基于照明區(qū)段優(yōu)化的隧道彩色路面長(zhǎng)度計(jì)算

卓曦 朱沁茹 王家主 楊龍清 唐璐璐

摘 要：為減少彩色路面環(huán)境下隧道照明能耗，提高駕駛舒適性，給出照明區(qū)段及路面顏色劃分方法。進(jìn)而通過(guò)E-prime模擬和擺值測(cè)試，分別研究反應(yīng)時(shí)間和縱向摩阻系數(shù)，在此基礎(chǔ)上，提出基于停車視距的入口段彩色路面長(zhǎng)度公式。然后利用DIALux軟件生成仿真隧道行車視頻，并通過(guò)該視頻的駕駛眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，建立基于趨勢(shì)面擬合的瞳孔面積模型，提出基于瞳孔面積變化速率的銜接段彩色路面長(zhǎng)度公式，從而得出基于照明區(qū)段優(yōu)化的隧道彩色路面長(zhǎng)度計(jì)算方法。最后以福建省某隧道為例進(jìn)行成果試算和驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明：在滿足照明區(qū)段的亮度需求時(shí)，與現(xiàn)狀方案相比，優(yōu)化方案的照明能耗達(dá)8.15 kW，降低了1.28 kW。本文研究成果可優(yōu)化隧道彩色路面設(shè)計(jì)和施工，進(jìn)而有助于優(yōu)化照明燈具布置，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：交通工程;隧道;彩色路面;長(zhǎng)度;照明區(qū)段;眼動(dòng)實(shí)驗(yàn);停車視距

中圖分類號(hào)：U491

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

隨著節(jié)能減排日益受到重視，公路隧道照明優(yōu)化成為降低電能消耗的重要手段。由于彩色路面可有效提高亮度系數(shù)和駕駛舒適性，該類型路面有利于優(yōu)化隧道照明燈具布置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)交通節(jié)能減排。然而隧道彩色路面鋪筑長(zhǎng)度多根據(jù)實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)，施工主觀性較大。若隧道彩色路面長(zhǎng)度設(shè)置不合理，不能充分發(fā)揮彩色路面的照明優(yōu)化功能。因此結(jié)合照明區(qū)段優(yōu)化，研究隧道不同顏色的彩色路面長(zhǎng)度有助于定量化該類型路面施工工藝，提高其節(jié)能減排和安全舒適的功效。

針對(duì)隧道彩色路面問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究集中于路面材料和視覺環(huán)境等方面。在路面材料方面，M. Takahashia等[1]提出隧道路面養(yǎng)護(hù)的彩色環(huán)氧瀝青混合料，并通過(guò)跟蹤觀測(cè)，確認(rèn)其工程可行性。Tianqing Ling等[2]通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，給出結(jié)合碎玻璃和有色碎石的彩色瀝青混合料，進(jìn)而驗(yàn)證了該類型材料的高溫穩(wěn)定性、抗滑性、透水性等性能。王家主[3]結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)依托工程施工和檢測(cè)，提出彩色抗滑超薄鋪裝在公路隧道瀝青路面的應(yīng)用方法。王兆林[4]闡述了冷涂型彩色防滑路面的表面構(gòu)造，并通過(guò)制作試樣，對(duì)該類型路面進(jìn)行了性能實(shí)驗(yàn)。在視覺環(huán)境方面，Ming Xu等[5]基于隧道進(jìn)出口亮度變化規(guī)律，分析了瞳孔面積與亮度的關(guān)系，以改善視覺環(huán)境。王婷等[6]利用3ds Max和E-prime軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，研究了高速公路隧道出口視覺環(huán)境改善方法。該方法采用逆反射的路面標(biāo)志標(biāo)線和彩色瀝青，構(gòu)建多頻、多色彩、韻律感的逆反射視覺環(huán)境。陳雨人等[7]建立了基于支持向量機(jī)的視距計(jì)算模型，并將該模型應(yīng)用于實(shí)際隧道視距檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)橫向減速標(biāo)線配合彩色路面可對(duì)隧道入口段進(jìn)行有效速度控制，從而降低行車視距的需求?？梢妵?guó)內(nèi)外相關(guān)研究鮮有考慮隧道彩色路面顏色組合和長(zhǎng)度，以及隧道照明區(qū)段與彩色路面的相互協(xié)調(diào)關(guān)系，不利于在彩色路面長(zhǎng)度設(shè)置的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化照明節(jié)能。

針對(duì)雙向交通隧道，假設(shè)隧道路面采用彩色抗滑超薄鋪裝，照明區(qū)段與其對(duì)應(yīng)的彩色路面長(zhǎng)度一致，本文分析彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段及路面顏色，然后給出基于停車視距的入口段彩色路面長(zhǎng)度模型和基于瞳孔面積變化速率的銜接段彩色路面長(zhǎng)度模型，從而提出基于照明區(qū)段優(yōu)化的隧道彩色路面長(zhǎng)度計(jì)算方法。本文研究成果適用于隧道彩色路面長(zhǎng)度定量分析，有利于彩色路面施工優(yōu)化。

1 彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段及顏色劃分

由于隧道不同照明區(qū)段的亮度需求有所差異，采用不同的路面顏色，有助于提高駕駛員舒適度，優(yōu)化照明燈具布置。

（1）彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段

根據(jù)公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則[8]，雙向交通隧道照明劃分為入口段、過(guò)渡段、中間段、洞外引道照明以及洞口接近段減光設(shè)施。其中，入口段是為駕駛員視覺適應(yīng)隧道洞內(nèi)外亮度差而設(shè)置的照明區(qū)段;過(guò)渡段是為駕駛員視覺適應(yīng)隧道入口段與中間段亮度差而設(shè)置的照明區(qū)段;中間段位于隧道中部，滿足行車的基本照明需求;接近段是隧道洞外的特定區(qū)段，并無(wú)照明需求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段，給出隧道彩色路面顏色組合方法，進(jìn)而通過(guò)仿真和擺值實(shí)驗(yàn)，給出基于停車視距的入口段彩色路面長(zhǎng)度模型，并通過(guò)基于駕駛眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)的瞳孔面積測(cè)試，分析瞳孔面積與速度、路面顏色的相互關(guān)系，建立基于瞳孔面積變化速率的銜接段彩色路面長(zhǎng)度模型，從而提出基于照明區(qū)段優(yōu)化的隧道彩色路面長(zhǎng)度計(jì)算方法。最后以福建省某隧道為例，在滿足亮度需求的前提下，對(duì)比彩色路面現(xiàn)狀和優(yōu)化狀態(tài)下實(shí)例隧道的照明能耗。本文研究得到如下結(jié)論：

（1）提出彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段和路面顏色劃分方法。該方法提出隧道照明銜接段，并給出照明區(qū)段與路面顏色的搭配模式。

（2）建立基于停車視距的隧道入口段彩色路面長(zhǎng)度模型。該模型基于心理和擺值實(shí)驗(yàn)，考慮反應(yīng)時(shí)間和摩阻系數(shù)，體現(xiàn)了駕駛心理和抗滑能力對(duì)彩色路面停車視距的影響。

（3）建立基于瞳孔面積變化速率的隧道銜接段彩色路面長(zhǎng)度模型。該模型明確了路面顏色漸變區(qū)域的駕駛員瞳孔面積變化規(guī)律，進(jìn)而利用瞳孔面積變化速率的中位數(shù)，給出銜接段長(zhǎng)度定量計(jì)算方法。

（4）提出了基于照明區(qū)段優(yōu)化的隧道彩色路面長(zhǎng)度計(jì)算方法，并進(jìn)行實(shí)例分析。實(shí)例分析表明：由于照明區(qū)段和路面顏色、長(zhǎng)度優(yōu)化，亮度需求逐步過(guò)渡，且隨著路面顏色從暗適應(yīng)到淺色的演變，隧道路面光線反射比呈現(xiàn)規(guī)律性變化。在滿足亮度需求的情況下，優(yōu)化方案的照明能耗和駕駛舒適性優(yōu)于現(xiàn)狀方案。

（5）下一步將深入研究隧道洞外接入段與入口段路面顏色的協(xié)調(diào)關(guān)系，以及通過(guò)眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，定量探討彩色路面環(huán)境下隧道駕駛舒適性，進(jìn)一步完善彩色路面長(zhǎng)度算法，從而提出更為綜合、全面的隧道彩色路面長(zhǎng)度計(jì)算理論。

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（責(zé)任編輯：曾 晶）