公路隧道反光環(huán)在交通安全管理中的應(yīng)用研究

武 藝

（山西交通控股集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

目前我國(guó)公路隧道里程達(dá)9 600 余公里，山西省隧道里程約963 km，占全國(guó)的10%左右。公路隧道的便捷加快了經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，隧道的發(fā)展也帶給人們便捷的交通，但是隧道內(nèi)通行環(huán)境不同于平常道路，隧道內(nèi)部的亮度條件和視野環(huán)境對(duì)車輛的正常行駛有很大影響，且隧道內(nèi)一旦發(fā)生交通事故，事故嚴(yán)重程度普遍較高，不易逃生、不易救援、易發(fā)生二次事故。隧道反光環(huán)是主要設(shè)置于長(zhǎng)隧道及特長(zhǎng)隧道的一種新型輔助性交通安全設(shè)施，已在我國(guó)很多地區(qū)的隧道內(nèi)應(yīng)用。隧道反光環(huán)安裝于隧道內(nèi)輪廓，通常由鋁板或不銹鋼板制成，迎向行車方向上粘貼高性能白色或黃色反光條，其工作原理為：隧道反光環(huán)接受到進(jìn)入車輛的燈光后，利用其反光條將光線逆反射產(chǎn)生照亮隧道的光線，既能發(fā)揮極好的車輛警示及誘導(dǎo)效果，又能增強(qiáng)隧道內(nèi)的照明效果，最終在隧道內(nèi)顯示為一個(gè)半圓的拱形光圈。在隧道中設(shè)置隧道反光環(huán)，不僅可以誘導(dǎo)車輛行駛，改善隧道的安全行駛環(huán)境，還可以節(jié)省隧道的照明用電量，目前已被廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的安全效益及經(jīng)濟(jì)效益[1]。

許多專家學(xué)者都對(duì)隧道反光環(huán)進(jìn)行了研究，段萌萌等通過(guò)仿真模擬實(shí)驗(yàn)，研究了不同行車速度下，反光環(huán)間距對(duì)駕駛員瞳孔的影響，提出了不同車速下隧道反光環(huán)間距的推薦值[2]。尚婷等研究了反光環(huán)色彩對(duì)瞳孔的影響，得出黃色方光環(huán)影響最大[3]。陶盼盼等通過(guò)仿真模擬研究了隧道反光環(huán)對(duì)駕駛員視覺(jué)的影響與隧道光強(qiáng)度之間的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)如果光線較弱或較強(qiáng)，隧道反光環(huán)均不能發(fā)揮其良好的行車誘導(dǎo)作用[4]。此外，還有一些省市進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加裝反光環(huán)后，隧道內(nèi)的行車誘導(dǎo)效果得到了很大改善。

圖1 隧道反光環(huán)

1 隧道視覺(jué)環(huán)境變化

1.1 隧道進(jìn)出口的視覺(jué)環(huán)境變化

相關(guān)研究表明，隧道進(jìn)出口路段交通事故的發(fā)生率明顯高于其他路段，而其中導(dǎo)致交通事故發(fā)生的主要原因是駕駛員造成的[5]。在車輛到達(dá)隧道進(jìn)出口位置處，外界光線亮度會(huì)發(fā)生急劇變化，駕駛員無(wú)法及時(shí)適應(yīng)這種光線的明暗變化，導(dǎo)致對(duì)道路信息的獲取出現(xiàn)誤差，進(jìn)而采取了錯(cuò)誤的駕駛操作，引發(fā)交通事故。

白天車輛穿越隧道時(shí)，在隧道入口處要經(jīng)歷“暗適應(yīng)”階段，眼睛從明亮處進(jìn)入黑暗處，對(duì)光線的敏感度增加，使人們可以在黑暗處視物。當(dāng)駕駛員駛過(guò)隧道入口進(jìn)入隧道時(shí)，由外部的明亮環(huán)境進(jìn)入隧道內(nèi)的黑暗環(huán)境形成極大的亮度差。同時(shí)從外部往隧道內(nèi)望去，隧道入口像一個(gè)黑洞，專家稱之為“黑洞效應(yīng)”。在無(wú)外界其他影響下，駕駛員眼睛的生理構(gòu)造決定了駕駛員在進(jìn)入隧道時(shí)必須經(jīng)歷4～9 s 的“暗適應(yīng)”時(shí)間，此時(shí)間段內(nèi)駕駛員基本無(wú)法視物，導(dǎo)致隧道入口成為事故“黑點(diǎn)”，易引發(fā)嚴(yán)重的交通事故。因此許多隧道均安裝有照明設(shè)施，以減少隧道內(nèi)外光線的亮度差，減輕駕駛員眼睛的負(fù)擔(dān)，提高隧道路段的行駛安全性。但是隧道內(nèi)照明設(shè)施提供的亮度不一定能時(shí)時(shí)滿足駕駛員的行車需求，總是與外界光線存在差異，所以駕駛員仍需經(jīng)歷“暗適應(yīng)”階段。當(dāng)駕駛車輛駛離隧道時(shí)，駕駛員在出口處要經(jīng)歷“明適應(yīng)”階段。在隧道內(nèi)低亮度的前提下，望向隧道出口為一個(gè)明亮的半圓形光洞（白天期間），稱之為“白洞效應(yīng)”。明適應(yīng)所需時(shí)間一般較暗適應(yīng)階段少，但在“明適應(yīng)”階段駕駛員仍然無(wú)法準(zhǔn)確判斷周邊駕駛環(huán)境，易引發(fā)交通事故，交通安全難以保證。

在夜間車輛穿越隧道時(shí)，駕駛員的視覺(jué)環(huán)境變化情況恰好與白天相反，駕駛員先經(jīng)歷“明適應(yīng)”階段，再經(jīng)歷“暗適應(yīng)”階段，詳情不再贅述。

1.2 隧道內(nèi)的視覺(jué)環(huán)境變化

在高速公路及部分國(guó)省干線公路的隧道中，均安裝有照明設(shè)施，在隧道內(nèi)適當(dāng)提高光照強(qiáng)度可以顯著提升駕駛員行車過(guò)程中的操作感及安全感。但是，如果光線不合適，光線強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)低，包括光照的角度存在問(wèn)題，均可能造成駕駛員額外的駕駛負(fù)擔(dān)，從而影響駕駛員的判斷及操作，引發(fā)交通事故。同時(shí)，在長(zhǎng)隧道尤其是特長(zhǎng)隧道中，行駛一段時(shí)間后，隧道內(nèi)環(huán)境封閉，駕駛員會(huì)產(chǎn)生壓迫感并想要快速駛離隧道，這種視覺(jué)疲勞會(huì)誘發(fā)視錯(cuò)覺(jué)，發(fā)生感知及判斷失誤，易造成超速行為及交通事故[6]。

2 隧道反光環(huán)的功能分析

隧道反光環(huán)不使用電能而是利用駛?cè)胲囕v的燈光即可實(shí)現(xiàn)其反光性能，已在國(guó)內(nèi)很多省市地區(qū)應(yīng)用，浙江、廣西等省市試驗(yàn)表明：在隧道加裝反光環(huán)能夠使隧道內(nèi)的行車環(huán)境得到明顯改善，其具體功能如下：

a）安裝隧道反光環(huán)能夠幫助駕駛員適應(yīng)隧道內(nèi)外光線強(qiáng)弱的強(qiáng)烈反差，尤其是可以幫助駕駛員判斷隧道的寬度，同時(shí)反光可以提高可視度。

b）可以使隧道內(nèi)邊界輪廓清晰，對(duì)行車誘導(dǎo)效果有明顯改善，并及時(shí)起到警示和導(dǎo)向作用，尤其是在隧道停電的情況下，效果將更加顯著。

c）可以輔助隧道照明，反光能夠代替部分的照明燈，降低隧道內(nèi)的照明用電量，體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)價(jià)值。

高速公路隧道安全設(shè)施隧道反光環(huán)的設(shè)置，提高了隧道的安全系數(shù)，可以進(jìn)一步保障道路安全暢通。隧道反光環(huán)是近年來(lái)用于隧道內(nèi)通行安全的新安全設(shè)施，它的優(yōu)點(diǎn)是裝備成本低、不使用電能、安裝施工方便等，當(dāng)車輛進(jìn)入隧道內(nèi)即可進(jìn)行輔助照明工作，即使在隧道內(nèi)突發(fā)性斷電的情況下也可以正常地工作。

3 隧道反光環(huán)的合理參數(shù)分析

目前，國(guó)家還沒(méi)有對(duì)于隧道反光環(huán)設(shè)置要求等的相關(guān)規(guī)范，僅貴州省交通運(yùn)輸廳發(fā)布了《貴州省高速公路勘察設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》（2015 年版），其中對(duì)隧道反光環(huán)的設(shè)置提出了具體設(shè)計(jì)要求。在實(shí)際應(yīng)用中，各省市對(duì)于隧道反光環(huán)的設(shè)置均不相同，在色彩、設(shè)置位置、設(shè)置間距以及其配套設(shè)施等方面均存在較大的不同之處，在應(yīng)用過(guò)程中仍需根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)置。

3.1 隧道反光環(huán)的顏色

隧道反光環(huán)的顏色對(duì)駕駛員動(dòng)態(tài)視覺(jué)影響較大，不合理的色彩設(shè)置可能加重駕駛員行車過(guò)程中的心理負(fù)荷，因此，應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)置隧道反光環(huán)的顏色來(lái)改善駕駛員行車的心理感受，尤其是在特長(zhǎng)隧道中可以適當(dāng)通過(guò)設(shè)置不同顏色的反光環(huán)來(lái)改善單調(diào)壓抑的行車環(huán)境，緩解駕駛員的視覺(jué)疲勞。關(guān)于隧道反光環(huán)的顏色設(shè)置，貴州省給出相關(guān)建議為白色。國(guó)內(nèi)已有相關(guān)試驗(yàn)研究[3]，在同一車速下，設(shè)置不同顏色的隧道反光環(huán)，駕駛員的瞳孔面積變化率從大到小的顏色順序?yàn)椋狐S色、紅色、黃白相間、紅白相間、橙色、白色，而瞳孔面積變化率可反應(yīng)駕駛員的緊張程度。本文根據(jù)山西省隧道反光環(huán)的應(yīng)用效果，結(jié)合上述研究成果，基于行車安全，提出了不同車速下隧道反光環(huán)顏色設(shè)置的推薦，如表1 所示。

表1 不同車速下隧道反光環(huán)顏色設(shè)置推薦表

3.2 隧道反光環(huán)的設(shè)置間距

隧道反光環(huán)的設(shè)置位置與設(shè)置間距都會(huì)對(duì)駕駛員在隧道中的行駛形成影響，設(shè)置位置不合理或設(shè)置間距過(guò)大過(guò)小都會(huì)對(duì)駕駛員的駕駛操作造成不良影響，貴州省給出相關(guān)建議為第一道反光環(huán)設(shè)置于隧道入口進(jìn)洞20 m 處，每隔200 m 等間距設(shè)置一道，曲線半徑較小的隧道設(shè)置間距可根據(jù)具體情況適當(dāng)減小，但應(yīng)等間距設(shè)置。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)隧道內(nèi)的行駛速度合理地布設(shè)隧道反光環(huán)。當(dāng)隧道的行駛速度較低時(shí)，將設(shè)置間距縮小，在滿足行駛安全的同時(shí)可以更多地節(jié)省照明用電；當(dāng)隧道的行駛速度較高時(shí)，將設(shè)置間距加大，避免隧道反光環(huán)過(guò)于密集對(duì)駕駛員造成壓迫感以及反光造成的視覺(jué)不適，進(jìn)而影響行車安全。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究表明，車速在40 km/h 時(shí)，以200 m 的間距設(shè)置隧道反光環(huán)，駕駛員較為緊張；而在80 km/h 時(shí)，小于400 m 的間距設(shè)置隧道反光環(huán)，駕駛員較為緊張。本文結(jié)合相關(guān)研究給出的不同車速下隧道反光環(huán)的間距設(shè)置推薦值如表2 所示。

表2 不同車速下隧道反光環(huán)間距設(shè)置推薦表

3.3 隧道反光環(huán)與其他設(shè)施的配合使用

隧道反光環(huán)與其他設(shè)施的配合使用，如其他類輪廓標(biāo)、道釘?shù)?，將這些設(shè)施配合形成隧道內(nèi)的引導(dǎo)體系，例如：將隧道反光環(huán)、應(yīng)急誘導(dǎo)燈按照較大間距設(shè)置，低頻率提示駕駛員；同時(shí)以較短間距設(shè)置路緣LED 輪廓標(biāo)或貓眼道釘，對(duì)駕駛員形成高頻率的提示。最終實(shí)現(xiàn)駕駛員在隧道內(nèi)的生理心理反應(yīng)平順過(guò)渡，最大可能地改善隧道的光環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

公路隧道特殊的構(gòu)造環(huán)境導(dǎo)致了其存在的交通安全隱患。本文基于隧道中的視覺(jué)環(huán)境變化，從駕駛視覺(jué)需求出發(fā)，分析了隧道反光環(huán)在實(shí)際工程應(yīng)用中的功能及參數(shù)，指出了隧道反光環(huán)對(duì)改善隧道行車環(huán)境、提升行車安全性及節(jié)能環(huán)保方面的積極有效作用。同時(shí)，本文根據(jù)山西省隧道反光環(huán)的應(yīng)用效果，結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)研究，提出了隧道反光環(huán)在色彩、設(shè)置位置、設(shè)置間距以及其配套設(shè)施等方面的推薦參數(shù)。隧道反光環(huán)以其特有的實(shí)用性可以有效地起到隧道行駛安全的安全保障，同時(shí)還能為國(guó)家節(jié)約一定的電力資源，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。