浅色路面提升隧道照明效果的研究
来源:成果转化处、省对外科技交流中心 时间:2020-12-24 15:54

  ①课题来源与背景:课题来源于福建省交通运输科技项目。背景:我国公路隧道数量越来越多,隧道照明耗电量越来越大。截至2016年底,我国公路隧道总数已达15181座,总长14039.7公里,在福建省,已建成隧道1157座,总长1298公里。隧道内部封闭空间对自然光的照射有阻碍作用,自然光无法到达隧道深处,导致隧道的照明只能由人工照明实现,隧道照明电耗越来越成为国家和地方一项沉重的经济负担。在此环境中,隧道照明耗电量大,不仅电能消耗大,且给生态环境带来不利影响,且隧道照明条件不佳时,驾驶员在驾驶过程中容易出现紧张及不舒适感。

  ②技术原理及性能指标:

  ⑴通过室内试验测定,在LED灯和高压钠灯照射下,不同颜色路面的反射比和亮度系数,给出从节能角度考虑的颜色排序:黄色最优,灰色次之,红、蓝、绿差别不大,黑色最差。

  ⑵采用模糊聚类法,从注视点分布、注视重心以及紧张度指数等3个方面评价浅色路面诱导性,发现红色、蓝色路面有较好的视觉诱导性。

  ⑶通过路面反射比和亮度系数的测试,给出基于构造深度和潮湿状态的亮度修正系数。

  ⑷基于可见度水平、路面反射比和诱导性等指标,采用变异系数法对六种浅色路面颜色方案进行综合评价,得出颜色综合排序为黄、蓝、灰、红、绿、黑。

  ⑸通过分析不同隧道照明区段适宜选用的颜色,提出4种隧道浅色路面颜色组合。进行模拟视频实验,研究其视觉诱导性和可见度,确定颜色组合(入口段红色、过渡段灰色、中间段黄色、出口段蓝色)为最优隧道路面颜色组合。

  ⑹基于隧道不同照明区段的亮度需求,通过浅色路面停车视距和渐变段长度研究,建立隧道内浅色路面的长度设置模型,进而结合隧道浅色路面的最优颜色组合,确定入口段、过渡段、中间段、出口段的长度模型。

  ⑺通过DIALux软件仿真分析,研究隧道布灯参数优化模型,以及灯具设置与照度的优化函数,从而给出灯具布置方法。

  ⑻浅色超薄铺装结构厚度薄、附着好、施工快、工艺简单、颜色可选,不影响隧道净空、对交通影响小。通车后,能提高隧道路面亮度和警示性,兼具优异的抗滑耐磨抗渗等性能,颜色外观和各项路用性能耐久性良好。

  ③技术的创造性与先进性:

  (1)建立考虑路面颜色、构造深度和潮湿状态的隧道驾驶视觉空间内浅色路面亮度模型。

  (2)提出以注视点辛普森指数为基础的结合视觉诱导和可见度的隧道浅色路面颜色优劣评价方法。

  (3)提出隧道浅色路面颜色组合,并得出隧道浅色路面的各颜色区段的长度计算方法,包括浅色路面的停车视距和颜色渐变段长度计算公式。

  (4)提出以浅色路面照度与亮度的换算系数模型为代表的隧道浅色路面照明设施优化设置技术。

  (5)对隧道内浅色路面的颜色(外观和色度坐标)和照度进行跟踪测试分析,得出衰减规律。

  ④技术的成熟程度,适用范围和安全性:

  本项目基于一公里长两车道的标准隧道,通过可见度和诱导性的综合评价方法,研究隧道照明区段路面颜色组合,然后结合照明区段亮度需求和长度,给出照明灯具设置方法。建立了确定隧道内各区段路面颜色、长度和灯具布置方法和间距的模型,由此模型计算得到的方案具有最优的可见度、诱导性和经济性。为浅色路面在公路隧道内的推广应用、节约隧道照明用电、提升隧道内行车安全提供坚实的理论基础。

  目前,浅色超薄铺装材料在隧道路面应用性能稳定、技术成熟,单纯使用没有任何问题。隧道内各区段路面颜色、长度和灯具布置方法和间距的模型经理论分析和仿真模拟证明可行,但因需要打破现行规范和突破各种阻力,尚缺乏该系列成果的实际工程应用。

  ⑤应用情况及存在的问题:

  浅色路面因其美化和警示作用,已经广泛应用于高速公路、普通公路、城市道路、景观道路等各种类型道路。但隧道内不同区段不同路面颜色不同灯具间距的路面布灯方案打破现有的规范和经验,具有重大创新,有利于节能减排和安全出行,经济社会效益显著。随着浅色超薄铺装材料价格的降低、民众对出行畅安舒美要求的提高以及国家对节能环保绿色发展的重视,本项目研究成果具有广阔的推广应用前景。

  主要存在问题:

  ⑴本项目对隧道灯具在浅色路面上的光线传播规律做了具体的分析,但由于不同隧道路面的粗糙程度不相同,且光线传播过程中存在多次的叠加,因此本项目在分析过程中将光线传播过程进行了简化分析,同时忽略了隧道顶部的漫反射现象。

  ⑵由于室内试验会有较多的局限,而现场测量对交通影响较大,理论分析计算的参数受限。

  ⑶项目采用三个视觉参数评价路面诱导性,有待进一步分析驾驶员进出隧道过程中的视觉变化规律。

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