胡英奎，陳仲林，張青文，翁季，黃珂，林勇

(重慶大學(xué) a. 土木工程學(xué)院；b. 建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045)

?

考慮駕駛員視覺(jué)適應(yīng)的公路隧道入口段亮度確定方法

胡英奎a，b，陳仲林b，張青文b，翁季b，黃珂b，林勇b

(重慶大學(xué) a. 土木工程學(xué)院；b. 建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045)

駕駛員的視覺(jué)適應(yīng)過(guò)程直接影響交通安全。為考慮駕駛員的視覺(jué)適應(yīng)過(guò)程，在確定公路隧道入口段亮度時(shí)，通過(guò)實(shí)測(cè)得到駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中的瞳孔大小變化數(shù)據(jù)，建立了描述駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔面積變化速率最大值與各相關(guān)參數(shù)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。以駕駛員不發(fā)生視覺(jué)障礙的瞳孔面積變化臨界速率為基準(zhǔn)，計(jì)算得到了駕駛員瞳孔面積變化達(dá)到臨界速率時(shí)，隧道入口段的最低亮度，分析了隧道入口段所需最低亮度與洞外亮度之間的關(guān)系，通過(guò)回歸分析建立了隧道入口段亮度與洞外亮度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，得到了考慮駕駛員視覺(jué)適應(yīng)的公路隧道入口段亮度確定方法。

隧道照明；入口段亮度；適應(yīng)亮度；視覺(jué)適應(yīng)；瞳孔大小

由于駕駛員的適應(yīng)亮度變化劇烈，公路隧道入口段附近是交通事故多發(fā)路段。采用科學(xué)的隧道入口段亮度確定方法，有利于合理確定隧道入口段的照明水平，進(jìn)而在確保交通安全的前提下實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能。

對(duì)于隧道入口段亮度的確定方法，國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)在CIE 88—1990[1]中推薦采用k值法，在CIE 88:2004[2]提出采用察覺(jué)對(duì)比法；日本機(jī)動(dòng)交通隧道照明標(biāo)準(zhǔn)(JIS Z 9116—1990)[3]中提出入口段亮度由接近段亮度和考慮設(shè)計(jì)速度的折減系數(shù)確定；歐盟隧道照明標(biāo)準(zhǔn)(CR 14380:2003 E)[4]中列出了L20法、考慮交通狀況的L20法、光幕亮度法、空間和適應(yīng)方法等4種確定隧道入口度亮度的方法；英國(guó)隧道照明設(shè)計(jì)規(guī)范(BS 5489—2:2003+A1：2008)[5]采用了CR 14380:2003 E[4]中的考慮交通狀況的L20法；挪威[6]以洞外適應(yīng)亮度為基礎(chǔ)，考慮交通流量和行車速度確定隧道入口段亮度。中國(guó)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 026.1—1999)[7]采用k值法確定隧道入口段亮度，《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[8]也繼續(xù)采用該方法。杜志剛等[9]通過(guò)行車實(shí)驗(yàn)得到了隧道內(nèi)距離進(jìn)口x處的亮度值；胡松潔[10]提出了短隧道環(huán)境下入口段照明設(shè)置水平；殷穎[11-12]對(duì)比分析了k值法、SRN主觀評(píng)價(jià)法和察覺(jué)對(duì)比法等3種隧道入口段亮度的方法；胡英奎等[13]對(duì)比分析了k值法和最小察覺(jué)對(duì)比法。從已有研究成果可以看出，雖然已對(duì)隧道入口段亮度確定方法開展了大量研究，但研究?jī)?nèi)容主要集中在k值法和察覺(jué)對(duì)比法上。從駕駛員的視覺(jué)特點(diǎn)和需求出發(fā)研究隧道入口段亮度，確保駕駛員在駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中不因光環(huán)境的劇烈變化發(fā)生視覺(jué)障礙，從而確保行車安全，是最直接的隧道入口段亮度確定的方法，而該方法還鮮有研究人員涉及。

筆者在前期研究駕駛員駕車接近隧道過(guò)程中適應(yīng)亮度[14]和瞳孔大小[15]變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)測(cè)得到的駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中的瞳孔大小變化數(shù)據(jù)，提出了考慮駕駛員視覺(jué)適應(yīng)的公路隧道入口段亮度確定方法。

1 光環(huán)境參數(shù)及駕駛員瞳孔大小測(cè)試

為了獲得駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中的瞳孔變化數(shù)據(jù)，2010年8月18日至20日，在福建省境內(nèi)永武(永安—武平)高速公路上的龍井隧道、黃山嶺隧道、石背角隧道和溪背山隧道對(duì)駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程的瞳孔變化及相應(yīng)的光環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試。

1.1 測(cè)試的基本情況

1.1.1 測(cè)試對(duì)象 所測(cè)的4座隧道位于福建省境內(nèi)永武高速公路上，測(cè)試時(shí)間8月份是當(dāng)?shù)厝照兆顝?qiáng)的季節(jié)，測(cè)試的3天均為晴間多云天氣。為了獲得不同的洞外亮度，每天的測(cè)試分早晨(7:00—9:00)、中午(11:00—13:00)和傍晚(16:00—18:00)3個(gè)時(shí)段進(jìn)行；為了獲得不同的入口段亮度，測(cè)試過(guò)程中開啟隧道入口段照明系統(tǒng)的不同回路。測(cè)試時(shí)，駕駛員頭戴眼動(dòng)儀頭盔，盡量以隧道的設(shè)計(jì)速度(80 km/h)駕車進(jìn)入隧道，用眼動(dòng)儀記錄駕駛員的瞳孔大小。用亮度計(jì)測(cè)量隧道洞外亮度和隧道入口段路面亮度。

1.1.2 測(cè)試車輛 考慮所用車輛的代表性和測(cè)試的方便性，測(cè)試選用永武高速公路路政管理部門的工作用車，即由東南三菱生產(chǎn)的三菱君閣(ZINGER)MPV商務(wù)車。測(cè)試用車車況良好，前擋風(fēng)玻璃及前排車窗清潔無(wú)污染。

1.1.3 被測(cè)人員 考慮駕駛員的代表性及駕駛員對(duì)測(cè)試用車的車況和操作較熟悉的要求，選擇了8名男性駕駛員作為被測(cè)人員，被測(cè)人員全部為永武高速公路的路政管理人員。被測(cè)人員的年齡在28～40歲，平均年齡33.4歲，所有被測(cè)人員均無(wú)色盲、色弱情況，校正視力均在5.0以上，為了眼動(dòng)儀測(cè)試的方便，所有駕駛員都不佩戴眼鏡(隱形眼鏡除外)。1.1.4 主要測(cè)試儀器和設(shè)備 用iView X HED眼動(dòng)儀記錄被測(cè)人員的瞳孔大小。眼動(dòng)儀場(chǎng)景攝像機(jī)的采樣頻率為25 Hz，即每40 ms左右采集一幀圖像，眼睛攝像機(jī)的采用頻率為50 Hz，即每20 ms左右對(duì)眼睛采集一次數(shù)據(jù)。用LM-3瞄點(diǎn)式亮度計(jì)測(cè)量路面亮度和洞外景物亮度。用Canon EOS 50D數(shù)碼相機(jī)對(duì)隧道洞口拍照，以記錄隧道外駕駛員視野中的景物組成，與Canon EOS 50D數(shù)碼相機(jī)搭配使用的鏡頭為Canon EF 17-40 mm f/4L USM。

1.2 測(cè)試方法和步驟

1.2.1 亮度測(cè)量 亮度測(cè)量包括隧道入口段亮度測(cè)量和洞外景物亮度測(cè)量。

1)隧道入口段亮度測(cè)量。路面測(cè)點(diǎn)參考CIE 88—1990[1]布置，測(cè)量點(diǎn)布置為3行3列，各測(cè)點(diǎn)處的路面亮度用LM-3瞄點(diǎn)式亮度計(jì)測(cè)量。在各隧道入口段布置測(cè)點(diǎn)后，將亮度計(jì)安放在距路面第一行測(cè)點(diǎn)100 m處的車道中央，測(cè)量時(shí)使用亮度計(jì)的最小視場(chǎng)角0.03°。

2)洞外景物亮度的測(cè)量。實(shí)測(cè)涉及到的隧道洞外景物主要包括路面、植被、天空、洞口、裸露的巖石、護(hù)壁等。洞外景物亮度測(cè)量采用LM-3瞄點(diǎn)式亮度計(jì)的最大視場(chǎng)角，即2°，且取至少3個(gè)不同位置的同種景物亮度的平均值作為該景物亮度的測(cè)量值。測(cè)量洞外亮度時(shí)，亮度計(jì)放置在距洞口一個(gè)安全停車距離處的行車道中心線上。由于天然光環(huán)境變化較快，隧道洞外景物亮度變化也較快。為了方便測(cè)量，對(duì)于一個(gè)隧道的一個(gè)測(cè)試時(shí)段僅測(cè)量一次洞外景物亮度，該時(shí)段的洞外亮度都以該次測(cè)量得到的洞外景物亮度為基礎(chǔ)計(jì)算得到。

1.2.2 洞外景物拍照 對(duì)洞外景物拍照時(shí)，數(shù)碼相機(jī)位于路面中心，相機(jī)鏡頭距路面的高度為1.5 m，相機(jī)鏡頭對(duì)準(zhǔn)隧道口的中心位置，使用鏡頭的廣角端對(duì)隧道洞口及其周圍景物拍照。

1.2.3 瞳孔大小測(cè)量 駕駛員瞳孔大小的測(cè)量采用SMI iViewX HED眼動(dòng)儀。測(cè)試開始前，讓駕駛員將測(cè)試車正對(duì)隧道停在距隧道一段距離(一般距隧道口300 m以上)處。測(cè)試開始，車輛啟動(dòng)后應(yīng)盡快將車速提高到隧道的設(shè)計(jì)行車速度80 km/h，并確保駕車到達(dá)距洞口一個(gè)停車距離(100 m)處時(shí)車速達(dá)到隧道的設(shè)計(jì)行車速度80 km/h左右，然后盡量使行車速度穩(wěn)定在80 km/h，保持勻速行駛。車輛在行駛過(guò)程中不得變換車道。在車輛到達(dá)距隧道洞口一個(gè)安全停車距離前開始記錄瞳孔數(shù)據(jù)，通過(guò)隧道的入口段后停止記錄。每座隧道、每個(gè)時(shí)段有1～3名駕駛員駕車通過(guò)；根據(jù)具體情況，每名駕駛員在一個(gè)時(shí)段駕車通過(guò)一座隧道1～4次。

1.3 測(cè)試結(jié)果

1.3.1 隧道洞外亮度 為了隧道照明設(shè)計(jì)的方便，借用等效光幕亮度Lseq的概念表達(dá)駕駛員在距隧道洞口一個(gè)停車視距處的適應(yīng)亮度，即采用了等效光幕亮度Lseq的計(jì)算方法，但測(cè)量計(jì)算等效光幕亮度Lseq時(shí)未考慮汽車擋風(fēng)玻璃透射比和亮度的影響。用在距隧道洞口一個(gè)停車視距處測(cè)量得到的隧道洞外景物亮度和在距隧道洞口一個(gè)停車視距處所拍照片計(jì)算等效光幕亮度Lseq。

計(jì)算得到的各測(cè)試時(shí)段各隧道的等效光幕亮度Lseq見(jiàn)表1。

表1 各隧道等效光幕亮度亮度Lseq值

1.3.2 駕駛員瞳孔大小 測(cè)試共記錄了8名駕駛員56人次駕車進(jìn)入4座隧道的瞳孔變化數(shù)據(jù)。由于眼動(dòng)儀校準(zhǔn)不準(zhǔn)確、眼動(dòng)儀校準(zhǔn)后頭盔相對(duì)駕駛員的頭部有運(yùn)動(dòng)等原因，造成測(cè)試記錄的17人次的瞳孔變化無(wú)法用于數(shù)據(jù)分析，被判定為無(wú)效數(shù)據(jù)，測(cè)試得到了39人次有效瞳孔變化數(shù)據(jù)。圖1(a)是測(cè)試得到的一個(gè)駕駛員駕車進(jìn)入其中一座隧道過(guò)程中的瞳孔大小變化曲線。為了便于分析駕駛員瞳孔大小變化規(guī)律，采用小波變換的方法對(duì)測(cè)試得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，圖1(b)是對(duì)圖1(a)所示數(shù)據(jù)通過(guò)小波變換降噪后的結(jié)果。

圖1 駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)

2 駕駛員的瞳孔面積變化速率

駕駛員駕車進(jìn)入隧道的過(guò)程中適應(yīng)亮度不斷變化，駕駛員的瞳孔大小也隨之不斷變化。如果適應(yīng)亮度變化過(guò)快，駕駛員的瞳孔大小變化達(dá)到正常視覺(jué)的臨界速率仍無(wú)法適應(yīng)環(huán)境亮度，則會(huì)造成視覺(jué)障礙，進(jìn)而導(dǎo)致交通事故。為了保證在此過(guò)程中的行車安全，需要控制駕駛員瞳孔大小的變化速率在安全范圍內(nèi)。

2.1 駕駛員瞳孔面積變化速率的計(jì)算

實(shí)測(cè)中使用的眼動(dòng)儀每隔約20 ms記錄一次瞳孔大小，即，先記錄下t時(shí)刻的瞳孔大小f(t)，經(jīng)歷Δt時(shí)間(約20 ms)后，記錄下t+Δt時(shí)刻的瞳孔大小f(t+Δ)。由于眼動(dòng)儀記錄瞳孔大小的時(shí)間間隔Δt非常短，可以近似認(rèn)為駕駛員在Δt時(shí)間內(nèi)的瞳孔變化速率保持不變，則Δt時(shí)間內(nèi)的瞳孔變化速率vp可以用式(1)計(jì)算得到。

(1)

將測(cè)量得到的駕駛員瞳孔面積隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)代入式(1)，即得到相應(yīng)的瞳孔面積變化速率，圖1所示瞳孔大小變化過(guò)程的瞳孔面積變化速率如圖2所示。

圖2 駕駛員瞳孔面積變化速率

2.2 駕駛員瞳孔面積變化速率的最大值

使駕駛員能產(chǎn)生正常視覺(jué)的瞳孔面積變化速率最大值稱為瞳孔面積變化的臨界速率，記為vpe。在駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中，影響行車安全的是駕駛員瞳孔面積變化速率的最大值vpmax，如果vpmax超過(guò)了駕駛員瞳孔變化的臨界速率vpe，駕駛員將形成視覺(jué)障礙而發(fā)生交通事故。

在駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中，駕駛員瞳孔面積變化速率除受適應(yīng)亮度變化的影響外，還受駕駛員瞳孔大小個(gè)體差異等因素的影響。分析發(fā)現(xiàn)，在其他條件一定的情況下，將駕駛員在距隧道洞口一個(gè)停車視距處的瞳孔大小Sp100、適應(yīng)亮度Lseq及隧道入口段亮度Lth作為影響駕駛員瞳孔面積變化速率的主要因素。測(cè)試時(shí)已要求駕駛員在進(jìn)入隧道接近段之前就將車速提高到隧道的設(shè)計(jì)行車速度80 km/h，并盡量保持該速度勻速進(jìn)入隧道。測(cè)試中實(shí)際測(cè)到的行車速度v的最大值為86 km/h，最小值為76 km/h，對(duì)應(yīng)的從隧道洞外100 m到洞內(nèi)30 m所需行車時(shí)間分別為5.44、6.16 s，相差只有0.72 s。為了研究方便，將行車速度對(duì)駕駛員瞳孔大小變化帶來(lái)的影響忽略不計(jì)，即未將行車速度作為影響駕駛員瞳孔大小變化的因素。

為了減小測(cè)試過(guò)程中可能產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，在條件許可的情況下，對(duì)于相同的測(cè)試條件(同一測(cè)試時(shí)段、同一隧道、相同的洞外亮度Lseq和入口段亮度Lth)，同一位被測(cè)者可能進(jìn)行了多次測(cè)試。在分析數(shù)據(jù)時(shí)將同一被測(cè)者在相同測(cè)試條件下得到的測(cè)試結(jié)果(vpmax、Sp100)取平均值。

為了得到駕駛員瞳孔面積變化最大值vpmax與其各影響因素(Sp100、Lseq、Lth)之間的關(guān)系，利用回歸分析的方法建立vpmax與Sp100、Lseq、Lth之間數(shù)學(xué)關(guān)系式，如式(2)所示。

vpmax=a·Sp100+b·lnLth+c·lnLseq+d

(2)

式中：vpmax為駕駛員瞳孔面積變化速率的最大值，mm2/s；Sp100為駕駛員在距隧道洞口100 m處的瞳孔面積，mm2；Lseq為距隧道洞口100 m處的適應(yīng)亮度，即隧道的洞外亮度，cd/m2；Lth為隧道入口段的路面亮度，cd/m2；a、b、c、d為系數(shù)。

利用實(shí)測(cè)得到的各變量的值對(duì)式(2)進(jìn)行回歸計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 駕駛員瞳孔面積變化速率最大值表達(dá)式擬合結(jié)果

從表2所列結(jié)果可以看出，式(2)能比較準(zhǔn)確地表達(dá)駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔面積變化速率最大值vpmax與駕駛員瞳孔大小Sp100、隧道洞外亮度Lseq及隧道入口段亮度Lth之間的關(guān)系。

3 隧道入口段亮度的確定

3.1 測(cè)試隧道入口段亮度的確定

式(2)描述了駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔面積變化最大速率vpmax與駕駛員在隧道洞外的瞳孔面積Sp100、隧道洞外亮度Lseq、隧道入口段亮度Lth之間的關(guān)系。式(2)可以改寫為

(3)

在已知駕駛員瞳孔面積變化最大速率vpmax、駕駛員在隧道洞外的瞳孔面積Sp100和隧道洞外亮度Lseq的情況下，可以按式(3)計(jì)算得到相應(yīng)的隧道入口段亮度。駕駛員瞳孔面積變化的臨界速率vpe是在保證駕駛員正常視覺(jué)功能的前提下所允許的瞳孔面積變化速率的最大值，如果將式(3)中的瞳孔面積變化最大速率vpmax取值為駕駛員瞳孔面積變化的臨界速率vpe，則按式(3)計(jì)算得到的隧道入口段亮度Lth即為在特定的隧道洞外亮度條件下、確保該駕駛員不出現(xiàn)視覺(jué)障礙所允許的隧道入口段亮度的最小值。即，對(duì)于特定的駕駛員和特定的隧道洞外亮度，保證行車安全所需的隧道入口度亮度可以按照式(4)計(jì)算得到。

(4)

駕駛員瞳孔面積變化臨界速率可以按式(5)計(jì)算得到[16]。

vpe=0.671 5Sp100

(5)

將測(cè)量得到的Sp100和Lseq、計(jì)算得到的vpe及表2所列參數(shù)a、b、c、d的取值代入式(4)，即可計(jì)算得到各隧道在各測(cè)試時(shí)段保證各駕駛員行車安全的入口段亮度。

為了減小測(cè)試產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，提高測(cè)試精度，在條件許可的情況下，有的隧道在同一測(cè)試時(shí)段(對(duì)應(yīng)同一個(gè)洞外亮度)進(jìn)行了多次測(cè)試。根據(jù)對(duì)不同測(cè)試者的測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到的同一隧道在同一時(shí)段的入口段亮度值不完全相同，即使是根據(jù)同一測(cè)試者的多次測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到的同一隧道在同一時(shí)段的入口段亮度值也不完全相同，但根據(jù)不同測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到的同一隧道在同一時(shí)段的入口度亮度值差別不大。如果以同一隧道在同一時(shí)段的多次測(cè)試的計(jì)算結(jié)果中最小的隧道入口段亮度值為準(zhǔn)，則基于不同測(cè)試的計(jì)算結(jié)果相對(duì)誤差最大值僅為11.97%，因此，可以近似認(rèn)為根據(jù)同一隧道在同一時(shí)段的不同測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到的隧道入口段亮度相同，即隧道入口段亮度與洞外亮度一一對(duì)應(yīng)。為了描述隧道入口段亮度與洞外亮度之間的關(guān)系，對(duì)根據(jù)同一隧道在同一時(shí)段的多次測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到的多個(gè)入口段亮度取平均值，將該平均值作為該隧道在該時(shí)段(對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的洞外亮度)的入口段亮度，計(jì)算得到的各隧道在各測(cè)試時(shí)段的隧道入口段亮度及與洞外亮度的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 測(cè)試隧道在測(cè)試時(shí)段入口段亮度的計(jì)算值

3.2 隧道入口段亮度與洞外適應(yīng)亮度的關(guān)系

表3所列計(jì)算得到的隧道入口段亮度Lth與隧道洞外亮度Lseq之間的關(guān)系如圖4所示。

圖3 Lth與Lseq的關(guān)系散點(diǎn)圖

從圖4可以看出，隧道入口段亮度Lth與隧道洞外亮度Lseq之間基本呈現(xiàn)出線性相關(guān)關(guān)系。建立線性函數(shù)模型來(lái)描述Lth與Lseq之間的關(guān)系，見(jiàn)式(6)。

Lth=p·Lseq+q

(6)

式中:p、q為系數(shù)。利用表3中所列數(shù)據(jù)對(duì)式(6)進(jìn)行擬合計(jì)算。擬合計(jì)算結(jié)果：p=0.62、q=4.88。式(6)即為

Lth=0.62Lseq+4.88

(7)

擬合計(jì)算的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.98，標(biāo)準(zhǔn)差SE=7.72。根據(jù)擬合結(jié)果計(jì)算得到的隧道入口段亮度與表3中所列根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果計(jì)算得到的隧道入口段亮度之間的相對(duì)誤差見(jiàn)表4。

需要說(shuō)明的是，用來(lái)描述隧道入口段亮度Lth與洞外亮度Lseq之間函數(shù)關(guān)系的式(7)是在行車速度為80 km/h左右的測(cè)試條件下得到的。由于駕駛員瞳孔面積變化速率最大值除了受數(shù)據(jù)分析過(guò)程中已經(jīng)考慮的駕駛員在隧道洞外的瞳孔面積Sp100、隧道洞外亮度Lseq、隧道入口段亮度Lth等變量的影響外，還受行車速度的影響。因此，式(7)成立的前提條件是行車速度為80 km/h左右，即式(7)僅適用于設(shè)計(jì)行車速度為80 km/h左右的隧道照明設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

通過(guò)實(shí)測(cè)得到了駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔面積變化速率的最大值，在此基礎(chǔ)上分建立了描述駕駛員駕車進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔面積變化速率最大值與各相關(guān)參數(shù)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。用駕駛員不發(fā)生視覺(jué)障礙的瞳孔面積變化臨界速率為基準(zhǔn)，計(jì)算得到了駕駛員瞳孔面積變化達(dá)到臨界速率時(shí)隧道入口段的最低亮度。分析隧道入口段亮度與洞外亮度之間的關(guān)系，用回歸分析的方法建立了隧道入口段亮度與洞外亮度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。該方法即為根據(jù)駕駛員視覺(jué)適應(yīng)確定隧道入口段亮度的方法。

由于實(shí)測(cè)條件的限制，僅對(duì)設(shè)計(jì)行車速度為80 km/h的隧道進(jìn)行了實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)的行車速度也都在80 km/h左右，在隧道入口段亮度計(jì)算模型建立過(guò)程中，無(wú)法將行車速度作為變量考慮。但已有研究表明，行車速度是決定隧道入口段亮度的關(guān)鍵參數(shù)之一。因此，建立的隧道入口段亮度計(jì)算模型僅適用于設(shè)計(jì)行車速度為80 km/h左右的公路隧道。對(duì)于其他不同設(shè)計(jì)行車速度的公路隧道，還需要進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)測(cè)分析，才能建立其入口段亮度計(jì)算模型。

[1] CIE. Guide for the lighting of road tunnels and underpasses: CIE 88-1990 [R]. CIE Central Bureal, 1990.

[2] CIE. Guide for the lighting of road tunnels and underpasses: CIE 88:2004 [R]. CIE Central Bureau, 2004.

[3] Japanese Standards Association. Light of tunnels for motorized traffic: JIS Z 9116-1990 [S]. Japanese Standards Association, 1991.

[4] CEN. Lighting applications-Tunnel lighting: CR 14380-2003 [R]. European Committee for Standardization, 2003.

[5] BSI. Code of practice for the design of road lighting-Part 2: Lighting of tunnels [S]. London,UK, 2008.

[6] Norwegian Public Roads Administration. Road tunnels [M]. NPRA Printing Center, 2004.

[7] 中華人民共和國(guó)交通部. 公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范: JTJ 026.1—1999 [S]. 北京: 人民交通出版社, 2000.

Ministry of Transport of the People’s Republic of China. Specifications for design of ventilation and lighting of highway tunnel: JTJ 026.1--1999 [S]. Beijing: China Communocations Press, 2000.(in Chinese)

[8] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部. 公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則: JTG/T D70/2-01—2014 [S]. 北京: 人民交通出版社股份有限公司, 2014.

Ministry of Transport of the People’s Republic of China. Guidelines for design of lighting of highway tunnels: JTG/T D70/2-01-2014 [S]. Beijing: China Communocations Press, 2014.(in Chinese)

[9] 杜志剛, 潘曉東, 郭雪斌. 高速公路隧道進(jìn)出口視覺(jué)適應(yīng)實(shí)驗(yàn)[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 39(12): 1998-2001.

DU Z G, PAN X D, GUO X B. Experimental studies of visual adaptationon driving through freeway tunnel's entrance and exit [J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2007, 39(12): 1998-2001.(in Chinese)

[10] 胡松潔. 承德地區(qū)高速公路短隧道照明研究[D]. 天津: 河北工業(yè)大學(xué), 2010.

HU S J. The research in short tunnel lighting of highway in the region of Chengde [D]. Tianjin: Hebei University of Technology, 2010.(in Chinese)

[11] 殷穎, 陳仲林, 崔璐璐. 隧道入口段亮度計(jì)算方法比較研究[J]. 燈與照明, 2008, 32(2): 20-24.

Yin Y, Chen Z L, Cui L L. Comparative study on the computing method ofluminance of tunnel threshold zone [J]. Light & Lighting, 2008, 32(2): 20-24.(in Chinese)

[12] 殷穎. 隧道入口段亮度計(jì)算方法研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2008.

Yin Y. Study on the computing method of luminance of tunnel threshold zone [D]. Chongqing: Chongqing University, 2008.(in Chinese)

[13] 胡英奎, 翁季, 張青文, 等. 基于駕駛員瞳孔變化確定隧道入口段亮度的方法[J]. 燈與照明, 2011, 35(4): 10-13.

HU Y K, WENG J, ZHANG Q W, et al. Calculation method of road tunnel threshold zoneluminance based on drivers’pupil size change rules [J]. Light & Lighting, 2011, 35(4): 10-13.(in Chinese)

[14] 胡英奎, 陳仲林, 張青文, 等. 駕車接近隧道過(guò)程中駕駛員瞳孔大小變化規(guī)律[J]. 土木建筑與環(huán)境工程, 2015, 37(6): 106-113.

HU Y K, CHEN Z L, ZHANG Q W, et al. Changing rule of drivers’ pupil size as driving into tunnels [J]. Journal of Civil, Architectural & Environmental Engineering, 2015, 37(6): 106-113.(in Chinese)

[15] 胡英奎, 陳仲林, 張青文, 等. 駕車接近隧道過(guò)程中駕駛員的適應(yīng)亮度變化規(guī)律[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 39(1): 98-104.

HU Y K, CHEN Z L, ZHANG Q W, et al. Drivers’ adaptation luminance changing rule when driving into tunnels [J]. Journal of Chongqing University, 2016, 39(1): 98-104.(in Chinese)

[16] 胡英奎. 基于視覺(jué)適應(yīng)的公路隧道入口段亮度研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2013.

HU Y K. Study on the luminance of road tunnel threshold zone based on drivers’ visual adaptation [D]. Chongqing: Chongqing University, 2013.(in Chinese)

(編輯 王秀玲)

Tunnel threshold zone luminance determined method based on drivers’ visual adaptation

Hu Yingkuia, b, Chen Zhonglinb, Zhang Qingwenb, Weng Jib, Huang Keb, Lin Yongb

(a. School of Civil Engineering; b. Faculty of Architecture and Urban Planning, Chongqing University, Chongqing 400045, P. R. China)

Drivers’ visual adaptation influenced traffic safty. In order to consider drivers’ visual adaptation directly when determine road tunnel threshold zone luminance, drives’ pupil size data were measured when they driving into tunnels, and established a mathematical model to describe the relationship between the max speeds of drivers’ pupil area changes and related parameters. The maximum speed of drivers’ pupil size changes, which could ensure drivers’ visual function, were confirmed as critical speeds. The minimum tunnel threshold zone luminance was calculated based on the critical speeds, the relationship between the minimum tunnel threshold zone luminance and corresponding access zone luminance were analyzed, a mathematical model was established to describe the relationship between tunnel threshold zone luminance and access zone luminance with regression method, tunnel threshold zone luminance determined method was proposed based on drivers’ visual adaptation.

tunnel lighting; threshold zone luminance; adaptation luminance; visual adaptation; pupil size

2016-03-15

國(guó)家自然科學(xué)基金(51278507、50908240)

胡英奎(1978-)，男，博士，主要從事交通照明研究，(E-mai)hyk@cqu.edu.cn。

Foundation item：National Natural Science Foundation of China (No.51278507,50908240)

TU113.6; U453.7

A

1674-4764(2016)04-0020-07

10.11835/j.issn.1674-4764.2016.04.004

Received:2016-03-15

Author brief：Hu Yingkui (1978- ), PhD, main research interest: tunnel and road lighting, (E-mai)hyk@cqu.edu.cn.