梁 波 董 越 閆自海 羅建強(qiáng) 牛佳安

（1.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074；2.重慶交通大學(xué)省部共建山區(qū)橋梁與隧道工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400074；3.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司 杭州 311122）

0 引 言

中長(zhǎng)隧道具有中間段距離長(zhǎng)，路面亮度較低的特點(diǎn)，駕駛環(huán)境相對(duì)較差，給駕駛員安全帶來(lái)威脅。因此，有必要改善隧道中間段的光環(huán)境。瞳孔直徑作為生物量指標(biāo)之一，對(duì)光環(huán)境的好壞反應(yīng)非常敏感。實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家赤瑞特拉通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)人類從外界獲得的信息有95%來(lái)自于視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)，其中由眼睛獲得的視覺(jué)信息占80%以上[1]。光環(huán)境的好壞對(duì)人眼信息的獲取有著至關(guān)重要的作用。然而，由于隧道特殊的半封閉式管狀結(jié)構(gòu)，隧道內(nèi)光環(huán)境相比于隧道外有很大的區(qū)別。當(dāng)駕駛員駕車行駛于隧道中時(shí)，不良的光環(huán)境會(huì)給視覺(jué)帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)荷，威脅駕駛安全。

在改善隧道內(nèi)行車環(huán)境方面，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者從改善隧道內(nèi)光環(huán)境的角度出發(fā)，來(lái)探究光環(huán)境與駕駛安全性的關(guān)系，并取得了良好的效果。梁波等[2-4]將蓄能發(fā)光反光涂料應(yīng)用于隧道側(cè)壁，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蓄能發(fā)光反光涂料可顯著改善隧道光環(huán)境，有效降低照明能耗，提高駕駛安全性；此外，Qin等[5]、Chen等[6]、Kircher等[7]都以隧道側(cè)壁為研究對(duì)象通過(guò)改變顏色和裝飾的方式來(lái)改善駕駛環(huán)境提高駕駛安全性；杜志剛等[8-9]提出通過(guò)加強(qiáng)隧道內(nèi)的弱視覺(jué)參照系和視線誘導(dǎo)系統(tǒng)的方式來(lái)改善隧道光環(huán)境，有效地減少了駕駛員地視錯(cuò)覺(jué)和不良駕駛行為；徐萌等[10]提出在隧道中間段設(shè)置特殊顏色燈光帶作為視覺(jué)濾波帶，發(fā)現(xiàn)紅色特殊色彩燈光帶在引起視覺(jué)符合的范圍內(nèi)能夠滿足駕駛安全需求；方松等[11]把駕駛員的視覺(jué)特性作為參考指標(biāo)，探究了不同長(zhǎng)度光學(xué)隧道對(duì)人眼特性的影響規(guī)律，為交通安全設(shè)施的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)；張曉堅(jiān)等[12]分析了不同朝向公路隧道的眩光影響，為隧道接近段的行車視覺(jué)環(huán)境改善提供了依據(jù)。在燈具色溫方面，朱合華等[13]通過(guò)研究隧道內(nèi)燈具色溫對(duì)駕駛員生理、心理的影響，提出了隧道不同照明段燈具色溫選取的建議值；劉英嬰等[14]通過(guò)分析光源色溫與反應(yīng)時(shí)間和瞳孔面積之間的關(guān)系，提出了適用于隧道入口處與中間段的照明光源色溫；李柯等[15]利用DIAlux軟件對(duì)川西高原的二、三級(jí)公路隧道的照明環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，得出巴郎山隧道燈具布設(shè)形式應(yīng)采用沿中線布設(shè)的結(jié)論。

光環(huán)境好壞的實(shí)質(zhì)就是周圍環(huán)境所傳遞的信息與駕駛員感知信息相匹配的問(wèn)題。在隧道光環(huán)境照明質(zhì)量感知方面。文競(jìng)舟等[16]、陳孟柯等[17]都把駕駛員的眼動(dòng)特性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別探究了車型和隧道轉(zhuǎn)向，隧道不同分段與駕駛安全之間的關(guān)系。閻瑩等[18]、葉飛等[19]將瞳孔面積作為試驗(yàn)指標(biāo)，來(lái)探究隧道洞口處景觀以及隧道連接段間瞳孔面積與環(huán)境光照度間的關(guān)系，并提出光照度推薦值及優(yōu)化方案；胡英奎等[20]通過(guò)建立在進(jìn)入隧道過(guò)程中駕駛員瞳孔面積最大變化值與各參數(shù)間的數(shù)學(xué)模型，分析得到在考慮視覺(jué)適應(yīng)條件下的隧道入口段的亮度確定方法；潘曉東等[21]應(yīng)用“瞳孔面積最大瞬態(tài)速度值（MTPA）”視覺(jué)負(fù)荷評(píng)價(jià)指標(biāo)研究了隧道進(jìn)出口的視覺(jué)障礙對(duì)駕駛員的影響，并據(jù)此提出了改善隧道進(jìn)出口“黑洞”和“白洞”效應(yīng)的措施；焦方通等[22]將瞳孔面積最大瞬時(shí)值作為隧道出入口的視覺(jué)舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)，并分析了出入隧道過(guò)程中不同位置的視覺(jué)負(fù)荷。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在改善隧道光環(huán)境提高駕駛安全性方面做了很多研究，且也利用相關(guān)眼動(dòng)參數(shù)開(kāi)展了光環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，但大多只從單一因素出發(fā)考慮對(duì)隧道光環(huán)境的影響，缺乏對(duì)多種因素條件下隧道光環(huán)境敏感性規(guī)律的研究，并且評(píng)價(jià)樣本大多采用室內(nèi)試驗(yàn)和軟件分析，缺乏行車真實(shí)感和空間層次感的眼動(dòng)感知試驗(yàn)研究。筆者通過(guò)自主研發(fā)的室內(nèi)模擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展動(dòng)態(tài)行車試驗(yàn)，將瞳孔直徑作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析駕駛員瞳孔特征對(duì)燈具布置方式、側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度、側(cè)壁反光涂料顏色、LED光源色溫等4個(gè)因素的敏感性規(guī)律。

1 光環(huán)境參數(shù)設(shè)置

隧道光環(huán)境受到光源、側(cè)壁材料、路面、拱頂?shù)榷喾N因素的影響，因隧道路面，拱頂?shù)姆瓷渎实停瑢?duì)隧道光環(huán)境的影響較小。因此，本文考慮將燈具布置方式、側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度、側(cè)壁反光涂料顏色、LED光源色溫作為試驗(yàn)因素。

1.1 側(cè)壁反光材料鋪設(shè)高度設(shè)置

在試驗(yàn)中側(cè)壁反光材料鋪設(shè)高度選擇上，依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的公路隧道照明規(guī)范JTG T D7 02—01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[23]規(guī)定，隧道側(cè)壁不低于2 m的高度應(yīng)鋪設(shè)反射率不低于0.7的材料，故側(cè)壁反光材料鋪設(shè)的高度分別設(shè)置為2，2.5，3，3.5 m。

1.2 側(cè)壁反光材料顏色選取

在側(cè)壁反光材料顏色選取上，根據(jù)浦肯野效應(yīng)，即人們從晝視覺(jué)向夜視覺(jué)轉(zhuǎn)變時(shí)，人眼對(duì)光的最大敏感性向高頻方向移動(dòng)。于是在明適應(yīng)時(shí)紅色和橙色看起來(lái)比較亮，而在暗適應(yīng)時(shí)則藍(lán)色看起來(lái)比較亮。但紅色穿透力強(qiáng)，具有禁止、危險(xiǎn)的涵義，對(duì)人的視覺(jué)刺激過(guò)于強(qiáng)烈，故在交通安全色彩設(shè)計(jì)中要慎用紅色[24]。

隧道側(cè)壁最常用顏色為白色。在其他顏色的選擇上，因?yàn)榘颠m應(yīng)時(shí)藍(lán)色看起來(lái)比較亮，綠色常見(jiàn)于道路景觀中，藍(lán)色和綠色為冷色，均為后退色，此外，黃色也是道路景觀中的常見(jiàn)色，作為前進(jìn)色，黃色帶給人醒目的效果，且相比與紅色和橙色，帶給人的視覺(jué)刺激弱。故從綜合考慮的角度，本試驗(yàn)中選用黃色、白色、綠色和藍(lán)色進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 燈具色溫設(shè)置

Pardo等[25]通過(guò)研究LED光源色溫對(duì)測(cè)試者辨色能力的影響，發(fā)現(xiàn)LED相關(guān)色溫低于6 500 K時(shí)，測(cè)試者對(duì)顏色辨別力隨LED相關(guān)色溫的增加而增加。通過(guò)比較市場(chǎng)上常采用的隧道燈具色溫，發(fā)現(xiàn)隧道LED燈具色溫范圍為4 000～6 000 K，且新推出LED燈具相比于老款LED燈，其色溫通常具有較高的值。故本試驗(yàn)在LED燈色溫選取上，分別選用色溫為3 500，4 500，5 500，6 500 K。

1.4 燈具布設(shè)方式設(shè)置

燈具布置方式與光通量取值設(shè)置均依據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》。為嚴(yán)格控制試驗(yàn)變量，假設(shè)試驗(yàn)中LED燈光效（某一光源發(fā)出的光通量與其消耗功率的比值）相同。試驗(yàn)將在保證照明總功耗不變的前提下，探究布燈方式對(duì)隧道環(huán)境下照明效果的影響。燈具布設(shè)形式見(jiàn)表1。

表1 燈具布置形式Tab.1 Layout of lamps and lanterns

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是試驗(yàn)設(shè)計(jì)中常用的1種方法。它是解決多因素試驗(yàn)問(wèn)題的有效統(tǒng)計(jì)方法，具有均衡分散和整齊可比的特點(diǎn)。所謂均衡分散，是指正交表挑選出來(lái)的各因素水平組合在全部水平組合中的分布是均勻的。整齊可比是指每個(gè)因素的各水平間具有可比性。因?yàn)檎槐碇忻總€(gè)因素的任一水平下都均衡地包含著另外因素的各個(gè)水平，當(dāng)比較某因素不同水平時(shí)，其他因素的效應(yīng)都彼此抵消。

因此，本文選取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)置A（燈具布設(shè)方式）、B（側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度）、C（側(cè)壁反光涂料顏色）、D（LED光源色溫）共4個(gè)因素。每個(gè)因素設(shè)置4個(gè)水平，因素水平表見(jiàn)表2。通過(guò)正交試驗(yàn)方案，得到不同工況下隧道照明光環(huán)境中各試驗(yàn)因素的優(yōu)化水平組合。

表2 試驗(yàn)因素水平Tab.2 Tested factor level table

3 動(dòng)態(tài)行車模擬試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)為4因素4水平試驗(yàn)，不考慮交互作用，4因素共占4列，選L16（45）正交表最合適，并有1空列（E），可以作為試驗(yàn)誤差以衡量試驗(yàn)的可靠性。共計(jì)16組照明試驗(yàn)方案，試驗(yàn)方案見(jiàn)表3。

表3 照明試驗(yàn)方案Tab.3 Lighting test scheme

3.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皡?shù)

本文采用當(dāng)今市場(chǎng)上最具照明功效的燈光照明設(shè)計(jì)軟件DIALux來(lái)搭建試驗(yàn)所需的動(dòng)畫(huà)模型。為最大限度地還原真實(shí)的駕駛情況，按照我國(guó)現(xiàn)行的《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》，設(shè)置隧道照明入口段、中間段與出口段。并參照J(rèn)TG 3370.1—2018《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[26]建立隧道仿真模型。本次設(shè)計(jì)隧道為雙車道隧道，隧道凈寬10.25 m，即3.75×2 m（行車道）+0.75×2 m（檢修道）+0.5 m（左側(cè)向?qū)挾龋?0.75 m（右側(cè)向?qū)挾龋薷?.0 m，斷面高7.12 m。交通特性為單向交通，行車設(shè)計(jì)速度為60 km/h。為保證測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠，隧道不宜過(guò)短，經(jīng)調(diào)整隧道模型后最終長(zhǎng)度為400 m。中間段燈具布置見(jiàn)表4，入口段及出口段隧道照明設(shè)置見(jiàn)表5。

表4 中間段燈具設(shè)置Tab.4 Settings of middle lamps

表5 入口段及出口段隧道照明設(shè)置Tab.5 Tunnel lighting settings at the entrance and exit sections

模型建立完成后，通過(guò)菜單中的“保存三維視頻”來(lái)導(dǎo)出所需視頻。導(dǎo)出視頻前，須對(duì)攝像機(jī)路徑進(jìn)行定義，本次模型建模過(guò)程中，以空間坐標(biāo)中x軸作為隧道中心線，攝像機(jī)路徑即為x軸。模擬動(dòng)畫(huà)視頻截圖（中線布燈+2 m+黃色+3 500 K）見(jiàn)圖1。

圖1 模擬動(dòng)畫(huà)視頻截圖（中線布燈+2 m+黃色+3 500 K）Fig.1 Screenshot of the simulated animation video(centerline light+2 m+yellow+3 500 K）

3.3 試驗(yàn)測(cè)試

模擬試驗(yàn)在由團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的室內(nèi)模擬仿真平臺(tái)上進(jìn)行。該試驗(yàn)平臺(tái)由視頻投影系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和模擬駕駛系統(tǒng)構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)行車模擬和對(duì)眼動(dòng)參數(shù)的采集。

本次試驗(yàn)共選取30名測(cè)試人員，年齡在23～32周歲，均是取得駕駛資格證，且具備一定駕駛經(jīng)驗(yàn)的非職業(yè)駕駛?cè)恕y(cè)試人員分3組（每組10人）進(jìn)行測(cè)試，編號(hào)分別為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ。為提高統(tǒng)計(jì)分析的精度以及數(shù)據(jù)的可靠性，同時(shí)減小數(shù)據(jù)誤差，每位測(cè)試人員分別進(jìn)行3次試驗(yàn)，測(cè)試人員相關(guān)信息見(jiàn)表6。

表6 測(cè)試人員信息Tab.6 Personnel information of the test subjects

試驗(yàn)步驟如下。

1）對(duì)投影設(shè)備調(diào)試，保證行車模擬視頻投影于曲面屏幕時(shí)不出現(xiàn)歪斜、畫(huà)面過(guò)小過(guò)大等狀況。

2）SMI眼動(dòng)儀調(diào)試，測(cè)試人員佩戴SMI眼動(dòng)儀進(jìn)行眼動(dòng)儀標(biāo)定，確保視線落點(diǎn)位置與眼動(dòng)儀采集點(diǎn)位置同步，眼動(dòng)儀調(diào)試過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 眼動(dòng)儀調(diào)試過(guò)程Fig.2 Debugging process of the eye tracker

3）采集數(shù)據(jù)試驗(yàn)，關(guān)閉外部燈具及門(mén)窗，模擬隧道暗環(huán)境，保證每位試驗(yàn)人員有足夠的時(shí)間來(lái)適應(yīng)環(huán)境和穩(wěn)定心理狀態(tài)。試驗(yàn)人員佩戴并適應(yīng)SMI眼動(dòng)儀，播放行車模擬視頻。試驗(yàn)人員依次佩戴SMI眼動(dòng)儀進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。

4）輸出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用ThinkPad筆記本電腦以及自帶數(shù)據(jù)處理軟件記錄數(shù)據(jù)并輸出進(jìn)行處理。試驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)圖3

圖3 試驗(yàn)過(guò)程Fig.3 Test process

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)室內(nèi)模擬仿真平臺(tái)開(kāi)展試驗(yàn)，得到3組測(cè)試人員的平均瞳孔直徑數(shù)據(jù)，見(jiàn)表7。

表7 參數(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果Tab.7 Test results of parameter indices

4.1 試驗(yàn)結(jié)果極差分析

采用極差分析法分析本次正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果。極差分析法又稱直觀分析法，極差的大小能反應(yīng)試驗(yàn)中各因素影響程度的大小，極差越大則因素的影響程度越大。極差分析的指標(biāo)見(jiàn)式（1）～（2）。

式中：Ki為某列所對(duì)應(yīng)水平i的試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)之和；Ni為某列所對(duì)應(yīng)水平i的試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)；R為極差。

以下通過(guò)對(duì)平均瞳孔直徑這一參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行極差分析，探究燈具布設(shè)方式、側(cè)壁材料布設(shè)高度、側(cè)壁反光涂料顏色、不同色溫LED光源這4類因素在改善隧道照明光環(huán)境上的影響，同時(shí)區(qū)分各因素的主次。計(jì)算各水平的K值，得到影響因素極差分析結(jié)果，見(jiàn)表8。

表8 指標(biāo)極差計(jì)算結(jié)果Tab.8 Calculation results of the index range

由表8中各因素所對(duì)應(yīng)極差的大小順序可以得出，各因素對(duì)瞳孔直徑的敏感性由大到小分別為A—D—C—B。這說(shuō)明對(duì)于瞳孔直徑的影響上，燈具的布設(shè)方式影響最大，其次分別是LED光源色溫、側(cè)壁反光涂料顏色、側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度。

繪出各因素不同水平與指標(biāo)之間的關(guān)系圖（見(jiàn)圖4），以便于更加直觀地分析各因素對(duì)指標(biāo)的影響規(guī)律。

圖4 因素與瞳孔直徑指標(biāo)的關(guān)系Fig.4 Relationship between factors and pupil diameters

由圖4可知，綜合比較4類因素對(duì)瞳孔直徑指標(biāo)的影響程度，不同燈具布設(shè)方式中，兩側(cè)交錯(cuò)＞兩側(cè)對(duì)稱＞中線偏側(cè)＞中線對(duì)稱，不同側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度條件下，3 m＞3.5 m＞2.5 m＞2 m。不同側(cè)壁反光涂料顏色條件下，綠色＞藍(lán)色＞黃色＞白色。不同LED光源色溫條件下，6 500 K＞3 500 K＞5 500 K＞4 500 K。

從單個(gè)影響因素來(lái)看，本文關(guān)于燈具布設(shè)方式的結(jié)論與肖堯[27]所得結(jié)論有相同之處，皆認(rèn)為中線布設(shè)優(yōu)于其他布設(shè)方式，但在其他布設(shè)方式的優(yōu)劣排序上有不同。在隧道側(cè)壁反光涂料的布設(shè)高度選擇上，與崔璐璐[28]得出的在2～6 m的范圍內(nèi)隧道側(cè)壁涂料涂抹高度越高越好結(jié)論不同。在側(cè)壁顏色的選擇上與Kircher等[7]提出的淺色更優(yōu)的結(jié)論相同。燈具的色溫選擇上，與劉英嬰等[14]提出的隧道中間段色溫宜選擇在3 500 K這一結(jié)論不同。上述研究都采用控制變量的方法探究單一因素對(duì)隧道光環(huán)境的影響。通過(guò)對(duì)比可以看出，考慮多因素對(duì)隧道照明光環(huán)境的交互影響與僅研究單一因素對(duì)隧道光環(huán)境的影響結(jié)果是有差異的，而隧道光環(huán)境的構(gòu)成是1個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，受多種因素的影響。因此，在考慮采用多種方式改善隧道光環(huán)境時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮各因素間的相互影響及影響的主次關(guān)系。

從生物物理的層面上來(lái)看，光線的強(qiáng)弱會(huì)引起瞳孔面積帶來(lái)明顯的變化。在舒適明亮的環(huán)境下瞳孔面積會(huì)收縮，在危險(xiǎn)緊張的暗環(huán)境下瞳孔面積會(huì)增大，瞳孔放大往往意味著認(rèn)知活動(dòng)中更大的加工負(fù)荷和心理努力。同時(shí)，人類的心理活動(dòng)同樣能影響瞳孔增大。從心理層面上來(lái)看，當(dāng)人體處于緊張、恐懼等狀態(tài)時(shí)，瞳孔會(huì)隨之放大。因此，通過(guò)瞳孔直徑指標(biāo)，可以反映出測(cè)試人員在駕駛過(guò)程中的所遇到的不安全或舒適的生理、心理狀態(tài)。

綜上所述，本試驗(yàn)中確定的優(yōu)化水平組合見(jiàn)表9。

表9 優(yōu)化水平組合Tab.9 Optimized horizontal combination

4.2 試驗(yàn)結(jié)果方差分析

雖然極差分析法計(jì)算簡(jiǎn)單且直觀形象，但極差分析不能將試驗(yàn)中由于因素水平和試驗(yàn)誤差引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)區(qū)分開(kāi)來(lái)。此外，各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響大小無(wú)法給以精確的數(shù)量估計(jì)，不能提出1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷所考察因素作用是否顯著。為了彌補(bǔ)極差分析的缺陷，可采用方差分析。方差分析是將數(shù)據(jù)的總變異分解成因素引起的變異和誤差引起的變異這2個(gè)部分，構(gòu)造F統(tǒng)計(jì)量，做F檢驗(yàn)，即可判斷因素作用是否顯著。

本次試驗(yàn)中方差分析步驟如下。

1）用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)法對(duì)樣本進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，各組數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布（p＞0.05）。

2）運(yùn)用Mauchly's球形假設(shè)檢驗(yàn)，滿足方差齊次性。

3）偏差平方和與自由度分。

4）列方差分析表，做F檢驗(yàn)。

計(jì)算出F值，若F＞Fa，則拒絕原假設(shè)，認(rèn)為該因素或交互作用對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有顯著影響；若F≤Fa，則認(rèn)為該因素或交互作用對(duì)試驗(yàn)結(jié)果無(wú)顯著影響。

計(jì)算出各指標(biāo)F值，并列出方差分析表，見(jiàn)表10。

表10 方差分析表Tab.10 Variance analysis

由表10可知，4個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果均有顯著影響，影響強(qiáng)弱依次為：燈具布燈方式＞LED光源色溫＞側(cè)壁反光涂料顏色＞側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度。各因素的最優(yōu)水平為選用沿中線布燈，側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度為2 m，側(cè)壁反光涂料顏色為白色，LED光源色溫為4 500 K。

4.3 仿真實(shí)驗(yàn)可靠性分析

對(duì)于運(yùn)營(yíng)階段的隧道而言，由于要考慮成本因素和安全性，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可操作性很低；而室內(nèi)模擬試驗(yàn)?zāi)芎芎玫亟鉀Q這個(gè)問(wèn)題。但是，室內(nèi)仿真試驗(yàn)所模擬的駕駛場(chǎng)景無(wú)法完全還原真實(shí)的行車環(huán)境。因此，有必要對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的可靠性進(jìn)行進(jìn)一步討論分析。

影響駕駛?cè)送字睆降囊蛩厥紫仁橇炼?。靳一[29]將仿真軟件數(shù)據(jù)與實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)DIAlux軟件所模擬的照度均勻度測(cè)量值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值的誤差范圍在2.19%和1.61%之間。誤差較小說(shuō)明DIAlux模擬軟件的模擬結(jié)果比較可靠。但在進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)行車模擬視頻是投放在投影幕布上的，此時(shí)投影出來(lái)的隧道光環(huán)境亮度值與通過(guò)DIAlux軟件計(jì)算出來(lái)的亮度和真實(shí)環(huán)境的亮度值之間的關(guān)系有待進(jìn)一步分析。

利用DIAlux道路計(jì)算器計(jì)算出隧道模型中間段的路面平均亮度并導(dǎo)出數(shù)據(jù)。將隧道模型投影到試驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)的幕布上使用PR-655光譜輻射亮度計(jì)測(cè)量隧道路面亮度。測(cè)點(diǎn)布設(shè)上選擇沿道路中線對(duì)稱布置的方式，每側(cè)2個(gè)測(cè)點(diǎn)，中間1個(gè)測(cè)點(diǎn)，縱向每隔10 m布設(shè)1次，共布設(shè)25個(gè)測(cè)點(diǎn)。試驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)圖5。

圖5 試驗(yàn)測(cè)量過(guò)程Fig.5 Test measurement process

將所測(cè)數(shù)據(jù)與DIAlux軟件所計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖6。16種工況的路面平均亮度測(cè)量誤差處于5.9%和0.97%之間。誤差范圍較為理想，說(shuō)明室內(nèi)模擬試驗(yàn)?zāi)茉谝欢ǔ潭壬线€原隧道實(shí)測(cè)試驗(yàn)，室內(nèi)試驗(yàn)可靠度高。

圖6 DIAlux計(jì)算亮度與測(cè)量亮度對(duì)比Fig.6 Comparison between calculated and measured brightness of Dialux

5 結(jié)束語(yǔ)

1）通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的極差分析可知，駕駛員在行車過(guò)程中，燈具的布設(shè)方式對(duì)其瞳孔直徑的影響最大，其次分別是LED光源色溫、側(cè)壁反光涂料顏色、側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度。其中，各因素不同水平對(duì)瞳孔直徑的影響程度分別為：燈具布設(shè)方式上，兩側(cè)交錯(cuò)＞兩側(cè)對(duì)稱＞中線偏側(cè)＞中線對(duì)稱；不同側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度條件下，3 m＞3.5 m＞2.5 m＞2 m；不同側(cè)壁反光涂料顏色條件下，綠色＞藍(lán)色＞黃色＞白色；不同LED光源色溫條件下，6 500 K＞3 500 K＞5 500 K＞4 500 K，試驗(yàn)結(jié)果與其他只考慮單一因素對(duì)隧道光環(huán)境影響的結(jié)論存在差異。

2）通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的方差分析可知，4個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果均有顯著影響，影響強(qiáng)弱依次為：燈具布燈方式＞LED光源色溫＞側(cè)壁反光涂料顏色＞側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度，方差分析與極差分析結(jié)果相互印證。

3）根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果選取的較優(yōu)水平組合為，沿中線布燈，側(cè)壁反光涂料布設(shè)高度為2 m，側(cè)壁反光涂料顏色為白色，LED光源色溫為4 500 K。

本文研究成果可為多因素綜合影響下的隧道光環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。但本文是基于正交試驗(yàn)的研究，優(yōu)選結(jié)果無(wú)法超越所取水平的范圍，且室內(nèi)模擬試驗(yàn)無(wú)法完全取代現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，因此，更為精確的研究結(jié)論還需要更多的試驗(yàn)驗(yàn)證。