基于视觉参照系重构的高速公路长隧道照明设置

2019-05-17贾小团

中国设备工程 2019年8期

贾小团

（北京瑞拓电子技术发展有限公司，北京 100040）

隧道出口常见白洞效应、入口常见黑洞效应，产生原因在于隧道内外的强弱视觉参照系在短时间的迅速过渡，其改善措施为对隧道进出口的参照物、空间以及照度等视觉参照系进行缓和，对隧道中部的强弱视觉参照予以增强。以下以视觉参照系重构为思路，对高速公路长隧道的照明设置进行探讨。

1 视觉参照系重构思路

当车辆行驶于正常路段时，驾驶员能自行对道路环境进行搜索，寻找参照物进而形成距离感、速度感以及空间感等行车过程中的重要心理感受。但是当车辆进入隧道时，由于参照物、空间以及照度发生剧烈变化的缘故，驾驶员寻找可见线索的难度上升而很难在短时间内建立视觉参照系统以形成距离感、速度感以及空间感，缺乏此类心理感受导致驾驶员的距离错觉、速度错觉等严重视错觉产生，进而导致撞侧墙、追尾以及超速等。

因此，进行隧道照明设置时，按照视觉参照系重构的方法，转变隧道内的弱视觉参照系为中等视觉参照系，转变以往单调的视觉环境变化，形成具有韵律感变化的视觉环境，将交通工程设施融入道路景观，重建隧道内视觉参照系，进而为隧道行车安全提供保障。

2 高速公路隧道照明改善方法

2.1 隧道出入口的改善措施

隧道入口需要通过视觉参照物、遮光棚等进行合理过渡，车辆进洞过程中，照度在短时间内急速降低，从先前的上万勒克斯锐减到数百勒克斯，为了实现缓和过渡，仅依赖于通过强化照明难以实现这一目标，因此需要采取相应措施以进行缓和。

（1）进口布置遮光棚。布置遮光棚是进行缓和过渡的有效措施之一，遮光棚、遮雨棚在民用建筑、商业建筑中均得到了广泛的使用，将其布置于隧道入口的优势在于处理了降雨、阳光以及路面特性的过渡，其景观效果也较为理想。进洞口1.5s内的行程期间是隧道进口的常见视觉盲区，将合适长度的遮光棚布置于隧道入口部位，将能明显改善隧道的入口照度，对隧道进口的参照物、照度以及空间的强烈过渡予以缓和，从而实现车辆早入洞、缓入洞。遮光棚的形式以反削竹式遮光棚为宜。洞口设置遮光棚口，建议加强进洞口3s行程的照明措施。

（2）布置逆反射设施。试验研究发现，当交通信息场景呈现出高频率、设置单一的特点时，驾驶者将容易产生距离错觉、速度错觉等严重视觉错误，因此转变以往高频率、单一的交通信息场景，将逆反射信息运用于入口的布置，逆反射信息应具有多色彩、多频率的特点，因此其方案应将中低频率相结合，从而对车辆进洞过程中的强烈过渡现象进行缓和，确保驾驶员得以对路缘、侧墙等形成准确认知。

中频视觉信息包括闭合环形标线以及侧墙的轮廓标等，具有提高驾驶员的距离感、方向感的作用，其间距以20～50m为宜；高频视觉信息用于改善驾驶员的距离感，包括洞口的竖向支持结构以及立面的标记线等，其布置间距以3～5m为宜。

对逆反射设施进行布置的过程中，应注意将主动照明与逆反射设施相协调，将路侧轮廓标、路侧环形标线以及路缘立面标记等进行协同布置，经试验发现，协同布置后的速度错觉降低为5%～14%。

2.2 隧道中部的改善措施

（1）布置视觉参考系。高速公路长隧道的中部，其环境为半封闭状态，照度不足且环境单调，车辆驾驶过程中由于缺乏视觉参考系的缘故，驾驶员的车速感知能力降低而加大追尾事故、超速行为的发生可能。因此，强化中部的视觉参照系，能确保驾驶环境的舒适性，缓解驾驶员的隧道驾驶疲劳，改善其速度感知能力，降低事故发生率。

通过低频视觉流改善驾驶员的节奏感与方向感，中频信息每隔4组，将中频闭合环形标线（由轮廓带、反光环等构成，其背景照明为规范值的80%）布置于路面、侧墙，在此基础上，于路面、侧墙布置车距保持折线形成低频视觉流。由中频视觉信息流为驾驶员提供中等心理感受，从而改善驾驶员的距离感，由路侧纵向标线、路面横向标线（中等密度）以及在侧墙布置双层轮廓标灯方式形成纵向布设的中频环形标线。将高频反光标记线布置于隧道的检修道，经高频视觉信息流形成局部视觉参照物，进而强化车辆驾驶者的视觉心理响应，改善其速度感。

上述低频、中频、高频相结合的视觉信息流，使隧道中部的视觉参照系得以增强，视觉信息层数得到增加，驾驶员的方向感、距离感以及速度感得到改善。

（2）韵律型视觉参考系。人类对韵律型信息具有一定的偏向性，例如，对节奏感较强的游戏、电影以及音乐等能够持续数小时，利用这一特点，构建起伏、渐变的视觉信息系统，形成韵律型视觉参考系，如图1。韵律型视觉参照系主要由蓝黄双层韵律型标线、曲线以及音符构成，能为视觉连贯性提供保障，具备视觉引导的作用，蓝色与黄色具有极强的对比作用，能明显增加可视性，黄色针对小型车辆，蓝色针对中型、大型车辆，通过音符为驾驶者判断距离车距提供便利。

图1 韵律型视觉参考系图示

构建韵律型视觉参考系的过程中，路面的凸起路标、检修道路缘红白标记线以及侧墙的立面标线的频率控制为8～12Hz；路面音符、车距保持线、视错觉标线、车距提醒线以及韵律型标线的频率控制为0.2～0.4Hz；中频视觉信息流由侧墙双层轮廓标、轮廓标以及侧墙的竖向标线组成，其频率为0.5～1Hz。

3 隧道参考系重构的保障措施

3.1 合理设计主动照明

视觉参照系下的长隧道，其照明应以主动照明、灯光为主，以逆反射光为辅。假设隧道内白日单独依靠逆反射照明而不开主动照明，尽管从理论层面上讲是安全的，但是实际运行过程中，主动光源为驾驶员提供的心理感受也是不容忽视的，无主动照明环境下容易导致驾驶员产生不适心理而加大事故发生。逆反射材料确实提供了一定程度上的照明条件，为隧道行车安全提供了保障，但从安全因素、心理因素出发，主动照明仍然是必不可少的，因此主动照明可适当减少，但不能没有。

结合高速公路隧道的限速要求，对主动照明进行合理设计，当隧道限速为60km/h时，其遮光棚的长度应为30m，3s加强照明段的长度应为67m，隧道中间段应保持一个照明停车视距为52～62m，中间段的照明标准可参考规范的18.0%进行设计；当隧道限速为80km/h时，其遮光棚的长度应为30m，3s加强照明段的长度应为50m，隧道中间段的照明停车视距为90～112m，中间段的主动照明标准可参考规范的17.9～22.2%进行设计。通过这样的方式进行主动照明的设计，不仅能满足交通安全性的要求，为驾驶员的视觉舒适性提供保障，也能减少长期照明造成的开支。

3.2 隧道入口前开远光灯

突起路标、路缘立面标记线以及隧道的内轮廓标这些逆反射设施需要在车辆的灯光作用下强化其信息密度以及局部亮度，进而改善隧道内部的弱视觉参照系，车辆灯光作用下才能为驾驶员带来连续且更强的视觉参照。需要保障驾驶人未进洞前就开始对隧道内的强制视觉参照系进行适应，进洞后仍然保证驾驶员集中注意力于视觉参照系，进而使参照系之间的剧烈过渡得以缓和，减轻距离错觉、速度错觉等。

当前的入口部位都设置由进洞开大灯的标志，但没有明确说明应该开远光灯还是近光灯，低照度下，与近光灯相比，远光灯对远距离（150m以上）的逆反射设施的照亮作用更明显，能帮助隧道外的驾驶员看清视觉参照以及隧道的内轮廓，驾驶员也能更轻易地对逆反射设施进行辨识，有助于确认后方来车，因此更加安全。

隧道中部具有照度相对较低的特点，因此隧道中部进行远光照明，也有助于照亮逆反射信息，进而形成视觉参照；开远光也有助于将前车的尾部照亮，为前方驾驶员明确后方来车提供帮助，进而为行车安全提供保障。