LED灯在高速公路隧道照明中的应用及评价分析

孙文婷

【摘 要】LED作为新型的光源，具有许多优越的性能，尤其是良好的节能性，正在快速的应用到高速公路隧道照明之中。文章对LED灯在高速公路隧道照明中的应用评价指标进行了总结，对设计要求和应用评价进行了分析，使得LED隧道灯更好服务于高速公路隧道中。

【关键词】LED隧道灯；高速公路隧道；照明；应用；评价

1 评价指标

要想客观评估LED 隧道灯在高速公路隧道照明中的可行性及应用效果，首先要了解其评价指标。基于高速公路道路隧道的特殊性，具体的评价指标主要包括以下几项：

1.1 可见度

可见度反映的是人眼辨识物体的难易程度。在高速公路隧道照明设计中，可见度主要研究背景亮度、临近环境等对人眼视功效的综合影响，是反映照明质量的综合性评价指标。随着照明条件研究的不断深入，可见度指标已被细分为路面亮度、墙面亮度、闪烁频率等更加细致的评价指标。这些指标都直接影响了人们辨识物体的难易程度，可以更好地反映各个参数与照明质量之间的关系，是反映人们在隧道中通行时整体视觉感受的第一指标。

1.2 反应时间

高速公路隧道中所发生的交通安全事故与驾驶员的反应时间有着密切的联系，反应时间即驾驶员看到障碍物到采取处理措施之间的时间间隔。国外有关反应时间的研究表明，反应时间与环境亮度具有一定的相关性。环境亮度不同，人们的反应时间也不同。驾驶员在隧道中的反应时间除受环境亮度影响外，还受光谱分布的影响，高速公路道路隧道照明设计应当从这两个角度考虑如何有效缩短驾驶员的反应时间，从而降低交通事故地发生频率。

1.3 功率密度

高速公路隧道中的照明功率密度主要指单位面积上所安装的全部照明设备的功率之和，包括各种变压器、镇流器等。高速公路隧道不同位置、不同路段的照明水平不同。因此，所要求的照明功率密度也不同。在确定功率密度值时，要参考设计交通量和车速这两大因素。功率密度与隧道照明的节能指标有着紧密的联系，为了符合节能标准，在满足照明要求的前提下，应当选择合适的照明方式，尽量采用光谱适宜的光源。这样可以充分利用光生物效应，从而减少隧道照明耗能。

2 高速公路隧道照明的基本要求

高速公路隧道照明设计的目的在于解决驾驶员驶入或驶出隧道时所产生的“黑洞、白洞效应”，每个国家都有自己的设计标准和要求。综合各个国家的隧道照明设计规范，可以总结出在设计要求方面的共通性：（1）隧道内需要设置24h 运行的基本照明装置。（2）驾驶员在白天驶入隧道后，隧道亮度应当逐渐减弱。（3）隧道出口段需要设置过渡照明，与入口段的设计要求相同，夜间时出入口不需要进行加强照明。（4）隧道整体的照明梯度应当呈“U字型分布”，这样可以更加符合人的视觉特性。本文就详细分析了隧道各个区段内的照明基本要求。

2.1 入口段

入口段是驾驶员驶入隧道后经过的第一个区段，入口段的长度与隧道的最高时速有关，而且入口段长度应当大于等于最高时速安全刹车距离。只有符合这一条件，才能保证驾驶员在安全刹车距离内看到障碍物并采取紧急制动措施，以免发生交通事故。入口段的亮度设计需要参照公式确定：Lm=kL20（S）。其中，Lm 指入口段的亮度，k 指折减系数，L20 指洞外亮度。其中，折减系数受设计交通量和行车速度的影响。如双车道行车速度为100km/h 时，入口段的亮度折减系数即为0.045。

2.2 过渡段

过渡段是驾驶员进入长隧道之后逐渐适应隧道内亮度水平的重要阶段，这一阶段的亮度水平应当由高到低依次变化，具体变化需要参照GIE 适应曲线要求。

2.3 基本段

隧道内的污染状况较高速公路普通道路要严重得多。考虑到污染这一因素，在隧道内就应当设计一段亮度水平高于普通道路照明亮度的基本段。

2.4 出口段

人眼从暗环境中走出适应明亮环境的速度较快，因此，在高速公路隧道的出口位置不需要安装照明设备，但是要保证驾驶员在驶出隧道时有良好的后向视觉。

3 LED 灯在高速公路隧道照明中的应用评价

我国高速公路隧道照明中所采用的照明设备多为高压钠灯，在一些早期高速公路隧道也会采用荧光灯、白炽灯等照明设备。与其他照明设备相比，高压钠灯具有透雾性好、亮度高等优点，是一种绿色照明设备，在高速公路隧道照明设备市场上占有主导地位。由于高压钠灯的显色性较差，人们正在探索一种更加优质的照明设备。LED 隧道灯既可以弥补高压钠灯的不足，而且还可以作为隧道引导灯，用途较广。隧道照明光源可以分为定向光和散射光两种，在市场上可见的照明设备中，只有LED 隧道灯能够提供定向光，这也为LED 隧道灯在高速公路隧道照明设计中的应用创造了新的契机。

以上是针对LED 隧道灯的理论性评价，下面将提出一种更加客观的评价方法—— 层次分析法。层次分析法是一种将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等不同层次，并在此基础上进行定性、定量分析的决策方法。本次研究的具体评价方法如下：（1）选择评价对象。选取的两个评价对象分别为150W的LED 隧道灯和250W的高压钠灯。（2）确定判断矩阵。评价因素包括道路参数与灯杆参数两类，准则层B2 中包含的指标元素只有一项可以略去。（3）层次排序与一次性检验。根据建立的判断矩阵可以计算出其层次单排序，再进行一致性检验，发现总排序具有满意的一致性。（4）确定照明方案。通过一致性检验可计算出LED 隧道灯的期望值为0.884，高压钠灯的期望值为0.772。在同等情况下，LED 隧道灯的照明效果优于高压钠灯。

4 应用案例分析

为了进一步检验LED 隧道灯在高速公路道路隧道照明设计中的实际应用效果，本文以某高速公路隧道为实际案例展开了具体地分析。该高速公路隧道中所采用的LED隧道灯主要由钢化玻璃、拉伸铝等材料制成，表面采用烤漆处理，总通光量在3868m以上，安全防护等级为II 类。华岭山隧道总长度为1206m，为四车道双洞隧道，隧道宽度15m，设计最高时速为60km/h。LED 隧道灯在隧道内的安装高度为5.0m，两个LED 隧道灯之间的间隔为5m，隧道两边的灯具呈对称分布。实际应用一段时间后发现，采用LED隧道灯之后不仅高速公路隧道照明质有了明显的提高，光色也更加柔和。而且根据驾驶员反映，视觉效果更加良好。统计显示，每年可有效节约55 万kWh 的电能。

5 结语

综上所述，本次研究采用层次分析法评估了LED隧道灯与高压钠灯的应用效果。结果显示，LED 隧道灯的应用价值更高，应当在今后的高速公路隧道照明中继续推广使用。

【参考文献】

[1]苏海平.目前LED隧道照明存在的问题与对策[J].中国科技投资， 2011（03）.

[2]曹颖荣，林小玲.隧道照明调光系统的研究[J].微型电脑应用，2011（03）.

[责任编辑：朱丽娜]