卓曦 朱沁茹 王家主 楊龍清 唐璐璐

摘 要：為減少彩色路面環(huán)境下隧道照明能耗，提高駕駛舒適性，給出照明區(qū)段及路面顏色劃分方法。進而通過E-prime模擬和擺值測試，分別研究反應時間和縱向摩阻系數(shù)，在此基礎上，提出基于停車視距的入口段彩色路面長度公式。然后利用DIALux軟件生成仿真隧道行車視頻，并通過該視頻的駕駛眼動實驗，建立基于趨勢面擬合的瞳孔面積模型，提出基于瞳孔面積變化速率的銜接段彩色路面長度公式，從而得出基于照明區(qū)段優(yōu)化的隧道彩色路面長度計算方法。最后以福建省某隧道為例進行成果試算和驗證。驗證結(jié)果表明：在滿足照明區(qū)段的亮度需求時，與現(xiàn)狀方案相比，優(yōu)化方案的照明能耗達8.15 kW，降低了1.28 kW。本文研究成果可優(yōu)化隧道彩色路面設計和施工，進而有助于優(yōu)化照明燈具布置，實現(xiàn)節(jié)能減排。

關鍵詞：交通工程;隧道;彩色路面;長度;照明區(qū)段;眼動實驗;停車視距

中圖分類號：U491

文獻標識碼： A

隨著節(jié)能減排日益受到重視，公路隧道照明優(yōu)化成為降低電能消耗的重要手段。由于彩色路面可有效提高亮度系數(shù)和駕駛舒適性，該類型路面有利于優(yōu)化隧道照明燈具布置，進而實現(xiàn)交通節(jié)能減排。然而隧道彩色路面鋪筑長度多根據(jù)實踐工程經(jīng)驗，施工主觀性較大。若隧道彩色路面長度設置不合理，不能充分發(fā)揮彩色路面的照明優(yōu)化功能。因此結(jié)合照明區(qū)段優(yōu)化，研究隧道不同顏色的彩色路面長度有助于定量化該類型路面施工工藝，提高其節(jié)能減排和安全舒適的功效。

針對隧道彩色路面問題，國內(nèi)外相關研究集中于路面材料和視覺環(huán)境等方面。在路面材料方面，M. Takahashia等[1]提出隧道路面養(yǎng)護的彩色環(huán)氧瀝青混合料，并通過跟蹤觀測，確認其工程可行性。Tianqing Ling等[2]通過一系列實驗，給出結(jié)合碎玻璃和有色碎石的彩色瀝青混合料，進而驗證了該類型材料的高溫穩(wěn)定性、抗滑性、透水性等性能。王家主[3]結(jié)合室內(nèi)實驗，通過依托工程施工和檢測，提出彩色抗滑超薄鋪裝在公路隧道瀝青路面的應用方法。王兆林[4]闡述了冷涂型彩色防滑路面的表面構(gòu)造，并通過制作試樣，對該類型路面進行了性能實驗。在視覺環(huán)境方面，Ming Xu等[5]基于隧道進出口亮度變化規(guī)律，分析了瞳孔面積與亮度的關系，以改善視覺環(huán)境。王婷等[6]利用3ds Max和E-prime軟件進行模擬實驗，研究了高速公路隧道出口視覺環(huán)境改善方法。該方法采用逆反射的路面標志標線和彩色瀝青，構(gòu)建多頻、多色彩、韻律感的逆反射視覺環(huán)境。陳雨人等[7]建立了基于支持向量機的視距計算模型，并將該模型應用于實際隧道視距檢驗中，發(fā)現(xiàn)橫向減速標線配合彩色路面可對隧道入口段進行有效速度控制，從而降低行車視距的需求?？梢妵鴥?nèi)外相關研究鮮有考慮隧道彩色路面顏色組合和長度，以及隧道照明區(qū)段與彩色路面的相互協(xié)調(diào)關系，不利于在彩色路面長度設置的基礎上進一步優(yōu)化照明節(jié)能。

針對雙向交通隧道，假設隧道路面采用彩色抗滑超薄鋪裝，照明區(qū)段與其對應的彩色路面長度一致，本文分析彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段及路面顏色，然后給出基于停車視距的入口段彩色路面長度模型和基于瞳孔面積變化速率的銜接段彩色路面長度模型，從而提出基于照明區(qū)段優(yōu)化的隧道彩色路面長度計算方法。本文研究成果適用于隧道彩色路面長度定量分析，有利于彩色路面施工優(yōu)化。

1 彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段及顏色劃分

由于隧道不同照明區(qū)段的亮度需求有所差異，采用不同的路面顏色，有助于提高駕駛員舒適度，優(yōu)化照明燈具布置。

（1）彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段

根據(jù)公路隧道照明設計細則[8]，雙向交通隧道照明劃分為入口段、過渡段、中間段、洞外引道照明以及洞口接近段減光設施。其中，入口段是為駕駛員視覺適應隧道洞內(nèi)外亮度差而設置的照明區(qū)段;過渡段是為駕駛員視覺適應隧道入口段與中間段亮度差而設置的照明區(qū)段;中間段位于隧道中部，滿足行車的基本照明需求;接近段是隧道洞外的特定區(qū)段，并無照明需求。

6 結(jié)語

通過優(yōu)化彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段，給出隧道彩色路面顏色組合方法，進而通過仿真和擺值實驗，給出基于停車視距的入口段彩色路面長度模型，并通過基于駕駛眼動實驗的瞳孔面積測試，分析瞳孔面積與速度、路面顏色的相互關系，建立基于瞳孔面積變化速率的銜接段彩色路面長度模型，從而提出基于照明區(qū)段優(yōu)化的隧道彩色路面長度計算方法。最后以福建省某隧道為例，在滿足亮度需求的前提下，對比彩色路面現(xiàn)狀和優(yōu)化狀態(tài)下實例隧道的照明能耗。本文研究得到如下結(jié)論：

（1）提出彩色路面環(huán)境下隧道照明區(qū)段和路面顏色劃分方法。該方法提出隧道照明銜接段，并給出照明區(qū)段與路面顏色的搭配模式。

（2）建立基于停車視距的隧道入口段彩色路面長度模型。該模型基于心理和擺值實驗，考慮反應時間和摩阻系數(shù)，體現(xiàn)了駕駛心理和抗滑能力對彩色路面停車視距的影響。

（3）建立基于瞳孔面積變化速率的隧道銜接段彩色路面長度模型。該模型明確了路面顏色漸變區(qū)域的駕駛員瞳孔面積變化規(guī)律，進而利用瞳孔面積變化速率的中位數(shù)，給出銜接段長度定量計算方法。

（4）提出了基于照明區(qū)段優(yōu)化的隧道彩色路面長度計算方法，并進行實例分析。實例分析表明：由于照明區(qū)段和路面顏色、長度優(yōu)化，亮度需求逐步過渡，且隨著路面顏色從暗適應到淺色的演變，隧道路面光線反射比呈現(xiàn)規(guī)律性變化。在滿足亮度需求的情況下，優(yōu)化方案的照明能耗和駕駛舒適性優(yōu)于現(xiàn)狀方案。

（5）下一步將深入研究隧道洞外接入段與入口段路面顏色的協(xié)調(diào)關系，以及通過眼動實驗，定量探討彩色路面環(huán)境下隧道駕駛舒適性，進一步完善彩色路面長度算法，從而提出更為綜合、全面的隧道彩色路面長度計算理論。

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（責任編輯：曾 晶）