駕駛視認(rèn)需求的隧道中間段路面亮度需求

陳 然

（貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州貴陽 550001）

駕駛視認(rèn)需求的隧道中間段路面亮度需求

陳 然

（貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州貴陽 550001）

針對高速公路隧道建設(shè)逐年發(fā)展，因隧道照明引發(fā)的的交通事故也呈逐年遞增的趨勢，同時隧道照明安全與節(jié)能的矛盾也日益突出。以色溫5700K、顯色指數(shù)70的LED燈為隧道基本照明燈具，通過駕駛員在光源特性下的動態(tài)視認(rèn)試驗，分析駕駛員在隧道中間段的視覺特性及需求。

隧道中間段；亮度；視認(rèn)需求；視覺特征

1　試驗方案

1.1照明條件的確定

為了研究不同運(yùn)行速度下駕駛員的安全視認(rèn)需求閾值，選取貴州省思劍高速公路貴馬隧道為試驗隧道。貴馬隧道長555 m，中間段兩側(cè)基本照明為交錯布燈，行車方向左側(cè)為應(yīng)急照明，燈具安裝高度H≥5.5 m。燈具采用色溫5 700 K，色溫一致性≤350 K，顯色指數(shù)Ra為70的LED燈。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測得到亮度均勻度U0=0.7、縱向均勻度U1= 0.9，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足現(xiàn)行《公路隧道照明設(shè)計細(xì)則》規(guī)定的中間段亮度均勻度U0≥0．4，縱向均勻度U1≥0.7的要求。隧道采用無級調(diào)光照明系統(tǒng)，可以通過DC0-5V的標(biāo)準(zhǔn)信號來控制燈具的輸出功率，對隧道亮度進(jìn)行調(diào)控。試驗隧道可以提供一個穩(wěn)定的光色環(huán)境，排除色溫偏移等對試驗的影響。隧道交通量較低，處于自由流狀態(tài)，試驗時盡可能保證駕駛員不受其他車輛的影響，確保試驗人員的安全。

1.2試驗方法

考慮到駕駛員差異和樣本量，本試驗隨機(jī)選取6名駕駛技術(shù)熟練、身體健康且休息良好的小車駕駛員以消除不同性別、年齡、駕齡、對路況熟悉程度和性格等對試驗結(jié)果的差異性影響。被試車輛安裝非接觸速度儀，儀器采集頻率為50 Hz，實(shí)時采集車輛運(yùn)行速度。被試車輛車頂安裝照度計，以5 Hz的頻率實(shí)時采集駕駛員位置處車頂照度數(shù)據(jù)。駕駛員佩戴iView X HED型動態(tài)眼動儀，儀器數(shù)據(jù)采集頻率為50 Hz，可動態(tài)記錄駕駛員行車過程中視野范圍內(nèi)的道路環(huán)境、交通流狀況及注視點(diǎn)等信息。在選取目標(biāo)物方面，目標(biāo)物的顏色選取與隧道背景路面的亮度相近、對比度較低的灰色（反射率為20%），以使用最不利的顏色保障駕駛的安全視認(rèn)；目標(biāo)物尺寸選取20 cm×20 cm×20 cm立方體，同國際照明協(xié)會推薦實(shí)驗?zāi)繕?biāo)物一致。

被試車輛在低交通量自由流條件下，在隧道外以舒適加速度在隧道洞口外加速到一定的設(shè)計速度，并保持一定車速駛?cè)胨淼?。為避免駕駛員事先知曉目標(biāo)物的位置，試驗人員在隧道中間段任意位置放置視認(rèn)目標(biāo)物，當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物后立刻告知車上實(shí)驗員，實(shí)驗員對非接觸速度儀打點(diǎn)做標(biāo)記，并在車輛駛過目標(biāo)物時再次打點(diǎn)，通過計算可得出駕駛員在不同速度、亮度條件下的視認(rèn)距離。

2　試驗結(jié)果分析

2.1影響因素分析

對試驗車輛在隧道中間段的運(yùn)行速度、亮度和視認(rèn)距離的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行定量分析。車輛運(yùn)行速度V取駕駛員進(jìn)入中間段后至發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物的車輛運(yùn)行速度的平均值，亮度L取隧道中間段的平均亮度，視認(rèn)距離D取駕駛員發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物的地點(diǎn)至目標(biāo)物之間的距離。得到試驗樣本數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　貴馬隧道中間段動態(tài)視認(rèn)結(jié)果

續(xù)表1

2.2模型建立

根據(jù)上述的定量分析，發(fā)現(xiàn)駕駛員對小目標(biāo)物的視認(rèn)距離與中間段亮度呈正相關(guān)關(guān)系，與運(yùn)行速度相關(guān)性差。將試驗得到的K、V值代入，繪制實(shí)測值曲線，發(fā)現(xiàn)視認(rèn)距離與亮度折減系數(shù)符合Sigmoid函數(shù)模型分布，因此在MATLAB軟件中利用Sigmoid函數(shù)模型進(jìn)行擬合，采用擬牛頓法中的BFGS方法進(jìn)行參數(shù)學(xué)習(xí)，最終擬合公式結(jié)果如下式所示：

式中：D為駕駛員在中間段的視認(rèn)距離，m；L為亮度，cd／m2。

模型適用范圍

模型R2=0．848，F(xiàn)=122．463＞F0．05（1，22）= 4.3，模型相關(guān)性好，能夠很好的表征駕駛員對灰色目標(biāo)物的視認(rèn)距離與亮度的關(guān)系。

2.3駕駛員安全視認(rèn)亮度需求

將不同設(shè)計速度條件下的安全停車視距D代入公式1，計算得到光色環(huán)境（5 700 K，70）條件下能夠滿足不同設(shè)計速度安全視認(rèn)的隧道中間段亮度閾值如表2所示。

表2　中間段亮度閾值

對比研究得出的隧道中間段不同設(shè)計速度下的亮度需求閾值與我國現(xiàn)行的《公路隧道照明設(shè)計細(xì)則》中低交通量條件下的亮度值，可以發(fā)現(xiàn)細(xì)則規(guī)定亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于駕駛員安全視認(rèn)需求的亮度。

3　結(jié)束語

通過對駕駛員在隧道行駛時的瞳孔面積分析得到，在中間段瞳孔面積最大。對駕駛員行車安全視認(rèn)需求試驗結(jié)果分析，得到亮度與駕駛視認(rèn)距離具有相關(guān)關(guān)系。研究得到隧道照明亮度與駕駛視認(rèn)距離的相關(guān)關(guān)系模型，及高速公路隧道中間段自由流狀態(tài)下駕駛照明亮度需求閾值。

［1］ 胡江碧，馬文倩.基于駕駛視認(rèn)需求的隧道入口段光環(huán)境研究［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報，2015，（4）：464-469.

［2］ 劉紅泉，管桂平.高速公路隧道光環(huán)境對行車安全的影響及解決對策［J］.道路交通管理，2015，（8）：30-32.

U459

C

1008-3383（2016）10-0139-01

2016-04-18

陳然（1982-），男，湖南常德人，工程師，主要從事交通工程建設(shè)研究。