＝D_L-D_th-D_tr1-60≥0(22)，

将式(23)带入式(22)，得到

这里取设计速度v的最大值作为所述设定速度v^*，即

若隧道的过渡段包括过渡段TR1以及过渡段TR2，有Dz＝D_L-D_th-D_tr1-D_tr2-60≥0(24)，

将式(23)以及(25)带入式(24)，得到

这里取设计速度v的最大值作为所述设定速度v^*，即

若隧道的过渡段包括过渡段TR1、过渡段TR2以及过渡段TR3，有Dz＝D_L-D_th-D_tr1-D_tr2-D_tr3-60≥0(26)，

将式(23)、(25)以及(27)带入式(26)，得到

这里取设计速度v的最大值作为所述设定速度v^*，即

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.确定隧道照明设计速度的参照值v′；

S2.判断参照值v′是否小于道路功能要求的最小值v_min，若是，则结束；若否，则进入步骤S3；

S3.判断参照值v′是否大于设定速度v^*，若是，则结束；若否，则将参照值v′作为隧道照明设计速度的优化速度。

2.根据权利要求1所述的高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，其特征在于：步骤S1中，确定隧道照明设计速度的参照值v′，具体包括：

若隧道内设置一个过渡段，根据如下公式确定参照值v′：

其中，D_th为入口段长度；a₁为入口段亮度折减系数k的第一回归系数；b₁为入口段亮度折减系数k的第二回归系数；L′₂₀为隧道洞外亮度L₂₀的参照值；a₂为中间段亮度L_in的第一回归系数；b₂为中间段亮度L_in的第二回归系数；所述M′＝D′z+240，所述D′z为中间段长度Dz的参照值；P为隧道照明总功率；所述

μ为路面亮度与照度的换算系数，W为隧道照明宽度，

为灯具的额定光通量，η为灯具利用率，M为灯具养护系数；

若隧道内设置两个过渡段，根据如下公式确定参照值v′：

若隧道内设置三个过渡段时，根据如下公式确定参照值v′：

3.根据权利要求2所述的高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，其特征在于：若隧道内设置一个过渡段，则所述D′z＝D_L-D_th-D′_tr1-60；其中，D_L为隧道长度，所述

若隧道内设置两个过渡段，则所述D′z＝D_L-D_th-D′_tr1-D′_tr2-60；其中，所述

若隧道内设置三个过渡段，则所述D′z＝D_L-D_th-D′_tr1-D′_tr2-D′_tr3-60；其中，所述

4.根据权利要求2所述的高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，其特征在于：所述隧道洞外亮度参照值L′₂₀与所述隧道洞外亮度L₂₀的值相等。

5.根据权利要求1所述的高寒地区公路隧道照明设计速度的优化方法，其特征在于：步骤S3中，确定所述设定速度v^*，具体包括：

若隧道内设置一个过渡段，则所述设定速度

若隧道内设置两个过渡段，则所述设定速度

若隧道内设置三个过渡段，则所述设定速度

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