公路隧道照明調(diào)光與行車安全分析

賀占躍，呂曉峰，李宏杰

（1.山西交通控股集團有限公司朔州高速公路分公司，山西 朔州 036002；2.合肥源輝光電子有限公司，合肥230041；3.中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，西安 710077）

1 引言

目前，在我國經(jīng)濟發(fā)展的過程中正在加大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，這也就促使公路以及隧道工程施工增多，相關(guān)隧道的照明設(shè)施一方面需要不斷完善系統(tǒng)設(shè)置，另一方面總的數(shù)量也在不斷加大，在這個過程中必然會產(chǎn)生一系列的設(shè)備運營和維護費用，這筆費用也會成為不小的支出，而這也就意味著照明節(jié)能和行車安全之間就必然會產(chǎn)生矛盾。在技術(shù)不斷發(fā)展的今天，節(jié)能的方式有多種多樣，給公路隧道運營管理過程中照明節(jié)能設(shè)計和管理相關(guān)工作提供了更多的選擇【1】，但是，事實上，如果選擇了不恰當?shù)墓?jié)能方式，那么也會為隧道行車帶來不良的影響，特別是安全風險不斷增加。在一些工程應(yīng)用中，許多調(diào)光方式實際上是在理想狀態(tài)下進行變化的，在晴天的情況下，洞外的光亮度發(fā)生了變化，那么洞內(nèi)的光亮度也會隨之變化；但實際上，洞外的亮度受到多方面因素的影響，變化大，因而很難達到理想狀態(tài)。從這個角度來說，在公路隧道的入口段，照明系統(tǒng)如果依然采用簡單的分級調(diào)光，即使是采用了時序調(diào)光，那么，洞內(nèi)入口段的光亮度也會發(fā)生較大的跳變，跳躍性強而且也十分頻繁。盡管這種調(diào)光照明的方式在很大程度上節(jié)省了電能，但仍然有安全風險存在。本文針對公路隧道的照明調(diào)光過程進行了分析，并結(jié)合山西西縱高速公路右玉至平魯段隧道照明工程，對于具體分析出的不良的調(diào)光方式以及相關(guān)的危險要素進行了識別，提出了改進技術(shù)方案，并給出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)指標。

2 現(xiàn)有公路隧道照明方式之不足

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前，我國的公路隧道還存在著諸多因照明問題而誘發(fā)的安全隱患，因為照明方式不佳，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，而這些問題最主要的來源就是盲視效應(yīng)（短時間內(nèi)無法看清物體）以及黑洞效應(yīng)，同時也與低照度和亮度的跳變等有一定的關(guān)系。這些問題影響了司機的視線和駕駛心理，使誘發(fā)事故的可能性增大。在行業(yè)標準中，對LED 燈具和照明控制器已做了一些具體規(guī)定【2～4】。值得注意的是，除了行業(yè)標準已經(jīng)有了具體規(guī)定的如頻閃效應(yīng)和斑馬效應(yīng)等，盲視效應(yīng)和亮度跳變實際上是兩個新的問題，這是因為在LED 照明系統(tǒng)尚未應(yīng)用前，這2 個問題是不存在的。近年來，在行業(yè)標準中，對于影響公路隧道運營安全的路面的光亮度進行了標準性的規(guī)范。但是，黑洞效應(yīng)依然沒有被消除，而如果亮度是可控的LED 燈，甚至?xí)霈F(xiàn)調(diào)光亮度等級低的問題，除了誘發(fā)黑洞效應(yīng)，還會衍生出盲視效應(yīng)等問題。

3 公路隧道實際洞外亮度變化分析

如圖1 所示藍色曲線，是傳感器在全晴天條件下測量的洞外亮度乘以折減系數(shù)【5】后的值，這個曲線圖的條件是天氣晴朗，萬里無云。這一條件下，即使是傳統(tǒng)的分回路調(diào)光或按圖中所示棕色分10 級調(diào)光曲線，也能夠很好地滿足需求，安全性也不會受影響。盡管10 級調(diào)光存在亮度跳變，但是，每天跳變的數(shù)量有限，因而對于行車安全所構(gòu)成的威脅并不大。而在圖2 所示的天氣發(fā)生變化的情況下，這些調(diào)光方式就很難達到安全性要求。對于這種隨機變化的天氣情況，在夏季的山西是經(jīng)常出現(xiàn)的。

圖2 所示的是，在正常情況下，監(jiān)測到的一整天的洞外亮度的變化圖。由圖2 可見因為云系的變動，洞外的亮度變化是沒有任何規(guī)律的，此情況下傳統(tǒng)的分回路調(diào)光照明必須要實施滿功率的照明才能滿足需求。

圖1 傳感器在全晴天條件下采用10 級調(diào)光方式的洞內(nèi)亮度調(diào)光曲線

圖2 一整天的實際洞外亮度變化曲線

圖3 所示的是基于圖2 實現(xiàn)的，在圖2 基礎(chǔ)上拉長時間軸來獲得數(shù)據(jù)變化情況，在這1h 中，亮度變化的范圍是非常大的，而且是隨機的，毫無規(guī)律的。而圖3 所示的洞外亮度發(fā)生的變化，可以計算得出在這1h 時間內(nèi)，理論的照明調(diào)光曲線變化【5】。而圖4 所示的藍色曲線是入口段的路面亮度伴隨著洞外的亮度變化而發(fā)生變化的理論的調(diào)光曲線，這一曲線的亮度變化范圍是非常的大，同樣也沒有任何規(guī)律。

圖3 圖2 在10:40～11:40 的洞外亮度變化曲線

4 粗獷調(diào)光對行車安全的影響

圖4 中的粗線是分10 級調(diào)光曲線，從圖中可以看到，作為一個分10 級調(diào)光的粗獷系統(tǒng)，實際上也是基于圖3 的洞外亮度變化情況來調(diào)節(jié)的，但是，其亮度等級太低，故每級間隔20cd/m2。圖4 中的黑色橫線表示的是調(diào)光動作閾值，藍色細線是理論的調(diào)光曲線，棕色粗線是實際調(diào)光曲線。結(jié)果顯示，如果理論調(diào)光曲線在相鄰的2 個等級亮度之間發(fā)生了變化，則10 級的調(diào)光是不發(fā)生變化的，相反，如果出現(xiàn)了跨級或者越級的情況，則實際的調(diào)光曲線就會發(fā)生跳變。從圖中可見這種跳變非常頻繁，嚴重影響行車安全。而如果是在亮度低點處，亮度在轉(zhuǎn)瞬間的降幅會達到33%，這會產(chǎn)生嚴重的盲視效應(yīng)，危及行車安全。而傳統(tǒng)的鈉燈分回路調(diào)光照明系統(tǒng)盡管存在跳變問題，但調(diào)解頻度低，每天只有2～3 次【6】，其危險性并不突出。從上文的分析可見，亮度跳變的原因主要是調(diào)光亮度的等級少，而這也就意味著盲視效應(yīng)的發(fā)生。

圖4 分10 級調(diào)光曲線

5 調(diào)光精細化程度對安全性的作用

將圖4 的時間軸進行拉長，具體時間如圖5 所示，在這一期間，亮度是有升有降的，如果將調(diào)光亮度的等級劃分為100級，那么，從圖5 中就可以發(fā)現(xiàn)，實際的調(diào)光曲線和理論的調(diào)光曲線前所未有地接近，洞內(nèi)的跳變亮度2cd/m2，跳變的亮度即使在低點，其變幅也僅為3.7%，從而保障了安全性。

圖5 分100 級調(diào)光曲線

6 結(jié)論與建議

基于上文的分析，得出以下3 條結(jié)論：滿足標準要求的調(diào)光，節(jié)能才有意義。

第一，滿足標準要求的調(diào)光是保障公路隧道行車安全的必要條件之一。

第二，具有實時【7】功能的公路隧道照明調(diào)光的精細化調(diào)光，是消除盲視效應(yīng)的有效方法。

第三，當前，我國公路隧道的調(diào)光照明系統(tǒng)存在一定的問題，因此很難達到精細化的標準要求，而這些問題還需要更多的學(xué)者和專家以及行業(yè)內(nèi)有經(jīng)驗的人員共同努力去解決。