CN113153350A - 一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法及模拟试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法及模拟试验平台，属于隧道工程技术领域，本发明提供的模拟试验包括动态驾驶舱，曲面屏，平行光源，投影仪，眼动仪，光谱辐射亮度计，模拟试验平台控制装置；本发明提供的方法建立了驾驶员瞳孔面积变化率、车速和亮度折减系数的回归模型；通过瞳孔面积变化率的阈值来确定满足驾驶员视觉舒适的亮度折减系数范围；通过模拟试验平台调整不同的植被密度和排列方式，获得在驾驶员视觉舒适亮度折减系数范围内，减少隧道内外亮度差的方案并进行评价优选，进而得到符合减光要求的植被密度和排列方式；采用本发明的方法能有效减少暗适应时间，避免出现视觉震荡，从而使得驾驶员能够安全舒适的通过隧道入口段。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法及模拟试验平台。
背景技术
公路隧道是一种两端开口、中间封闭的特殊管状构造物，这种结构会导致白天时段洞内比洞外亮度低，而夜间时段洞内比洞外亮度高等洞内外亮度差异较大的交通安全问题，而且公路隧道一直是公路运营期间的重点风险较高路段，其建设不当必定会导致社会生命财产蒙受巨大的损失，甚至可能导致整个公路建设和公路网的正常运行。
视觉震荡为视觉适应(明暗适应等强视觉刺激)发生时出现的瞬时盲期，变现为短暂的初期瞳孔面积迅速变大和紧随其后的瞳孔面积较少，为典型的双相涨落式变化过程。隧道洞内外具有较大的亮度差，驾驶员在进入隧道过程中极易产生视觉震荡现象，因此减少隧道隧道洞内外亮度差就变得很关键。现有的减少亮度差的方法主要分为两种：一种是提高隧道入口段的亮度，一种是降低隧道洞外亮度。第一种方法虽然直接有效，但不符合隧道建设的节能理念，增加隧道的运营费用，而降低洞外亮度则既能实现行车安全，又能实现节能经济。
目前隧道洞外亮度定义与取值存在两种较为常用的方法：基于K值法的L20(S)和等效光幕亮度Lseq(Equivalent Veiling Luminance)。这两种取值法分别在国际照明协会颁布的CIE61—1984和CIE88—1990技术文件中被定义和推荐。L20(S)是指：距离隧道洞口一倍停车视距处，距离地面垂直高度为1.5m的位置，朝着隧道洞口方向以水平面夹角20°视线环境内所有景观(路面、天空率、隧道洞口和植被等)的平均亮度。而等效光幕亮度Lseq是指光线经过透明介质的折射、散射和隧道外面的建筑物、植被等景观吸收、反射之后进入人眼的光幕现象，并且以亮度进行量化表达。因此如何降低隧道外景观在反射太阳光以后的亮度便是降低洞外亮度的关键。
目前国内外主要通过遮光棚和遮阳棚来降低洞外亮度，遮阳是一种建造在城市隧道入口段，用于遮阳减光的封闭式透光构造物。在雨雪环境下，能够遮蔽雨雪，防止路滑，保护路基。由于遮阳棚的减光工作原理和其自身的封闭性，导致雨雪天气下的遮阳棚透光性能和通风性能较差。遮光棚也是一种运用较多的减光建筑物，其结构是棚状构造物，但结构相对简单，其与遮阳棚的根本区别是允许日光直接投射到路面上。相比于遮阳棚，遮光棚通风性能较好、维护成本较低。与此同时，遮光棚不但结构简单、价格较低，还能防止太阳眩目。但遮光棚遮挡面积较少，还存在安全隐患。且以上两种减光措施均不能实现公路建设的环保理念。因此急需一种能将生态环保和行车安全结合在一起的减光措施。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是减少隧道的洞内外亮度差，使驾驶员能安全舒适地在隧道内行驶。通过诸如多元回归、神经网络、灰色关联分析等方法建立视觉震荡影响参数的关联模型，寻求影响视觉震荡的主要因素，找到参数之间的相互关系，进而控制驾驶人员视觉震荡的强度和时间。因此，本发明提供一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法，包括以下步骤：
基于隧道洞门，测量用于产生视觉震荡的相关影响参数，构建视觉震荡关联模型，其中，视觉震荡关联模型用于评价隧道洞门的洞内外亮度差对于视觉震荡的影响；
基于舒适度范围内的最大瞳孔面积变化率，获得视觉震荡关联模型的亮度折减系数；
根据亮度折减系数，通过调整洞内外亮度差，减少视觉震荡。
优选地，在测量用于产生视觉震荡的相关影响参数的过程中，相关影响参数至少包括洞内外亮度差、驾驶速度、驾驶员瞳孔面积变化率；
根据洞内外亮度差、驾驶速度、驾驶员瞳孔面积变化率，构建视觉震荡关联模型。
优选地，基于驾驶员瞳孔面积变化率，获取最大瞳孔面积变化率，其中，最大瞳孔面积变化率为20％。
优选地，基于最大瞳孔面积变化率，通过洞内外亮度差，获得亮度折减系数。
优选地，基于亮度折减系数，通过调整隧道洞门的外部植物分布，减少视觉震荡。
优选地，在调整外部植物分布的过程中，选择亮度反射系数较低的植物，改变植物的植被密度和排列方式，用于保证驾驶员在驶入隧道后瞳孔面积变化率保持在20％以内。
优选地，在调整外部植物分布的过程中，瞳孔面积变化率的变化范围在0-20％。
一种用于隧道洞门减少视觉震荡的模拟试验平台，包括，
动态驾驶舱，用于驾驶员进行模拟驾驶；
曲面屏，环绕设置在动态驾驶舱的前端，用于为驾驶员提供模拟画面；
平行光源，设置在动态驾驶舱中，用于为曲面屏提供光照，模拟隧道外亮度；
投影仪，设置在动态驾驶舱中，用于将模拟画面投影到曲面屏上；
眼动仪，设置在动态驾驶舱中，用于采集驾驶员的瞳孔面积变化率；
光谱辐射亮度计，与曲面屏连接，用于采集隧道外亮度；
模拟试验平台控制装置，分别与动态驾驶舱、投影仪、平行光源眼动仪、光谱辐射亮度计连接，用于提供模拟画面以及通过采集动态驾驶舱的驾驶数据、隧道外亮度、瞳孔面积变化率，调整隧道洞门的外部植物分布，判断外部植物分布是否满足瞳孔面积变化率的变化要求。
优选地，模拟试验平台控制装置，包括，
动态驾驶舱数据采集模块，用于采集动态驾驶舱的刹车部件反应时间；
平行光源控制模块，用于根据隧道外亮度，控制平行光源；
光谱辐射亮度计数据采集模块，用于采集隧道外亮度；
眼动仪控制模块，用于控制眼动仪采集瞳孔面积变化率；
投影仪控制模块，用于控制投影仪提供模拟画面；
数据存储模块，用于存储模拟试验平台的数据，其中，数据至少包括模拟画面、隧道外亮度、瞳孔面积变化率以及用于提供外部植物分布的植物数据；
智能芯片，分别与动态驾驶舱数据采集模块、平行光源控制模块、光谱辐射亮度计数据采集模块、眼动仪控制模块、投影仪控制模块、数据存储模块连接，用于控制模拟试验平台的各模块进行工作。
优选地，模拟试验平台还包括上位机，
上位机与智能芯片进行数据交互，用于为模拟试验平台提供模拟画面以及为模拟试验平台提供用于改变模拟画面的外部植物分布；
上位机还用于将隧道外亮度、瞳孔面积变化率在模拟画面进行显示。
本发明公开了以下技术效果：
本发明通过选择合适的植被类型、叶片颜色、形状和排列来降低洞外亮度，减少了驾驶员暗适应时间，避免出现视觉震荡，保障隧道交通安全；
本发明能够有效减少隧道的洞内外亮度差，降低驾驶员视觉震荡的时间与强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的方法流程图；
图2为本发明实施例所述的方法步骤图；
图3为本发明所述的模拟试验平台结构示意图；
图4为本发明实施例所述的试验平台示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，本发明提供了一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法，包括以下步骤：
基于隧道洞门，测量用于产生视觉震荡的相关影响参数，构建视觉震荡关联模型，其中，视觉震荡关联模型用于评价隧道洞门的洞内外亮度差对于视觉震荡的影响；
基于舒适度范围内的最大瞳孔面积变化率，获得视觉震荡关联模型的亮度折减系数；
根据亮度折减系数，通过调整洞内外亮度差，减少视觉震荡。
在测量用于产生视觉震荡的相关影响参数的过程中，相关影响参数至少包括洞内外亮度差、驾驶速度、驾驶员瞳孔面积变化率；根据洞内外亮度差、驾驶速度、驾驶员瞳孔面积变化率，构建视觉震荡关联模型。
基于驾驶员瞳孔面积变化率，获取基于舒适度范围内的最大瞳孔面积变化率，其中，最大瞳孔面积变化率为20％。
基于最大瞳孔面积变化率，通过洞内外亮度差，获得亮度折减系数。
基于亮度折减系数，通过调整隧道洞门的外部植物分布，减少视觉震荡。
在调整外部植物分布的过程中，选择亮度反射系数较低的植物，改变植物的植被密度和排列方式，用于保证驾驶员在驶入隧道后瞳孔面积变化率保持在20％以内。
在调整外部植物分布的过程中，瞳孔面积变化率的变化范围在0-20％。
一种用于隧道洞门减少视觉震荡的模拟试验平台，包括，
动态驾驶舱，用于驾驶员进行模拟驾驶；
曲面屏，环绕设置在动态驾驶舱的前端，用于为驾驶员提供模拟画面；
平行光源，设置在动态驾驶舱中，用于为曲面屏提供光照，模拟隧道外亮度；
投影仪，设置在动态驾驶舱中，用于将模拟画面投影到曲面屏上；
眼动仪，设置在动态驾驶舱中，用于采集驾驶员的瞳孔面积变化率；
光谱辐射亮度计，与曲面屏连接，用于采集隧道外亮度；
模拟试验平台控制装置，分别与动态驾驶舱、投影仪、眼动仪、平行光源、光谱辐射亮度计连接，用于提供模拟画面以及通过采集动态驾驶舱的驾驶数据、隧道外亮度、瞳孔面积变化率，调整隧道洞门的外部植物分布，判断外部植物分布是否满足瞳孔面积变化率的变化要求。
模拟试验平台控制装置，包括，
动态驾驶舱数据采集模块，用于采集动态驾驶舱的刹车部件反应时间；
平行光源控制模块，用于根据隧道外亮度，控制平行光源；
光谱辐射亮度计数据采集模块，用于采集隧道外亮度；
眼动仪控制模块，用于控制眼动仪采集瞳孔面积变化率；
投影仪控制模块，用于控制投影仪提供模拟画面；
数据存储模块，用于存储模拟试验平台的数据，其中，数据至少包括模拟画面、隧道外亮度、瞳孔面积变化率以及用于提供外部植物分布的植物数据；
智能芯片，分别与动态驾驶舱数据采集模块、平行光源控制模块、光谱辐射亮度计数据采集模块、眼动仪控制模块、投影仪控制模块、数据存储模块连接，用于控制模拟试验平台的各模块进行工作。
模拟试验平台还包括上位机，上位机与智能芯片进行数据交互，用于为模拟试验平台提供模拟画面以及为模拟试验平台提供用于改变模拟画面的外部植物分布；上位机还用于将隧道外亮度、瞳孔面积变化率在模拟画面进行显示。
实施例1：本发明是一项新型隧道洞门植物构成方法，其主要功能是减少隧道的洞内外亮度差，使驾驶员能安全舒适地在隧道内行驶。通过诸如多元回归、神经网络、灰色关联分析等方法建立视觉震荡影响参数的关联模型，寻求影响视觉震荡的主要因素，找到参数之间的相互关系，进而控制驾驶人员视觉震荡的强度和时间是本发明的主要研究内容。本发明以多元回归关联模型为例进行阐述。
在驾驶过程中，有多种因素会影响到驾驶人员的视觉震荡反应。首要因素便是洞外亮度和隧道入口段亮度之差，如果此亮度差过大就易造成驾驶人员产生严重地视觉震荡。其次，在同样的线形和照明环境条件下，运行速度越快，这种适应问题就会越严重，驾驶人也越紧张，视觉震荡表现越明显。以驾驶员进入隧道接近段时瞳孔面积开始增大到入口段结束范围内经过平滑处理后瞳孔变化率波动的最大值为瞳孔面积变化率的代表值，以洞内外亮度差来推算亮度折减系数，建立瞳孔面积变化率、车速和亮度折减系数的回归模型，取20％作为瞳孔面积变化率的最大值，并计算出相应的亮度折减系数。
通过选择亮度反射系数较低的植物作为植物种类，并通过隧道洞口植物减光动态模拟与评价平台进行试验确定适宜的植被密度和排列方式，保证驾驶员在驶入隧道后瞳孔面积变化率保持在20％以内，能达到尽量减少视觉震荡的效果。同时，本发明具备循环优化的功能，直至输出合理的隧道洞门植物减光方案。
本发明的主体思路是使用亮度反射率较低的植物作为隧道洞外减光植物(如乔木)，并以此建模进行室内模拟试验，通过设置不同密度和不同排列方式的植被来获得不同的亮度折减系数。本发明的具体实施方式如图2所示，现简述如下。
一、驾驶员以不同的车速驶入隧道，并通过眼动仪测量驾驶员在隧道接近段和入口段的瞳孔面积变化率。通过亮度计测量隧道洞内外亮度差。
二、以驾驶员进入隧道接近段时瞳孔面积开始增大到入口段结束范围内经过平滑处理后瞳孔变化率波动的最大值为瞳孔面积变化率的代表值，建立洞内外亮度差条件下瞳孔面积变化率、车速和亮度折减系数的回归模型。
三、取20％作为瞳孔面积变化率的最大值，并计算出相应的亮度折减系数。
四、根据亮度折减系数进行植被的类别选择与密度、排列方式设计，以期望达到理想的减光效果。
五、根据得到的植被类别与密度、排列方式进行建模，并通过隧道洞口植物减光动态模拟与评价平台(图3)进行视觉震荡减轻效果评价。如果减少视觉震荡的实际效果良好就输出此时的植被类别与密度、排列方式，否则就将此时的瞳孔面积变化率(第一次为20％)减去5％，并代入步骤三中进行循环，直至输出合理的隧道洞门植物减光方案。
本实施例中，所述隧道洞口植物减光动态模拟与评价平台包括：Da－Tex半透性灰色曲面屏；定制的可调节LED平行光源；BenQ MH3088投影仪；SMI ETG眼镜式眼动仪用以测量眼动数据；PR-655光谱辐射亮度计；数据采集处理平台(acknowledge软件)和定制动态驾驶舱(包括Logitech G29方向盘和刹车部件、可调节座椅)。
由于国内长期进行静态室内试验，静态试验只能以某个特定状态点作为试验背景，缺乏试验连贯性。而交通行车是一个动态的过程，期间充满着变化，动态的模拟与评价平台一定程度上补充了静态试验的不足，同时也延伸发展了公路隧道交通试验的可能性。
本试验目的是测试洞外植被景观的减少隧道内外亮度差效果，由于室内条件的限制，不能长期地培养植被进行观察与试验。因此进行室内模拟试验，首先根据优化得到得到植被类别与密度、排列方式进行建模，然后通过投影设备投影在曲面屏上。可调节LED平行光源将光照射在曲面屏上并用亮度计控制其数值，用以模拟隧道外亮度。接着以优化得到得到植被类别与密度、排列方式作为试验基础，通过动态驾驶舱中的刹车部件进行反应时间测试，通过SMI ETG眼镜式眼动仪测试驾驶员的瞳孔面积变化率。最后通过数据采集处理平台(acknowledge软件)进行数据分析，进而得出减少视觉震荡的效果用以判断此时的方案是否需要进一步优化。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于隧道洞门，测量用于产生视觉震荡的相关影响参数，构建视觉震荡关联模型，其中，所述视觉震荡关联模型用于评价所述隧道洞门的洞内外亮度差对于视觉震荡的影响；
基于舒适度范围内的最大瞳孔面积变化率，获得所述视觉震荡关联模型的亮度折减系数；
根据所述亮度折减系数，通过调整所述洞内外亮度差，减少所述视觉震荡。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法，其特征在于，
在测量用于产生视觉震荡的所述相关影响参数的过程中，所述相关影响参数至少包括洞内外亮度差、驾驶速度、驾驶员瞳孔面积变化率；
根据所述洞内外亮度差、所述驾驶速度、所述驾驶员瞳孔面积变化率，构建所述视觉震荡关联模型。
3.根据权利要求2所述的一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法，其特征在于，
基于所述驾驶员瞳孔面积变化率，获取所述最大瞳孔面积变化率，其中，所述最大瞳孔面积变化率为20％。
4.根据权利要求3所述的一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法，其特征在于，
基于所述最大瞳孔面积变化率，通过所述洞内外亮度差，获得所述亮度折减系数。
5.根据权利要求4所述的一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法，其特征在于，
基于所述亮度折减系数，通过调整所述隧道洞门的外部植物分布，减少所述视觉震荡。
6.根据权利要求5所述的一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法，其特征在于，
在调整所述外部植物分布的过程中，选择亮度反射系数较低的植物，改变所述植物的植被密度和排列方式，用于保证驾驶员在驶入隧道后所述瞳孔面积变化率保持在20％以内。
7.根据权利要求6所述的一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法，其特征在于，
在调整所述外部植物分布的过程中，所述瞳孔面积变化率的变化范围在0-20％。
8.一种用于隧道洞门减少视觉震荡的模拟试验平台，其特征在于，包括，
动态驾驶舱，用于驾驶员进行模拟驾驶；
曲面屏，环绕设置在所述动态驾驶舱的前端，用于为所述驾驶员提供模拟画面；
平行光源，设置在所述动态驾驶舱中，用于为所述曲面屏提供光照，模拟隧道外亮度；
投影仪，设置在所述动态驾驶舱中，用于将所述模拟画面投影到所述曲面屏上；
眼动仪，设置在所述动态驾驶舱中，用于采集驾驶员的瞳孔面积变化率；
光谱辐射亮度计，与所述曲面屏连接，用于采集所述隧道外亮度；
模拟试验平台控制装置，分别与所述动态驾驶舱、所述投影仪、所述平行光源、所述眼动仪、所述光谱辐射亮度计连接，用于提供所述模拟画面以及通过采集所述动态驾驶舱的驾驶数据、所述隧道外亮度、所述瞳孔面积变化率，调整隧道洞门的外部植物分布，判断所述外部植物分布是否满足所述瞳孔面积变化率的变化要求。
9.如权利要求8所述的一种用于隧道洞门减少视觉震荡的模拟试验平台，其特征在于，
所述模拟试验平台控制装置，包括，
动态驾驶舱数据采集模块，用于采集所述动态驾驶舱的刹车部件反应时间；
平行光源控制模块，用于根据所述隧道外亮度，控制所述平行光源；
光谱辐射亮度计数据采集模块，用于采集所述隧道外亮度；
眼动仪控制模块，用于控制所述眼动仪采集所述瞳孔面积变化率；
投影仪控制模块，用于控制所述投影仪提供所述模拟画面；
数据存储模块，用于存储所述模拟试验平台的数据，其中，所述数据至少包括所述模拟画面、所述隧道外亮度、所述瞳孔面积变化率以及用于提供所述外部植物分布的植物数据；
智能芯片，分别与所述动态驾驶舱数据采集模块、所述平行光源控制模块、所述光谱辐射亮度计数据采集模块、所述眼动仪控制模块、所述投影仪控制模块、所述数据存储模块连接，用于控制所述模拟试验平台的各模块进行工作。
10.如权利要求9所述的一种用于隧道洞门减少视觉震荡的模拟试验平台，其特征在于，所述模拟试验平台还包括上位机，
所述上位机与所述智能芯片进行数据交互，用于为所述模拟试验平台提供所述模拟画面以及为所述模拟试验平台提供用于改变所述模拟画面的所述外部植物分布；
所述上位机还用于将所述隧道外亮度、所述瞳孔面积变化率在所述模拟画面进行显示。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202110586819.0A CN113153350A (zh) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | 一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法及模拟试验平台 |
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|---|---|---|---|
| CN202110586819.0A CN113153350A (zh) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | 一种用于隧道洞门减少视觉震荡的方法及模拟试验平台 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116582970A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-08-11 | 四川公路工程咨询监理有限公司 | 一种隧道照明控制方法及隧道照明系统 |
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2021
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116582970A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-08-11 | 四川公路工程咨询监理有限公司 | 一种隧道照明控制方法及隧道照明系统 |
| CN116582970B (zh) * | 2023-07-14 | 2023-10-20 | 四川公路工程咨询监理有限公司 | 一种隧道照明控制方法及隧道照明系统 |
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