基于人眼适应的公路隧道入口段亮度研究

基于最新的隧道照明理论，根据进入隧道过程中人眼瞳孔的变化确定隧道入口段的亮度。以重庆地区为例，通过实测确定8个方向的隧道外等效光幕亮度；分别针对采用色温相近的高压钠灯、金卤灯和LED灯作为隧道照明光源的情况，在实验室模拟驾车进入隧道过程的光环境变化，用眼动仪记录人眼瞳孔随光环境变化而变化的过程；让被试人员驾车或坐车进入选定的隧道，并用眼动仪记录其进入隧道过程中的瞳孔变化；分析对比现场实测获得的数据与实验室模拟实验获得的数据，并根据现场实测数据对实验室模拟实验数据进行修正；根据获得的实验数据以及确保行车安全允许的人眼适应时间，确定各种条件下合理的隧道入口段亮度，以在保证隧道行车安全的前提下实现隧道照明节能。

对比分析了国内外隧道照明设计标准和规范对入口段长度、照明指标的规定，结果表明，不同标准和规范对隧道入口段长度和照明指标的规定差异明显。根据隧道照明的特点，考虑LED光源相对传统光源的优缺点，提出LED是隧道照明光源的发展方向。在对国内隧道照明现状和运营情况进行调研的基础上，利用自制的隧道照明反应时间测量系统研究了驾驶员在不同光源下的反应时间，结果表明，隧道入口段适用色温为4200 K左右的LED。对比分析了目前常用隧道入口段亮度确定方法——k值法和最小察觉对比法的计算原理和过程，利用数值积分方法，得到了洞外等效光幕亮度的改进算法，并证明了改进算法的精度，开发了自动读解洞口照片并完成计算的等效光幕亮度计算程序，开发了基于等效光幕亮度与察觉对比法的隧道照明计算程序。在对重庆地区光气候特征和洞外景物表面反射特征进行研究的基础上，得到了重庆地区东、南、西、北4个朝向隧道洞外典型景物亮度值，其它朝向隧道洞外景物亮度值可在此基础上插值得到。在对比分析用k值法和最小察觉对比法确定隧道入口段亮度优缺点的基础上，提出了根据驾驶员驾车进入隧道过程中的瞳孔变化确定隧道入口段亮度的方法：驾驶员白天驾车由较亮的洞外进入较暗的隧道内时，瞳孔为了适应较暗的环境而变大，驾驶员的瞳孔变化速度在某一个区间内时，不会发生视觉障碍，如果瞳孔变化速度超出此安全区间，有可能发生视觉障碍而造成行车事故，驾驶员的瞳孔变化受隧道内外亮度之差以及进入隧道时车速的大小影响，为了保证行车安全，在隧道设计行车速度一定的情况下，可以通过减小隧道内外亮度之差的方法，保证驾驶员的瞳孔变化在一定的范围内。考虑不会产生视觉障碍的驾驶员瞳孔变化的极限范围，可以根据隧道的洞外亮度和行车速度来确定隧道入口段亮度。利用在福建多座隧道实测得到的驾驶员驾车进入隧道过程中的瞳孔变化数据，以及在实验室得到的驾驶员瞳孔大小随亮度变化的数据，考虑洞外亮度和行车速度，得到了基于人眼适应的隧道入口段亮度值。考虑隧道照明节能的需要，还对在隧道入口段引入天然光照明的可行性进行了探索。