高速公路隧道群交通安全改善理論及方法研究框架

杜志剛 倪玉丹 梅家林 陳逸飛 尹香港

(武漢理工大交通學(xué)院 武漢 430063)

0 引 言

截至2019年底，我國共有公路隧道19 067座，總里程1 896.66萬m，隧道建設(shè)逐漸向山區(qū)延伸，在我國西部多山地區(qū)公路隧道數(shù)量逐漸積累，隧道群特征也愈加凸顯，在浙江、貴州、重慶、江西等地均形成了較大規(guī)模的隧道群，其中最為出名的秦嶺隧道群是世界規(guī)模最大的公路隧道群，由136座隧道組成[1].公路隧道作為交通中的半封閉路段，交通事故多發(fā)，事故現(xiàn)場也極難處置，往往造成隧道路段交通中斷及群死群傷現(xiàn)象.公路隧道群單體隧道數(shù)量多，相鄰隧道間距近，在交通安全、照明設(shè)置及災(zāi)害救援方面相互有較強影響.我國公路隧道群光環(huán)境主要問題如下.

1)公路隧道群光環(huán)境連續(xù)、交替、劇烈變化，容易誘發(fā)視疲勞及超速行為 交通光環(huán)境是由交通中自然光源、人造光源及主動、被動發(fā)光的標(biāo)識、指示及景觀耦合營造的動態(tài)系統(tǒng)環(huán)境[2].公路隧道光環(huán)境特征：隧道外照度高、視覺空間廣闊，景觀豐富；公路隧道中部照度低、對比度低、環(huán)境單調(diào).當(dāng)車輛駛?cè)胨淼罆r，駕駛?cè)送ǔ隈側(cè)胨淼廊肟跁r減速，以適應(yīng)昏暗的光線條件(“黑洞”)，進(jìn)入隧道后，駕駛?cè)藢p速到低于空曠道路的速度，而出洞駕駛?cè)藭铀亳傠x，較大的速度波動會對交通安全產(chǎn)生影響.隧道群光環(huán)境的頻繁、交替地劇烈過渡，容易產(chǎn)生節(jié)律性視疲勞，致使駕駛?cè)藢λ俣取⒕嚯x、方向及位置發(fā)生較大誤判，容易誘發(fā)超速行為及追尾撞洞門、側(cè)壁的交通事故.

2)公路隧道群照明中低照度運營普遍存在，照明節(jié)能與交通安全矛盾突出 公路隧道內(nèi)照明設(shè)計是影響隧道安全的主要因素之一.我國公路隧道照明標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)為駕駛?cè)嗽谕＼囈暰喾秶鷥?nèi)能有效視認(rèn)行駛車道中心障礙物(20 cm×20 cm×20 cm)，對于交通量較小的中西部公路隧道相對保守，照明能耗過大.2013年全國公路隧道電力系統(tǒng)能耗294億度電，僅秦嶺終南山特長公路隧道每月照明費用即接近200萬元.中西部不少公路隧道白天開燈率不高于40%，造成照明設(shè)備的重大浪費.對于隧道群而言，JTG/T D70/2-01—2014《公路隧道照明設(shè)計細(xì)則》[3]規(guī)定：“兩座隧道間行駛時間按設(shè)計速度計算小于15 s，且通過前一座隧道的行駛時間大于30 s時，后續(xù)隧道入口段亮度應(yīng)進(jìn)行折減，折減系數(shù)為20%～50%”.我國公路隧道群照明運營“高配低用”現(xiàn)象普遍存在，即開燈率較低，低照度運營，遠(yuǎn)低于行業(yè)規(guī)范值，犧牲了交通安全.

3)公路隧道群具備一定韻律，可利用駕駛?cè)隧嵚善脕碚{(diào)控隧道群光環(huán)境 韻律有幾種典型類型：連續(xù)韻律、交錯韻律、漸變韻律、起伏韻律[4].借助韻律，既可加強整體的統(tǒng)一性，又可以求得豐富多彩的變化.韻律美廣泛體現(xiàn)于建筑、音樂、舞蹈、自然、道路(橋梁)景觀中.人類對韻律信息具有天生的偏好，自然界余音繞梁的音樂，婀娜多姿的舞蹈，波濤起伏的大海，波瀾壯闊的山脈，都具有一定韻律感，提升環(huán)境美感，讓人愉悅興奮，有效緩解疲勞.同時日本一些音樂公路則通過振動音符標(biāo)線，從振動效果與視覺方面來控制駕駛?cè)塑囁?公路隧道群由多個單體公路隧道組成，本身具有一定連續(xù)重復(fù)性、交錯性，有利于構(gòu)造韻律性視覺信息.

文中從預(yù)防交通事故的角度出發(fā)，利用駕駛?cè)藢嵚尚孕畔⒌钠眉肮匪淼廊罕旧淼捻嵚尚裕岢鰳?gòu)建公路隧道群韻律型視覺參照系的思路，來實現(xiàn)公路隧道群交通安全與照明節(jié)能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一.

1 公路隧道群交通安全研究現(xiàn)狀

1.1 事故分布規(guī)律

在2006—2008年期間，新加坡中央高速公路隧道中追尾事件約占所有交通事故的70%[5].Amundsen等[6]發(fā)現(xiàn)，在隧道入口處的事故率較高，而隨著駕駛?cè)死^續(xù)駛?cè)胨淼纼?nèi)部，事故率降低.張生瑞等[7]以京珠高速公路隧道群為例進(jìn)行了隧道群交通事故統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)隧道群路段事故的主要發(fā)生區(qū)域為隧道出入口位置，同時在隧道間的連接段也是事故高發(fā)區(qū).胡順峰[8]以云南某公路隧道群為調(diào)查對象，分析了隧道群交通事故的時空特性，研究指出該路段交通事故多發(fā)生在多雨季，且以一天中的清晨、黃昏及陽光明媚的正午時分為事故高峰期，主要是由于隧道光線不良影響駕駛?cè)诵熊囈暰€.另外事故形態(tài)以追尾碰撞、撞擊側(cè)壁為主，占事故總數(shù)的75%以上，賴金星等[9]的研究結(jié)論與之吻合.張國輝等[10]分析了隧道群不同區(qū)段的事故分布特性，發(fā)現(xiàn)隧道群后段的事故數(shù)明顯高于前段，而單體隧道中交通事故主要集中于隧道中后段.戴優(yōu)華等[11]對隧道交通事故時間、事故地點分布規(guī)律、事故類型及事故車型進(jìn)行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)一般隧道入口事故率最高，而特長隧道則出口段最高，隧道事故形態(tài)主要為追尾、刮擦和撞擊側(cè)壁，涉事車輛主要為大貨車，其次為小客車.

1.2 安全影響因素

1)駕駛?cè)艘蛩?Shao[12]從人因、路面狀況、交通安全設(shè)施、交通與自然狀況等方面綜合分析了隧道群事故影響因素.Yan等[13]研究了高速公路隧道群中駕駛?cè)烁兄匦耘c交通安全之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)四挲g、駕駛經(jīng)驗及駕駛時間均會影響駕駛?cè)说乃俣雀兄荫{駛時間影響程度最大.Martens等[14]指出在進(jìn)入隧道時，駕駛?cè)穗y以感知到前面的車輛或障礙物，往往導(dǎo)致追尾事故增加，并建議增加隧道入口段的對比度.慕慧等[15]定量分析了瞳孔面積變化速度與道路安全之間的關(guān)系，然后基于隧道出入口的視覺適應(yīng)性得出了安全駕駛臨界速度的結(jié)論.閻瑩等[16]構(gòu)建駕駛?cè)送酌娣e最大差值與隧道連接段長度之間的曲線模型，提出了改善隧道群路段環(huán)境光照度的推薦值.閆彬等[17]研究發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)说乃俣裙烙嬏匦耘c高速公路隧道群駕駛?cè)说哪挲g、駕齡以及連續(xù)行車時間具有較強的相關(guān)性，駕齡、連續(xù)行車時間對駕駛?cè)说纳钜暳?zhǔn)確性有顯著影響.趙煒華等[18]研究指出，在隧道群出、入口段受間隔距離較小的影響，駕駛?cè)艘曈X特征變化趨勢與單一長隧道入口差異明顯.

2)車的因素 車輛的制動性、操作性、車型等均會對駕駛?cè)瞬僮髦噶畹捻憫?yīng)速度產(chǎn)生影響，從而影響隧道行車安全性.周忠業(yè)等[19]研究了隧道群車輛的行車特性，指出車速是導(dǎo)致隧道群交通事故的重要因素，并通對各路段車速的統(tǒng)計分析，研究了隧道群各段的安全性，研究指出大隧道與小隧道危險性最高之處分別為入口處與出口處，且小車危險性高于大型車.趙躍峰等[20]通過實車試驗研究了隧道群路段車輛的速度特性，發(fā)現(xiàn)車輛.陳云等[21]研究了不同車型對公路隧道入口駕駛?cè)艘曈X特性及行車安全的影響，研究結(jié)果表明大型車駕駛?cè)送酌娣e變化比小型車駕駛?cè)烁欤兓雀。璧膶λ淼拉h(huán)境的適應(yīng)距離更長，行車安全性更低.

3)道路與環(huán)境因素 隧道群路段與一般公路隧道光環(huán)境的主要差別在于光環(huán)境變化的循環(huán)往復(fù)，駕駛?cè)诵枰m應(yīng)頻繁變化的光環(huán)境.英國的DMRB中指出隧道視覺環(huán)境的劇烈變化是隧道洞口事故率高的重要原因[22].SWOV中總結(jié)了影響隧道交通安全的因素：隧道壁的接近程度、有限的視距、隧道內(nèi)或附近匝道以及照明特性、封閉的結(jié)構(gòu)，即“隧道壁和隧道頂板的存在”可能會引起駕駛?cè)说慕箲][23].Lemke[24]指出，在隧道口附近事故率比隧道內(nèi)更高可能是因為“視覺環(huán)境突然變化”.Nussbaumer[25]指出隧道交通事故的主要致因是駕駛?cè)嗽谒淼纼?nèi)部放松警惕以及錯誤的駕駛行為，如隧道入口處無法與前車保持安全距離或錯誤判斷隧道設(shè)計、線形走向等.Katja等[26-27]實驗表明，黑暗的隧道壁導(dǎo)致駕駛?cè)俗⒁饬λ礁停瑴\色的側(cè)墻更為安全.杜志剛等[28-32]試驗表明不少高速公路隧道入口樣本存在視覺瞬時盲期，公路隧道中部速度低估接近30%.王文勇[33]研究發(fā)現(xiàn)隧道群交通安全受到季節(jié)變化的影響.胡順峰提出碰撞是隧道群交通事故的主要形態(tài)，明暗快速交替轉(zhuǎn)換和車輛運行速度過快是事故多發(fā)的主要致因.李林超[34]對隧道群事故特性與單一隧道事故特性進(jìn)行了對比分析發(fā)現(xiàn)，隧道群事故規(guī)律與相鄰隧道連接段的長度有關(guān)，且當(dāng)連接段長度大于500 m時隧道群事故分布規(guī)律與單一隧道基本一致.

1.3 事故防治措施

1)隧道照明技術(shù) 在公路隧道節(jié)能照明的研究中，當(dāng)前瑞士等國家的公路隧道以逆光照明技術(shù)[35]為主，即從被照射物體的背面進(jìn)行照明，從而提高目標(biāo)的背景亮度，使之更容易辨認(rèn).近年來，由于LED隧道燈具有高光效、長壽命、易配光、智能調(diào)控等優(yōu)點，LED燈改善隧道照明的研究和應(yīng)用也逐步增多.Adrian[36]指出，通過20°視場范圍內(nèi)的平均亮度能夠滿足駕駛?cè)艘曈X適應(yīng)過程的隧道進(jìn)口基本亮度要求，并提出了等效光幕亮度計算方法.Rands[37]研究指出，隧道照明的原則是確保在任何時間和光照條件下，駕駛?cè)嗽谡Ｂ范紊暇軌蛞韵嗤乃俣劝踩⑹孢m的通過隧道.Zeng等[38]提出利用LED燈具的隧道智能照明系統(tǒng)實現(xiàn)隧道照明的節(jié)能.Hirakawa等[39]考慮汽車前車燈的作用，研究了對稱照明及順光照明中目標(biāo)物可見度的變化情況.吳林峰[40]探討了山區(qū)高速公路隧道群的照明系統(tǒng)集約化、智能化控制，以此為駕駛?cè)藸I造舒適的視覺環(huán)境，減少光污染.李成等[41]通過分析毗鄰隧道的照明特點，設(shè)計了隧道群照明控制方案，以此消除隧道間的明暗適應(yīng)，從而保障行車安全、提高運營水平.翁季等[42]通過模型實驗和實際隧道照明實驗對高速公路隧道智慧照明進(jìn)行了研究.

2)遮光設(shè)施 隧道遮光設(shè)施是一項可有效緩解隧道內(nèi)外光線劇烈過渡的設(shè)施.韓凱旋等[43]指出在隧道群相鄰洞口之間設(shè)置遮光棚可降低洞口照明亮度，實現(xiàn)隧道照明節(jié)能，同時緩解隧道洞口明暗交替對駕駛?cè)说臎_擊.閻瑩等[44]研究了隧道群光照環(huán)境對駕駛?cè)艘曈X特性的影響，推薦當(dāng)隧道群連接段間距小于50 m時可設(shè)置遮光棚緩解隧道出口光環(huán)境過渡，提高駕駛?cè)说囊曈X適應(yīng)水平.陶鵬鵬等[45]通過仿真試驗研究了不同構(gòu)造形式遮光棚的遮光效果，研究指出30度反削竹式遮光棚的遮光效果最好.杜志剛等[46]指出長大隧道入口應(yīng)設(shè)置遮光棚，并于多頻逆反射系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)隧道內(nèi)外視覺參照系的緩和過渡.

3)護(hù)欄防護(hù) 沈艾中[47]指出車輛撞擊側(cè)壁是造成隧道內(nèi)人員傷亡的重要原因，因此需要在隧道內(nèi)設(shè)置防護(hù)性護(hù)欄和防撞設(shè)施，用于緩沖車輛的撞擊后果，減輕事故嚴(yán)重程度.賈寧[48]提出了一種高度漸變護(hù)欄，并通過仿真試驗分析了該護(hù)欄的安全性，結(jié)果表明該護(hù)欄有利于防止車輛直接撞擊隧道側(cè)壁和檢修道.邰永剛等[49]指出普通護(hù)欄防護(hù)等級過低，無法滿足長大下坡隧道入口的安全防護(hù)需求，設(shè)計了一種高度及剛度逐級過渡的剛性護(hù)欄，可實現(xiàn)隧道內(nèi)外的合理過渡.周海宇[50]研究表明受小半徑彎道隧道入口光環(huán)境變化的影響，駕駛?cè)送ǔ谒淼蓝纯谔幊鲂休^大的車道偏移，因此隧道入口應(yīng)設(shè)置隨路面寬度漸變的隧道護(hù)欄，且應(yīng)過渡指隧道檢修道邊緣，直至與隧道側(cè)壁相連.

4)視線誘導(dǎo)技術(shù) JTG D81—2017《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》[51]中指出：視線誘導(dǎo)設(shè)施屬于主動引導(dǎo)設(shè)施，對提高夜間的行車安全水平有重要作用.視線誘導(dǎo)系統(tǒng)主要通過逆反射技術(shù)、蓄能自發(fā)光技術(shù)實現(xiàn).逆反射技術(shù)主要通過逆反射材料增加障礙物的局部亮度及對比度，從而提升障礙物的視認(rèn)性.蓄能自發(fā)光技術(shù)主要通過蓄能自反光材料，以吸光—儲光—自發(fā)光的形式工作，在一定時間內(nèi)持續(xù)發(fā)光.常見具有視線誘導(dǎo)功能的設(shè)施包括隧道輪廓帶(含隧道反光環(huán)、隧道反光條)、隧道腰帶線、輪廓標(biāo)、線形誘導(dǎo)標(biāo)、突起路標(biāo)、警示柱、防撞桶、立面標(biāo)記.

王少飛等[52]研究指出，在高速公路隧道群路段發(fā)生突發(fā)事件時，根據(jù)距離事件發(fā)生點的位置，由遠(yuǎn)及近依次發(fā)布提示信息、建議信息、強制信息和緊急信息，以確保駕駛?cè)诵熊嚢踩?倪娜[53]研究中通過對隧道密集段的交通環(huán)境和交通事故的分析，提出基于參考系特性建立隧道出入口的高頻、中頻及低頻參照系.潘曉東等[54]研究表明：在長隧道側(cè)墻設(shè)置10～20 m間距矩形圖案可增加速度感.文獻(xiàn)[23]根據(jù)隧道交通事故致因分析公路隧道駕駛?cè)税踩枨螅砻髟谒淼缆范我暰€誘導(dǎo)系統(tǒng)能有效調(diào)控駕駛?cè)艘曞e覺.文龍等[55]結(jié)合實際工程研究公路隧道緊急停車帶區(qū)域視線誘導(dǎo)設(shè)施的設(shè)置現(xiàn)狀，提出公路隧道緊急停車帶區(qū)的視線誘導(dǎo)設(shè)施優(yōu)化方法.

1.4 安全評價方法

隧道群交通安全評價可為隧道安全優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)與改善方向，目前隧道群安全評價方法主要集中在利用數(shù)學(xué)模型對隧道群安全影響因素進(jìn)行綜合評價.張生瑞等[56]分析了隧道群路段不同位置運行速度的變化規(guī)律，建立了車輛運行速度與采集點位置的函數(shù)關(guān)系.方守恩等[57]建立了隧道群路段結(jié)構(gòu)物長度和幾何線形對車輛速率差以及心率增長率的影響關(guān)系模型，提出了基于速率差和心率增長率的隧道群路段安全評價方法.周娜[58]從駕駛?cè)恕⒔煌魈匦浴⑺淼廊涵h(huán)境、交通設(shè)施等方面構(gòu)建了隧道群交通運行環(huán)境評價體系.國威等[59]則采用數(shù)學(xué)模型，從隧道群交通安全主要影響因素方面入手構(gòu)建了基于相對差異函數(shù)的高速公路隧道群交通安全評價模型，通過對隧道群進(jìn)行交通安全評價分級，為隧道群安全改善措施的設(shè)置提供依據(jù).

2 現(xiàn)有研究存在的問題及發(fā)展趨勢

1)公路隧道群對駕駛?cè)艘暺诠?jié)律影響缺少定量評價 駕駛?cè)嗽诠匪淼廊旱男熊囘^程中需要交替、頻繁的明暗適應(yīng)，更容易誘發(fā)駕駛疲勞及視覺障礙.但是目前隧道群光環(huán)境的交替循環(huán)突變與駕駛?cè)斯?jié)律性的視疲勞之間缺少定量研究，也導(dǎo)致相應(yīng)的公路隧道群光環(huán)境改善、視線誘導(dǎo)設(shè)施的設(shè)計缺少理論依據(jù).

2)公路隧道群光環(huán)境評價體系缺少交通安全分析 國內(nèi)外對公路隧道駕駛?cè)搜蹌有袨閷嶒炑芯康慕Y(jié)果表明，一般情況下低照度的隧道較容易發(fā)生車速低估、車距高估，進(jìn)而誘發(fā)超速行為及追尾事故.同時，文獻(xiàn)[3]中的評價以照度、亮度、均勻度，以及停車視距范圍最小障礙物(20 cm×20 cm×20 cm)的辨識等指標(biāo)為主，缺乏對交通事故原因(疲勞駕駛、超速駕駛)超速及事故形態(tài)(追尾及撞側(cè)墻)的關(guān)聯(lián)性分析，也缺乏對空間路權(quán)、人因及駕駛?cè)蝿?wù)等因素的考慮，未能建立基于交通安全的隧道群光環(huán)境評價體系.

3)公路隧道群普通改善措施實際改善效果有限 我國現(xiàn)有公路隧道照明規(guī)范能耗高，交通量較小的中西部隧道難以承擔(dān).因此，不少隧道長期低照度運營，隧道群中的短、中隧道往往降低了照明水平，導(dǎo)致駕駛環(huán)境舒適性進(jìn)一步降低，誘發(fā)更多的不良駕駛行為及交通事故.普通的改善方法如LED光源照明、逆光照明、智能照明設(shè)備以及遮光設(shè)施等投入高，維護(hù)成本大，實際普及度不高，照明節(jié)能與交通安全矛盾突出；而護(hù)欄防護(hù)屬于被動安全措施，效率低下，無法降低事故的發(fā)生概率.

4)公路隧道群光環(huán)境低成本視線誘導(dǎo)優(yōu)化方法缺乏理論支撐 現(xiàn)有低成本視線誘導(dǎo)系統(tǒng)(如隧道輪廓帶方案)往往會大幅降低公路隧道照度及亮度，遠(yuǎn)低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，也亟需新的理論支撐.同時視線誘導(dǎo)系統(tǒng)對于降低現(xiàn)有公路隧道營運照明水平的幅度，隧道輪廓帶設(shè)置位置、間距、大小等的優(yōu)化，及其與其余的視線誘導(dǎo)設(shè)施(輪廓標(biāo)、突起路標(biāo)、立面標(biāo)記、線形誘導(dǎo)標(biāo)等)協(xié)同作用等方面均缺乏系統(tǒng)性研究.

3 隧道群交通安全改善研究框架

現(xiàn)有研究表明，公路隧道群交通事故主要是由于不良駕駛行為導(dǎo)致的，如車距保持不當(dāng)、超速、誤判線形等，而駕駛?cè)说鸟{駛行為與隧道光環(huán)境密切相關(guān).隧道照明與遮光設(shè)施的設(shè)置可以一定程度上提升隧道群光環(huán)境質(zhì)量，但實際應(yīng)用情況有待提高，隧道“高配低用”現(xiàn)象嚴(yán)重，通常以犧牲安全達(dá)到節(jié)能的目的，而護(hù)欄防護(hù)出于被動地位，無法主動預(yù)防事故的發(fā)生.視線誘導(dǎo)技術(shù)是一項可兼顧節(jié)能與安全誘導(dǎo)的提升光環(huán)境質(zhì)量的技術(shù)，但其設(shè)置缺乏理論依據(jù)與設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，因此文中在分析隧道交通安全相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，考慮隧道群天然韻律感與駕駛?cè)斯?jié)律性疲勞之間的聯(lián)系，提出隧道群交通安全改善研究理論框架，旨在優(yōu)化隧道群視線誘導(dǎo)技術(shù)，提升隧道群行車安全性，見圖1.

圖1 隧道群交通安全改善研究框架

4 隧道群交通安全改善研究關(guān)鍵內(nèi)容

1)公路隧道群光環(huán)境與駕駛?cè)斯?jié)律性視疲勞相關(guān)性研究 節(jié)律性視疲勞指反復(fù)出現(xiàn)的視覺疲勞，包括反應(yīng)時間顯著變慢，視認(rèn)準(zhǔn)確率顯著下降等，隧道群路段行車?yán)锍涕L，光環(huán)境變化頻繁，易導(dǎo)致駕駛?cè)水a(chǎn)生節(jié)律性疲勞，從而導(dǎo)致駕駛?cè)烁兄袛嗄芰p弱，反應(yīng)遲緩，無法及時規(guī)避危險而發(fā)生交通事故，且主要發(fā)生在隧道群后段.為緩解隧道群路段光環(huán)境循環(huán)劇烈變動對駕駛?cè)似跔顟B(tài)的影響，傳統(tǒng)上都是將單體隧道分段，利用照明設(shè)施、遮光設(shè)施等來改善隧道群的光環(huán)境，重點考量對象為隧道群路段各單體隧道光環(huán)境狀態(tài)是否合理，而對駕駛?cè)吮旧韺嵚尚孕畔⒌钠锰匦约耙曈X疲勞狀態(tài)具有節(jié)律性的特點考慮不足，也沒有將多個隧道作為整體考慮.隧道群天然具有連續(xù)重復(fù)的韻律感，因此可利用隧道群的韻律特性，研究隧道群光環(huán)境與駕駛?cè)斯?jié)律性疲勞之間的相關(guān)性，從而為隧道群光環(huán)境的改善提供理論基礎(chǔ).

2)多層次公路隧道群視覺參照系重構(gòu)理論 根據(jù)馬斯洛需求層次理論，人的需求分為生理、安全、愛/歸屬、尊重、自我實現(xiàn)等.駕駛需求從下到上有功能性、安全性、舒適性、美觀性等不同需求，呈遞進(jìn)關(guān)系；對應(yīng)的光環(huán)境是基本型、安全型、舒適型、韻律型視覺參照系，見圖2.對現(xiàn)狀公路隧道群照明系統(tǒng)布燈特征及運營狀態(tài)、隧道連接段光照特征及交通安全進(jìn)行分析，針對現(xiàn)有交通狀況及照明運營狀況下公路隧道群路段視覺需求，提出光環(huán)境構(gòu)建思路：公路隧道群路段應(yīng)設(shè)置韻律型視覺參照系，在不同單體隧道進(jìn)出口緩和劇烈的視覺參照系過渡(增加安全性)，隧道中部加強弱視覺參照系(增加安全性和舒適性)，相鄰隧道連接段設(shè)置韻律型信息(增加局部韻律性)，全路段設(shè)置韻律型信息系統(tǒng)(增加整體韻律性)，同時利用視線誘導(dǎo)系統(tǒng)予以實現(xiàn).

圖2 駕駛?cè)艘曈X需求、視覺參照系及評價體系

3)公路隧道群交通安全評估體系 對于每種需求，特別是安全性、舒適性、美觀性，借鑒交通事故特性提出行車安全評價指標(biāo)，借鑒行車平順性及駕駛疲勞方面研究提出行車舒適性指標(biāo)，借鑒音樂、舞蹈韻律感共性，提出韻律性評價指標(biāo)，見圖2及表1.

表1 公路隧道群光環(huán)境評價指標(biāo)體系

4)基于事故預(yù)防的公路隧道群視線誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)置方法 單體隧道而言事故主要發(fā)生在出入口路段，隧道群路段的連接段同樣為事故高發(fā)區(qū)，因此重點對公路隧道洞口及隧道連接段進(jìn)行詳細(xì)分析.根據(jù)文獻(xiàn)[3]中隧道分段原則，并考慮長大隧道及隧道群駕駛?cè)斯?jié)律性視疲勞特性，將隧道按圖3分為多個區(qū)段.

圖3 公路隧道分段示意

隧道入口附近駕駛?cè)诵枰m應(yīng)隧道內(nèi)外緩解的劇烈變化，明確隧道輪廓與洞門位置，同時合理控制車距與行車速度，主要需要滿足駕駛?cè)说乃俣雀小⒕嚯x感及方向感，因此可以通過多道頻率信息組合技術(shù)與逆反射技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建隧道入口安全型視覺參照系.隧道中部環(huán)境昏暗，視覺參照作用薄弱，容易使駕駛?cè)朔潘删瑁a(chǎn)生駕駛疲勞，且隧道群包含多座隧道，駕駛?cè)藢τ谖恢酶械娜笔б踩菀滓l(fā)不安全感，誘使駕駛?cè)思铀亳傠x隧道區(qū)域，誘發(fā)超速行為.研究表明適當(dāng)設(shè)置隧道興奮點，提高隧道群刺激作用，有助于駕駛?cè)说膶徝栏惺埽雎运淼拦猸h(huán)境的負(fù)面影響.因此隧道中間段應(yīng)通過多頻率、多尺度、多色彩的視線誘導(dǎo)技術(shù)，豐富隧道行車環(huán)境，提升行車舒適感.隧道出口與隧道連接段可采用洞內(nèi)視線誘導(dǎo)設(shè)施與洞外多尺度警示柱組合，緩和單體隧道出口光環(huán)境劇烈過渡現(xiàn)象，實現(xiàn)相鄰隧道連接段光環(huán)境富有節(jié)奏感和韻律感的設(shè)計目標(biāo)，調(diào)節(jié)視疲勞節(jié)律，具體改善措施見表2，部分區(qū)域設(shè)計方法示意圖見圖4.

表2 公路隧道群分段及視線誘導(dǎo)設(shè)施設(shè)置初步方案

圖4 隧道群視線誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)置示意圖

5 結(jié) 語

1)高速公路隧道群交通事故主要發(fā)生在在隧道群后段，特別是隧道入口區(qū)域；主要環(huán)境誘因是隧道洞口光環(huán)境的循環(huán)往復(fù)，駕駛?cè)诵枰啻螝v經(jīng)“黑洞”“白洞”的轉(zhuǎn)換，易導(dǎo)致駕駛?cè)水a(chǎn)生節(jié)律性疲勞.而隧道群天然具有連續(xù)重復(fù)的韻律特性，駕駛?cè)司邆漤嵚尚云茫蚩煽紤]將其應(yīng)用于優(yōu)化隧道群光環(huán)境，提升隧道群行車安全性.

2)現(xiàn)有改善措施如隧道照明、遮光棚、護(hù)欄防護(hù)等應(yīng)用效率不高.隧道群路段照明成本高，通常開燈率較低，犧牲安全達(dá)到節(jié)能的目的；遮光棚應(yīng)用少，針對性不足；隧道護(hù)欄為被動防護(hù)，難以降低隧道事故發(fā)生概率.視線誘導(dǎo)技術(shù)可兼顧節(jié)能與安全誘導(dǎo)，但其設(shè)置缺乏理論依據(jù)，設(shè)置方法較為混亂.

3)考慮隧道群天然韻律感與駕駛?cè)斯?jié)律性疲勞之間的相關(guān)性，提出隧道群交通安全改善研究理論框架：構(gòu)建隧道群安全型、舒適型、韻律型視線誘導(dǎo)系統(tǒng)，滿足隧道群不同路段(連接段、識別段、接近段、入口段、過渡段、中間段、出口段、駛離段)的差異化需求，為隧道群交通安全改善提供了新的思路.

4)以構(gòu)建公路隧道群韻律型視覺參照系為目標(biāo)，提出了隧道群視線誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)置方法：利用逆反射、蓄能發(fā)光、LED發(fā)光顯示技術(shù)，將多頻率、多尺度、多色彩視覺誘導(dǎo)信息組合，緩和單體隧道出入口區(qū)域視覺參照系的劇烈過渡；強化隧道中部弱視覺參照系；提供連續(xù)重復(fù)、漸變、起伏、交錯信息，提升隧道連接段、隧道中部舒適性、韻律性，下一步將通過仿真試驗驗證隧道群整體方案對駕駛?cè)税踩兄母纳瞥潭?