基于照明区段优化的隧道彩色路面长度计算

卓曦 朱沁茹 王家主 杨龙清 唐璐璐

摘 要：为减少彩色路面环境下隧道照明能耗，提高驾驶舒适性，给出照明区段及路面颜色划分方法。进而通过E-prime模拟和摆值测试，分别研究反应时间和纵向摩阻系数，在此基礎上，提出基于停车视距的入口段彩色路面长度公式。然后利用DIALux软件生成仿真隧道行车视频，并通过该视频的驾驶眼动实验，建立基于趋势面拟合的瞳孔面积模型，提出基于瞳孔面积变化速率的衔接段彩色路面长度公式，从而得出基于照明区段优化的隧道彩色路面长度计算方法。最后以福建省某隧道为例进行成果试算和验证。验证结果表明：在满足照明区段的亮度需求时，与现状方案相比，优化方案的照明能耗达8.15 kW，降低了1.28 kW。本文研究成果可优化隧道彩色路面设计和施工，进而有助于优化照明灯具布置，实现节能减排。

关键词：交通工程;隧道;彩色路面;长度;照明区段;眼动实验;停车视距

中图分类号：U491

文献标识码： A

随着节能减排日益受到重视，公路隧道照明优化成为降低电能消耗的重要手段。由于彩色路面可有效提高亮度系数和驾驶舒适性，该类型路面有利于优化隧道照明灯具布置，进而实现交通节能减排。然而隧道彩色路面铺筑长度多根据实践工程经验，施工主观性较大。若隧道彩色路面长度设置不合理，不能充分发挥彩色路面的照明优化功能。因此结合照明区段优化，研究隧道不同颜色的彩色路面长度有助于定量化该类型路面施工工艺，提高其节能减排和安全舒适的功效。

针对隧道彩色路面问题，国内外相关研究集中于路面材料和视觉环境等方面。在路面材料方面，M. Takahashia等[1]提出隧道路面养护的彩色环氧沥青混合料，并通过跟踪观测，确认其工程可行性。Tianqing Ling等[2]通过一系列实验，给出结合碎玻璃和有色碎石的彩色沥青混合料，进而验证了该类型材料的高温稳定性、抗滑性、透水性等性能。王家主[3]结合室内实验，通过依托工程施工和检测，提出彩色抗滑超薄铺装在公路隧道沥青路面的应用方法。王兆林[4]阐述了冷涂型彩色防滑路面的表面构造，并通过制作试样，对该类型路面进行了性能实验。在视觉环境方面，Ming Xu等[5]基于隧道进出口亮度变化规律，分析了瞳孔面积与亮度的关系，以改善视觉环境。王婷等[6]利用3ds Max和E-prime软件进行模拟实验，研究了高速公路隧道出口视觉环境改善方法。该方法采用逆反射的路面标志标线和彩色沥青，构建多频、多色彩、韵律感的逆反射视觉环境。陈雨人等[7]建立了基于支持向量机的视距计算模型，并将该模型应用于实际隧道视距检验中，发现横向减速标线配合彩色路面可对隧道入口段进行有效速度控制，从而降低行车视距的需求。可见国内外相关研究鲜有考虑隧道彩色路面颜色组合和长度，以及隧道照明区段与彩色路面的相互协调关系，不利于在彩色路面长度设置的基础上进一步优化照明节能。

针对双向交通隧道，假设隧道路面采用彩色抗滑超薄铺装，照明区段与其对应的彩色路面长度一致，本文分析彩色路面环境下隧道照明区段及路面颜色，然后给出基于停车视距的入口段彩色路面长度模型和基于瞳孔面积变化速率的衔接段彩色路面长度模型，从而提出基于照明区段优化的隧道彩色路面长度计算方法。本文研究成果适用于隧道彩色路面长度定量分析，有利于彩色路面施工优化。

1 彩色路面环境下隧道照明区段及颜色划分

由于隧道不同照明区段的亮度需求有所差异，采用不同的路面颜色，有助于提高驾驶员舒适度，优化照明灯具布置。

（1）彩色路面环境下隧道照明区段

根据公路隧道照明设计细则[8]，双向交通隧道照明划分为入口段、过渡段、中间段、洞外引道照明以及洞口接近段减光设施。其中，入口段是为驾驶员视觉适应隧道洞内外亮度差而设置的照明区段;过渡段是为驾驶员视觉适应隧道入口段与中间段亮度差而设置的照明区段;中间段位于隧道中部，满足行车的基本照明需求;接近段是隧道洞外的特定区段，并无照明需求。

6 结语

通过优化彩色路面环境下隧道照明区段，给出隧道彩色路面颜色组合方法，进而通过仿真和摆值实验，给出基于停车视距的入口段彩色路面长度模型，并通过基于驾驶眼动实验的瞳孔面积测试，分析瞳孔面积与速度、路面颜色的相互关系，建立基于瞳孔面积变化速率的衔接段彩色路面长度模型，从而提出基于照明区段优化的隧道彩色路面长度计算方法。最后以福建省某隧道为例，在满足亮度需求的前提下，对比彩色路面现状和优化状态下实例隧道的照明能耗。本文研究得到如下结论：

（1）提出彩色路面环境下隧道照明区段和路面颜色划分方法。该方法提出隧道照明衔接段，并给出照明区段与路面颜色的搭配模式。

（2）建立基于停车视距的隧道入口段彩色路面长度模型。该模型基于心理和摆值实验，考虑反应时间和摩阻系数，体现了驾驶心理和抗滑能力对彩色路面停车视距的影响。

（3）建立基于瞳孔面积变化速率的隧道衔接段彩色路面长度模型。该模型明确了路面颜色渐变区域的驾驶员瞳孔面积变化规律，进而利用瞳孔面积变化速率的中位数，给出衔接段长度定量计算方法。

（4）提出了基于照明区段优化的隧道彩色路面长度计算方法，并进行实例分析。实例分析表明：由于照明区段和路面颜色、长度优化，亮度需求逐步过渡，且随着路面颜色从暗适应到浅色的演变，隧道路面光线反射比呈现规律性变化。在满足亮度需求的情况下，优化方案的照明能耗和驾驶舒适性优于现状方案。

（5）下一步将深入研究隧道洞外接入段与入口段路面颜色的协调关系，以及通过眼动实验，定量探讨彩色路面环境下隧道驾驶舒适性，进一步完善彩色路面长度算法，从而提出更为综合、全面的隧道彩色路面长度计算理论。

参考文献：

[1]Takahashi M， Shimazaki M， Aoki M. Applicability of bright￣colored epoxy asphalt mixture for repair of concrete pavements in tunnels[C]// Japan Road Association. Proceedings of the 11th International Conference on Asphalt Pavements. Nagoya： International Society for Asphalt Pavement， 2010： 1-10.

[2]Ling Tianqing， Zhang Shuguang， Li Xiulei. Study on light￣colored technology of highway tunnel pavement[J]. Advanced Materials Research， 2011， 168-170： 211-216.

[3]王家主. 彩色抗滑超薄铺装在公路隧道沥青路面的应用[J]. 公路， 2016（12）： 24-28.

[4]王兆林. 冷涂型薄层彩色防滑路面性能及应用[J]. 城市道桥与防洪， 2018（6）： 272-275.

[5]Xu Ming， Pan Xiaodong， Deng Qi. Setting method of thin￣layer antiskid colored pavement in tunnel based on increasing luminance of Pavement[C]// American Society of Civil Engineers. Proceedings of the 12th COTA International Conference of Transportation Professionals. Beijing： Chinese Overseas Transportation Association， 2012： 3073-3083.

[6]王婷， 杜志剛，郑展骥， 等. 高速公路隧道出口视觉环境改善方法研究[J]. 公路， 2016（8）： 145-150.

[7]陈雨人，付云天，汪凡. 基于支持向量回归的视距计算模型建立和应用[J]. 中国公路学报， 2018， 31（4）： 105-113.

[8]中华人民共和国交通运输部JTG/T D70/2-01-2014， 公路隧道照明设计细则[S]. 北京：人民交通出版社，2014.

[9]曾五一， 朱建平. 统计学[M]. 上海：上海财经大学出版社， 2012.

[10]李福生. 基于小目标可见度STV的LED路灯视觉研究[D]. 上海： 复旦大学， 2011.

[11]张焱发， 黄志才. 动静态因素下路面摩擦系数试验研究[J]. 中外公路， 2013， 33（5）： 43-47.

[12]卓曦， 钱振东， 张宁. 大型公共建筑同向机动车出入口间距计算[J]. 东南大学学报（自然科学版）， 2012， 42（3）： 560-564.

[13]尚婷， 张勃， 朱汉容. 按驾驶员瞳孔变化的隧道导行反光环色彩设置研究[J]. 科学技术与工程， 2016， 16（22）： 276-281.

[14]段萌萌， 陶盼盼. 隧道反光环设置间距对驾驶员视觉的影响研究[J]. 武汉理工大学学报， 2016， 38（2）： 50-56.

[15]DIAL GmbH. DIALux Version 4.9： The software standard for calculating lighting layouts[R]. Williamstown： POV￣Team， 2011.

（责任编辑：曾 晶）