行車視覺均勻度下隧道照明設(shè)施維養(yǎng)技術(shù)的有效優(yōu)化

周逸凱

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計院集團有限公司,山東 濟南 250000）

0 引言

隧道作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡中不可或缺的一部分，其照明設(shè)施的安全和穩(wěn)定性對于行車安全至關(guān)重要[1]。近年來，隨著交通網(wǎng)絡的日益發(fā)展，隧道照明設(shè)施因頻繁使用和各種外界因素，如環(huán)境老化、機械損傷等，失效率逐漸增高。傳統(tǒng)的隧道照明維護方式往往是在燈具失效后進行更換或修復，但這樣的反應式維護模式在某些情況下已經(jīng)不能滿足隧道照明的連續(xù)性和均勻性需求，從而可能影響到駕駛者的行車安全[2]。而該文針對現(xiàn)存問題進行深入研究，嘗試從行車視覺均勻度的角度出發(fā)，深入分析了不同燈具失效工況下的視覺影響，同時結(jié)合各種實際應用場景，提出了一系列創(chuàng)新的維養(yǎng)策略，以為隧道照明設(shè)施的維護與優(yōu)化提供新的思路和方向，促進隧道照明技術(shù)有了質(zhì)的提升。

1 行車視覺均勻度下隧道照明試驗研究

1.1 試驗原理

隧道內(nèi)照明對駕駛員的行車安全至關(guān)重要。近幾年，隨著基礎(chǔ)設(shè)施的迅速發(fā)展，隧道照明技術(shù)也在逐步優(yōu)化。例如，在國內(nèi)的重點工程中，如京滬高鐵、連云港至烏魯木齊的西部大通道等，隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計都吸納了最新的研發(fā)成果，在UAN 光源選擇上選擇了LED 光源與光譜優(yōu)化，在控制策略上優(yōu)選了智能照明系統(tǒng)、自適應控制策略以及故障檢測與自動備用系統(tǒng)，有效地提高了隧道照明設(shè)施的使用效率。因此，為了進一步優(yōu)化隧道照明設(shè)施的維養(yǎng)技術(shù)，降低后期隧道照明設(shè)施維護難度，該研究致力于通過模擬真實駕駛環(huán)境，評估不同的照明條件下對駕駛員行車視覺的影響，進而為隧道照明設(shè)計和維護提供科學依據(jù)。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 試驗場地與燈具安裝

該試驗場地為模擬隧道實驗室LTT-320。場地寬度為9.8 m，高度為7.14 m，長度為200 m。燈具安裝采用LX-TNL320 型號的LED 隧道燈具（技術(shù)參數(shù)見表1），其設(shè)計能夠滿足長廊式的模擬隧道的照明需求，并具有良好的均勻度和可調(diào)光功能。同時考慮場地高度為7.14 m、寬度為9.8 m，將燈具安裝在6 m 的高度，并沿隧道長度方向每隔10 m 設(shè)置一組，每組由3 盞燈具組成，確保充足的照明范圍并減少對駕駛員的直接眩光和照明的均勻性[3]。最后將LC-CNTRL 模塊作為燈具控制系統(tǒng)，進行燈具亮度調(diào)節(jié)、狀態(tài)監(jiān)控以及故障檢測。

表1 隧道試驗燈主要技術(shù)參數(shù)

1.2.2 試驗測量工具

該試驗所應用的測量工具、參數(shù)型號及試驗用途見表2。

表2 試驗測量工具

1.2.3 試驗參數(shù)

（1）試驗模擬行駛速度：60 km/h、80 km/h 和100 km/h。

（2）小目標障礙物：使用高20 cm、寬20 cm、深20 cm 的立方體物體，材料為塑料，表面顏色為灰色。

（3）視認距離：視認距離是駕駛員在行駛中能夠識別前方小目標障礙物的最遠距離。該次試驗距離將停車視距作為駕駛員的視認距離。計算公式如下：

式中，D——停車視距（視認距離）；S——車速（m/s）；T——駕駛員的反應時間，仍然取1.5 s 為標準值；——重力加速度，取值9.8 m/s2；f——摩擦系數(shù)，針對干燥的混凝土路面，取值約為0.7。

在該次試驗中，規(guī)定縱坡為0%，照明停車視距：設(shè)計速度60 km/h，停車視距60 m；設(shè)計速度80 km/h，停車視距100 m；設(shè)計速度100 km/h，停車視距158 m。

（4）駕駛員視高：考慮當今的大部分私家車、商務車的駕駛視高通常在1.2~1.4 m，該次試驗駕駛員視高確定為1.3 m。

1.3 試驗流程

1.3.1 初始設(shè)定與校驗

（1）亮度設(shè)定：將所有燈具設(shè)定為額定功率100 W，色溫5 500 K，保證開啟。

（2）照度測量：使用照度計LM-202X 在隧道每隔20 m 測量初始亮度，確保照度在500~550 lux 之間[4]。

（3）光譜驗證：使用光頻譜分析儀SPCTR-PRO5，確保燈具光譜主峰位于5 500±50 K。

（4）溫度濕度：環(huán)境溫度應維持在25±2 ℃，濕度維持在60%±5%。

1.3.2 燈具失效模擬

該次共設(shè)置四種不同燈具失效工況，對應行駛速度見表3。

表3 燈具失效工況及對應行車速度

1.3.3 主觀評價試驗

（1）放置小目標障礙物：在隧道60 m、100 m、158 m 的位置放置障礙物。

（2）行駛模擬：①60 km/h 速度時，觀察駕駛員是否能在60 m 位置識別障礙物；②80 km/h 速度時，觀察駕駛員是否能在100 m 位置識別障礙物；③100 km/h 速度時，觀察駕駛員是否能在158 m 位置識別障礙物[5]。

（3）反應記錄：使用攝像機Cam-VisioX 記錄每次模擬時駕駛員的反應時間。

1.4 試驗結(jié)果分析

1.4.1 初始設(shè)定與校驗結(jié)果

（1）照度測量：在隧道內(nèi)每隔20 m 測量的照度均500~550 lux 之間。

（2）光譜驗證：通過光頻譜分析儀測得的燈具光譜主峰確實位于5 500±50 K 內(nèi)。

1.4.2 燈具失效模擬結(jié)果

根據(jù)試驗設(shè)置的四種不同燈具失效工況，得出以下結(jié)果，見表4。

表4 燈具失效與視認距離

從表4 中可以看出，隨著燈具失效數(shù)量的增加，駕駛員的視認距離有所減少，并且反應時間也逐漸增加。

1.4.3 主觀評價實驗結(jié)果

將小目標障礙物置于隧道60 m、100 m、158 m 的位置，并進行行駛模擬。結(jié)果如下：

（1）在60 km/h 速度下，駕駛員在57 m 的位置識別到了障礙物。

（2）在80 km/h 速度下，駕駛員在95 m 的位置識別到了障礙物。

（3）在100 km/h 速度下，駕駛員在150 m 的位置識別到了障礙物。

1.4.4 研究結(jié)論

（1）從照度測量結(jié)果來看，隧道的初始照度設(shè)計是合理的，可以滿足基本的行車安全需求。

（2）在燈具失效模擬中，可以看到隨著燈具失效數(shù)量的增加，駕駛員的視認距離逐漸減小。尤其在四燈失效的工況下，行駛速度為80 km/h 時，視認距離已經(jīng)減少到了90 m，已達到了相對危險距離。

（3）通過攝像機記錄，發(fā)現(xiàn)駕駛員的反應時間也隨著燈具失效數(shù)量的增加而增加，這進一步說明了照明條件對駕駛員的行車安全有直接的影響。

（4）在低亮度環(huán)境下，提高路面的平均亮度可以顯著提高駕駛員的視認距離，從而提高行車安全性。

綜上，可以得出結(jié)論：隧道照明燈具失效時，低亮度環(huán)境下提高路面平均亮度對隧道視認環(huán)境改善的效果最好。這為隧道照明設(shè)施的維護和設(shè)計提供了有力的科學依據(jù)。

2 隧道照明設(shè)施維養(yǎng)技術(shù)優(yōu)化

基于該次的試驗結(jié)論“隧道照明燈具失效時，低亮度環(huán)境下提高路面平均亮度對隧道視認環(huán)境改善的效果最好”，以下從維養(yǎng)原則與維養(yǎng)對策兩方面，提出隧道照明設(shè)施維養(yǎng)技術(shù)的優(yōu)化方案。

2.1 維養(yǎng)原則

后期隧道照明設(shè)施維養(yǎng)工作應秉持安全優(yōu)先、預防為主、響應迅速、科學決策的維養(yǎng)原則。其中，安全優(yōu)先是指以保障駕駛員視認安全是隧道照明設(shè)備維護的首要目標。預防為主是指通過定期維護和檢測，提前預防照明設(shè)備的損壞和失效。響應迅速是指一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備損壞或失效，必須立即響應并采取修復措施。科學決策是指所有的維養(yǎng)決策都應基于科學的數(shù)據(jù)和研究，以確保效果和效率。

2.2 維養(yǎng)對策

2.2.1 正常情況下的維養(yǎng)對策

正常情況下的維養(yǎng)對策主要包括以下三個方面。

（1）檢查內(nèi)容：包括燈具工作狀態(tài)，包括亮度、色溫、頻閃等；照明控制系統(tǒng)的運行情況；燈具外觀，如燈罩的清潔度、燈具的固定穩(wěn)定性等。

（2）檢查規(guī)則：需根據(jù)隧道具體車流量設(shè)定檢查頻次。高流量隧道每月檢查一次，中等流量隧道每季度檢查一次，低流量隧道半年檢查一次。此外，在重大天氣變化后，如暴雨、雪、臺風等，都應進行額外的檢查，確保燈具穩(wěn)定運行。

（3）檢查標準：第一，任何燈具的亮度偏離標準值的10%以上，應當調(diào)整或更換。第二，若發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)存在故障或不穩(wěn)定現(xiàn)象，應當及時進行修復或調(diào)整。第三，燈具外觀應保持清潔，無明顯損壞或變形，固定應穩(wěn)定，如有問題應及時處理。

2.2.2 燈具失效情境下的維養(yǎng)對策

（1）單燈失效。在該次試驗中，可以發(fā)現(xiàn)單燈失效對隧道內(nèi)車輛駕駛員的視覺認知影響較小。因此，對此類失效情況，建議延后維養(yǎng)的方式，即無需立即處理。但為保證隧道照明設(shè)施的長期性能，當發(fā)現(xiàn)此類失效時，建議對失效燈具進行拍照存檔，并將其納入最近的維護計劃中，進行燈具的更換或維修。

（2）雙燈失效。雙燈失效對隧道視覺環(huán)境的影響較為顯著。基于試驗數(shù)據(jù)，對于設(shè)計速度小于60 km/h 的隧道，只有當路面平均亮度低于3 cd/m2時，才需特殊處理。此時，可以考慮對失效燈具附近的單一燈具的光通量進行調(diào)節(jié)，根據(jù)1.3.1 的跳管策略進行光通量的調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)幅度不應大于10%。而對于設(shè)計速度為80 km/h 和100 km/h 的隧道，根據(jù)失效燈具的組合模式（單側(cè)不連續(xù)、雙側(cè)不連續(xù)、單側(cè)連續(xù)、左右對稱失效等），需要采取不同的維養(yǎng)方式，可能涉及對失效燈具所在回路燈具的光通量進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為0%~100%，且不應超過10%。同時，當雙燈失效發(fā)生時，也可利用可變信息情報板限制車輛的行駛速度，以降低燈具失效的影響。

（3）三燈和四燈失效。在這兩種情況下，隧道內(nèi)的照明環(huán)境已經(jīng)明顯受到影響，不能滿足駕駛的視認要求。因此 當三燈失效或四燈失效發(fā)生時，應在24 h 內(nèi)組織維護技術(shù)人員對失效燈具進行處理。根據(jù)燈具的損壞程度，可以進行維修或更換。在等待維修人員到來和處理期間，除了需要采用雙燈失效時的策略外，還應啟動隧道的應急照明，以確保隧道的行車安全。

3 結(jié)語

綜上所述，該文通過全面的試驗研究和綜合分析，深入探討了隧道照明設(shè)施的維養(yǎng)技術(shù)及其在特定工況下的優(yōu)化策略，明確了在單燈和雙燈失效時，隧道內(nèi)的照明環(huán)境仍然可以保證一定的行車安全，但仍需采取一些優(yōu)化策略。而當燈具失效數(shù)量增多時，隧道內(nèi)的照明環(huán)境顯著受到影響，這時需要迅速進行維護，甚至啟動應急照明等措施。并基于試驗結(jié)論，該文提出了一套科學的隧道照明設(shè)施維養(yǎng)技術(shù)，既為隧道照明設(shè)施的實際應用提供了有效的優(yōu)化策略，又為隧道照明設(shè)施的日常維護和應急處理提供了有力的技術(shù)支持。