基于視覺參照系重構(gòu)的高速公路長隧道照明設(shè)置

賈小團(tuán)

（北京瑞拓電子技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100040）

隧道出口常見白洞效應(yīng)、入口常見黑洞效應(yīng)，產(chǎn)生原因在于隧道內(nèi)外的強(qiáng)弱視覺參照系在短時間的迅速過渡，其改善措施為對隧道進(jìn)出口的參照物、空間以及照度等視覺參照系進(jìn)行緩和，對隧道中部的強(qiáng)弱視覺參照予以增強(qiáng)。以下以視覺參照系重構(gòu)為思路，對高速公路長隧道的照明設(shè)置進(jìn)行探討。

1 視覺參照系重構(gòu)思路

當(dāng)車輛行駛于正常路段時，駕駛員能自行對道路環(huán)境進(jìn)行搜索，尋找參照物進(jìn)而形成距離感、速度感以及空間感等行車過程中的重要心理感受。但是當(dāng)車輛進(jìn)入隧道時，由于參照物、空間以及照度發(fā)生劇烈變化的緣故，駕駛員尋找可見線索的難度上升而很難在短時間內(nèi)建立視覺參照系統(tǒng)以形成距離感、速度感以及空間感，缺乏此類心理感受導(dǎo)致駕駛員的距離錯覺、速度錯覺等嚴(yán)重視錯覺產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致撞側(cè)墻、追尾以及超速等。

因此，進(jìn)行隧道照明設(shè)置時，按照視覺參照系重構(gòu)的方法，轉(zhuǎn)變隧道內(nèi)的弱視覺參照系為中等視覺參照系，轉(zhuǎn)變以往單調(diào)的視覺環(huán)境變化，形成具有韻律感變化的視覺環(huán)境，將交通工程設(shè)施融入道路景觀，重建隧道內(nèi)視覺參照系，進(jìn)而為隧道行車安全提供保障。

2 高速公路隧道照明改善方法

2.1 隧道出入口的改善措施

隧道入口需要通過視覺參照物、遮光棚等進(jìn)行合理過渡，車輛進(jìn)洞過程中，照度在短時間內(nèi)急速降低，從先前的上萬勒克斯銳減到數(shù)百勒克斯，為了實現(xiàn)緩和過渡，僅依賴于通過強(qiáng)化照明難以實現(xiàn)這一目標(biāo)，因此需要采取相應(yīng)措施以進(jìn)行緩和。

（1）進(jìn)口布置遮光棚。布置遮光棚是進(jìn)行緩和過渡的有效措施之一，遮光棚、遮雨棚在民用建筑、商業(yè)建筑中均得到了廣泛的使用，將其布置于隧道入口的優(yōu)勢在于處理了降雨、陽光以及路面特性的過渡，其景觀效果也較為理想。進(jìn)洞口1.5s內(nèi)的行程期間是隧道進(jìn)口的常見視覺盲區(qū)，將合適長度的遮光棚布置于隧道入口部位，將能明顯改善隧道的入口照度，對隧道進(jìn)口的參照物、照度以及空間的強(qiáng)烈過渡予以緩和，從而實現(xiàn)車輛早入洞、緩入洞。遮光棚的形式以反削竹式遮光棚為宜。洞口設(shè)置遮光棚口，建議加強(qiáng)進(jìn)洞口3s行程的照明措施。

（2）布置逆反射設(shè)施。試驗研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)交通信息場景呈現(xiàn)出高頻率、設(shè)置單一的特點時，駕駛者將容易產(chǎn)生距離錯覺、速度錯覺等嚴(yán)重視覺錯誤，因此轉(zhuǎn)變以往高頻率、單一的交通信息場景，將逆反射信息運用于入口的布置，逆反射信息應(yīng)具有多色彩、多頻率的特點，因此其方案應(yīng)將中低頻率相結(jié)合，從而對車輛進(jìn)洞過程中的強(qiáng)烈過渡現(xiàn)象進(jìn)行緩和，確保駕駛員得以對路緣、側(cè)墻等形成準(zhǔn)確認(rèn)知。

中頻視覺信息包括閉合環(huán)形標(biāo)線以及側(cè)墻的輪廓標(biāo)等，具有提高駕駛員的距離感、方向感的作用，其間距以20～50m為宜；高頻視覺信息用于改善駕駛員的距離感，包括洞口的豎向支持結(jié)構(gòu)以及立面的標(biāo)記線等，其布置間距以3～5m為宜。

對逆反射設(shè)施進(jìn)行布置的過程中，應(yīng)注意將主動照明與逆反射設(shè)施相協(xié)調(diào)，將路側(cè)輪廓標(biāo)、路側(cè)環(huán)形標(biāo)線以及路緣立面標(biāo)記等進(jìn)行協(xié)同布置，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，協(xié)同布置后的速度錯覺降低為5%～14%。

2.2 隧道中部的改善措施

（1）布置視覺參考系。高速公路長隧道的中部，其環(huán)境為半封閉狀態(tài)，照度不足且環(huán)境單調(diào)，車輛駕駛過程中由于缺乏視覺參考系的緣故，駕駛員的車速感知能力降低而加大追尾事故、超速行為的發(fā)生可能。因此，強(qiáng)化中部的視覺參照系，能確保駕駛環(huán)境的舒適性，緩解駕駛員的隧道駕駛疲勞，改善其速度感知能力，降低事故發(fā)生率。

通過低頻視覺流改善駕駛員的節(jié)奏感與方向感，中頻信息每隔4組，將中頻閉合環(huán)形標(biāo)線（由輪廓帶、反光環(huán)等構(gòu)成，其背景照明為規(guī)范值的80%）布置于路面、側(cè)墻，在此基礎(chǔ)上，于路面、側(cè)墻布置車距保持折線形成低頻視覺流。由中頻視覺信息流為駕駛員提供中等心理感受，從而改善駕駛員的距離感，由路側(cè)縱向標(biāo)線、路面橫向標(biāo)線（中等密度）以及在側(cè)墻布置雙層輪廓標(biāo)燈方式形成縱向布設(shè)的中頻環(huán)形標(biāo)線。將高頻反光標(biāo)記線布置于隧道的檢修道，經(jīng)高頻視覺信息流形成局部視覺參照物，進(jìn)而強(qiáng)化車輛駕駛者的視覺心理響應(yīng)，改善其速度感。

上述低頻、中頻、高頻相結(jié)合的視覺信息流，使隧道中部的視覺參照系得以增強(qiáng)，視覺信息層數(shù)得到增加，駕駛員的方向感、距離感以及速度感得到改善。

（2）韻律型視覺參考系。人類對韻律型信息具有一定的偏向性，例如，對節(jié)奏感較強(qiáng)的游戲、電影以及音樂等能夠持續(xù)數(shù)小時，利用這一特點，構(gòu)建起伏、漸變的視覺信息系統(tǒng)，形成韻律型視覺參考系，如圖1。韻律型視覺參照系主要由藍(lán)黃雙層韻律型標(biāo)線、曲線以及音符構(gòu)成，能為視覺連貫性提供保障，具備視覺引導(dǎo)的作用，藍(lán)色與黃色具有極強(qiáng)的對比作用，能明顯增加可視性，黃色針對小型車輛，藍(lán)色針對中型、大型車輛，通過音符為駕駛者判斷距離車距提供便利。

圖1 韻律型視覺參考系圖示

構(gòu)建韻律型視覺參考系的過程中，路面的凸起路標(biāo)、檢修道路緣紅白標(biāo)記線以及側(cè)墻的立面標(biāo)線的頻率控制為8～12Hz；路面音符、車距保持線、視錯覺標(biāo)線、車距提醒線以及韻律型標(biāo)線的頻率控制為0.2～0.4Hz；中頻視覺信息流由側(cè)墻雙層輪廓標(biāo)、輪廓標(biāo)以及側(cè)墻的豎向標(biāo)線組成，其頻率為0.5～1Hz。

3 隧道參考系重構(gòu)的保障措施

3.1 合理設(shè)計主動照明

視覺參照系下的長隧道，其照明應(yīng)以主動照明、燈光為主，以逆反射光為輔。假設(shè)隧道內(nèi)白日單獨依靠逆反射照明而不開主動照明，盡管從理論層面上講是安全的，但是實際運行過程中，主動光源為駕駛員提供的心理感受也是不容忽視的，無主動照明環(huán)境下容易導(dǎo)致駕駛員產(chǎn)生不適心理而加大事故發(fā)生。逆反射材料確實提供了一定程度上的照明條件，為隧道行車安全提供了保障，但從安全因素、心理因素出發(fā)，主動照明仍然是必不可少的，因此主動照明可適當(dāng)減少，但不能沒有。

結(jié)合高速公路隧道的限速要求，對主動照明進(jìn)行合理設(shè)計，當(dāng)隧道限速為60km/h時，其遮光棚的長度應(yīng)為30m，3s加強(qiáng)照明段的長度應(yīng)為67m，隧道中間段應(yīng)保持一個照明停車視距為52～62m，中間段的照明標(biāo)準(zhǔn)可參考規(guī)范的18.0%進(jìn)行設(shè)計；當(dāng)隧道限速為80km/h時，其遮光棚的長度應(yīng)為30m，3s加強(qiáng)照明段的長度應(yīng)為50m，隧道中間段的照明停車視距為90～112m，中間段的主動照明標(biāo)準(zhǔn)可參考規(guī)范的17.9～22.2%進(jìn)行設(shè)計。通過這樣的方式進(jìn)行主動照明的設(shè)計，不僅能滿足交通安全性的要求，為駕駛員的視覺舒適性提供保障，也能減少長期照明造成的開支。

3.2 隧道入口前開遠(yuǎn)光燈

突起路標(biāo)、路緣立面標(biāo)記線以及隧道的內(nèi)輪廓標(biāo)這些逆反射設(shè)施需要在車輛的燈光作用下強(qiáng)化其信息密度以及局部亮度，進(jìn)而改善隧道內(nèi)部的弱視覺參照系，車輛燈光作用下才能為駕駛員帶來連續(xù)且更強(qiáng)的視覺參照。需要保障駕駛?cè)宋催M(jìn)洞前就開始對隧道內(nèi)的強(qiáng)制視覺參照系進(jìn)行適應(yīng)，進(jìn)洞后仍然保證駕駛員集中注意力于視覺參照系，進(jìn)而使參照系之間的劇烈過渡得以緩和，減輕距離錯覺、速度錯覺等。

當(dāng)前的入口部位都設(shè)置由進(jìn)洞開大燈的標(biāo)志，但沒有明確說明應(yīng)該開遠(yuǎn)光燈還是近光燈，低照度下，與近光燈相比，遠(yuǎn)光燈對遠(yuǎn)距離（150m以上）的逆反射設(shè)施的照亮作用更明顯，能幫助隧道外的駕駛員看清視覺參照以及隧道的內(nèi)輪廓，駕駛員也能更輕易地對逆反射設(shè)施進(jìn)行辨識，有助于確認(rèn)后方來車，因此更加安全。

隧道中部具有照度相對較低的特點，因此隧道中部進(jìn)行遠(yuǎn)光照明，也有助于照亮逆反射信息，進(jìn)而形成視覺參照；開遠(yuǎn)光也有助于將前車的尾部照亮，為前方駕駛員明確后方來車提供幫助，進(jìn)而為行車安全提供保障。

4 結(jié)語

本文給予隧道參照系重構(gòu)的思路，提出了高速公路長隧道的新照明設(shè)置，為駕駛員的駕駛舒適性、行車安全提供了保障，也控制了隧道照明的建設(shè)投入以及后期運行費用，緩解了隧道的節(jié)能與安全之間的矛盾。