基于照度的高速公路隧道入口安全評價研究

肖志軍　欒利強(qiáng)

(1.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　上?！?01804；　2.廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司　廣州　510101)

基于照度的高速公路隧道入口安全評價研究

肖志軍1欒利強(qiáng)2

(1.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海201804；2.廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司廣州510101)

摘要隧道出入口過渡段的“明暗適應(yīng)”過程是產(chǎn)生道路行車安全問題的一個重要因素。文中基于隧道入口照度對車輛行車速度的影響，建立隧道入口照明過渡技術(shù)指標(biāo)對速度的關(guān)系模型，進(jìn)而通過運(yùn)行速度差的道路安全評價中介指標(biāo)，建立了評價隧道入口段道路行車安全性的隧道入口照度安全評價標(biāo)準(zhǔn)，為提高隧道入口的安全性提供了技術(shù)保證。 是以提供文獻(xiàn)內(nèi)容梗概為目的，不加評論和補(bǔ)充解釋，簡明、確切地記述文獻(xiàn)重要內(nèi)容的短文。其基本要素包括研究目的、方法、結(jié)果和結(jié)論。具體地講就是研究工作的主要對象和范圍，采用的手段和方法，得出的結(jié)果和重要的結(jié)論。篇幅以150字左右為宜。

關(guān)鍵詞隧道照度安全評價

隨著西部大開發(fā)的不斷推進(jìn)，道路修建中橋隧的大量應(yīng)用，隧道的安全問題日益引起道路科研工作者的重視。隧道作為連續(xù)的道路線形上的結(jié)構(gòu)物，改變了道路的行車運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行環(huán)境的改變是產(chǎn)生潛在安全問題的一個重要原因。而隧道出入口是2種不同行車環(huán)境的過渡段，大量的安全事故就發(fā)生在這些路段。F.H. Amundsen和 G. Ranes[1]等對挪威587條公路隧道1992～1996 年事故資料研究后發(fā)現(xiàn)，隧道出入口處事故率是隧道內(nèi)事故率的2～3倍。隧道出入口事故率高的原因是多方面的，包括隧道出入口線形設(shè)計、隧道出入口抗滑性能過渡、隧道出入口亮度適應(yīng)問題、隧道出入口內(nèi)外環(huán)境的差異等。

在隧道出入口，駕駛員的視覺存在“明暗適應(yīng)”問題是隧道出入口事故多的主要原因之一。人眼在明暗交替變化的過程中，視覺不能立即適應(yīng)，條件反射就是猛踩剎車，車輛突然減速容易失去平衡，產(chǎn)生“甩尾”，或者導(dǎo)致車輛失控，產(chǎn)生追尾或撞上隧道壁等事故。本文從隧道入口行車速度變化的角度，探討隧道入口照度對行車安全的影響。

1隧道出入口的照明過渡設(shè)計

為滿足人眼進(jìn)出隧道洞口“明暗適應(yīng)”的生理要求，消除或減輕駕駛員進(jìn)出洞口時的“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”，對隧道的照明進(jìn)行過渡設(shè)計。美國公路和運(yùn)輸官員協(xié)會AASHTO、歐美一些國家，以及我國在隧道照明設(shè)計上，都采用分段照明設(shè)計法,考慮隧道洞口環(huán)境亮度、設(shè)計速度、交通量3要素，將隧道按照明設(shè)計分為入口段、過渡段、中間段和出口段，見圖1。

圖1　隧道照明分段示意圖

2隧道入口司機(jī)反應(yīng)時間及行車速度的影響

NCHRP指出，由于視覺適應(yīng)問題，駕駛員的視覺環(huán)境受到較大的沖擊，駕駛員對前方道路信息的把握程度明顯低于正常路段。即使照明亮度達(dá)到視覺功能的要求,駕駛員在隧道入口前仍然會降低車速，其車速降低的大小與對前方道路信息的把握程度有關(guān)。當(dāng)前方道路信息確定時，駕駛員對障礙物的反應(yīng)平均時間為0.6 s，很少有超過2.0 s的情況，當(dāng)駕駛員對前方道路信息不確定時，反應(yīng)時間將增加35%，若出現(xiàn)未預(yù)料到的信息，駕駛員做出決定和采取行動的時間將達(dá)到3.7 s。當(dāng)駕駛員對前方道路信息不確定時，一種自覺反應(yīng)就是降低運(yùn)行車速，延長他對目標(biāo)的觀察時間。據(jù)有關(guān)研究，車輛在隧道入口處的速度會減低甚至達(dá)30%以上。

同濟(jì)大學(xué)楊軫通過調(diào)研分析也印證了上述現(xiàn)象[2]，車輛在接近隧道入口時有一個減速的過程，減速多少因駕駛員而異。車輛一般在距離入口100～150 m位置開始減速，進(jìn)入隧道50～100 m的位置完成減速過程。

隧道外太陽光亮度較隧道內(nèi)高得多，在隧道入口處存在亮度的明暗交替。從明暗交替點(diǎn)往內(nèi)，亮度迅速降低。同濟(jì)大學(xué)郭忠印教授課題組根據(jù)暗適應(yīng)原理和隧道照明理論，構(gòu)建的隧道入口亮度過渡技術(shù)指標(biāo)如下[3]。

式中：f1，f2為亮度過渡技術(shù)分指標(biāo)；Im為亮度過渡技術(shù)總指標(biāo)；k為入口段亮度與隧道入口前路面亮度的比值，入口段的亮度取入口內(nèi)25～55 m段亮度的平均值；k1為明暗交替點(diǎn)至入口內(nèi)亮度變化率由快趨緩點(diǎn)的亮度變化率，其值等于2點(diǎn)的亮度差與距離的比值；k2為入口內(nèi)亮度變化率由快趨緩點(diǎn)至亮度穩(wěn)定處的亮度變化率；β1，β2為權(quán)重系數(shù)，表示f1，f2對亮度過渡總指標(biāo)的影響大小。

3 隧道入口照明過渡技術(shù)指標(biāo)與運(yùn)營車速差的關(guān)系模型

從隧道入口事故形成過程可以看出，由于照明過渡條件不佳，會造成駕駛員暗適應(yīng)恐懼或看不清前方道路情況而突然減速，車輛突然減速對車流的穩(wěn)定性及行車安全性造成影響，由于隧道入口處路面附著系數(shù)低等原因，容易導(dǎo)致車輛追尾或操作失控而撞上隧道壁等安全事故。因此入口處的照明過渡技術(shù)指標(biāo)與車速差之間存在緊密聯(lián)系。

通過上三線、云南隧道入口實(shí)地調(diào)研的數(shù)據(jù)，包括亮度指標(biāo)、車速差，可得隧道入口處的照明過渡技術(shù)指標(biāo)f1和f2與車速差的關(guān)系,見圖2，圖3。

圖2　ΔV85-f1關(guān)系曲線

圖 3　ΔV85-f2關(guān)系曲線

從上述統(tǒng)計結(jié)果可知，隧道入口處產(chǎn)生的車速差與f1和f2都具有較好的相關(guān)性，隧道入口處的照明過渡安全性是f1和f2綜合作用的結(jié)果。

當(dāng)隧道入口的亮度過渡條件能滿足駕駛員視覺需要時，亮度過渡技術(shù)指標(biāo)在一定范圍內(nèi)變化對駕駛員的視覺條件影響較小，但當(dāng)亮度過渡條件超出駕駛員視覺承受閾值后，入口前的視距將受到嚴(yán)重影響，駕駛員對停車視距范圍內(nèi)的道路信息將無法準(zhǔn)確把握而帶來大量的減速行為。因此，ΔV85與總指標(biāo)Iin的關(guān)系曲線的斜率開始應(yīng)在一個較小的范圍內(nèi)變化，當(dāng)Iin超過一定范圍時，ΔV85將迅速上升。由初步分析和模型篩選可知，指數(shù)關(guān)系曲線能較好地符合上述特點(diǎn)。

等式兩邊取對數(shù)得

Iin=0.19f1+0.23f2，ΔV=0.75eIin

圖4為測量值與回歸模型計算值的比較，由圖可見，回歸模型能較好地反映ΔV(km/h)與Iin之間的關(guān)系。

圖4　回歸模型計算值與測量值比較

4隧道入口照度安全評價指標(biāo)

已有的研究成果表明，運(yùn)行車速差與道路事故率有一定關(guān)系[4]。道路安全水平高(ΔV85≤10 km/h)的路段僅為安全水平一般(10 km/h<ΔV85≤20 km/h)路段事故率的30%左右，而道路安全水平差的路段(ΔV85>20 km/h)接近一般性路段事故率的1倍，說明相鄰路段運(yùn)行車速差值(ΔV85)與道路事故率有著非常明顯的相關(guān)性。

根據(jù)入口亮度過渡技術(shù)總指標(biāo)與運(yùn)營車速差的關(guān)系曲線以及車速差與安全性的關(guān)系，以運(yùn)行速度差為中介評價指標(biāo)，得到入口亮度過渡安全性評價標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1　基于車速差的入口亮度過渡安全性評價標(biāo)準(zhǔn)

5結(jié)語

隨著西部公路建設(shè)的發(fā)展及其橋隧的大量應(yīng)用，隧道的安全問題也越來越突出,隧道出入口過渡段是事故發(fā)生的多發(fā)路段。本文從隧道入口照度影響車輛的運(yùn)行狀態(tài)出發(fā)，建立了評價隧道入口段行車安全水平的照度評價標(biāo)準(zhǔn)，為提高隧道入口的安全性提供了一定的技術(shù)保證。

參考文獻(xiàn)

[1]GRANIT R, MUNSTERHJELM A, ZEWI M．The relation between concentration of visual purple and retinal sensitivity to light during dark Adaptation[J].Journal of Physiology,1996,96(1):31-44．

[2]楊軫,郭忠印.隧道出入口車速變化研究[J].上海公路，2006(1):48-51．

[3]郭忠印.公路隧道出入口運(yùn)行安全研究報告[D].上海:同濟(jì)大學(xué)，2005．

[4]JTG/T B05-2004公路項(xiàng)目安全性評價指南[S].北京：人民交通出版社，2004.

論文摘要撰寫要求

具體包括以下方面：

① 本文的研究目的或要解決的問題; ② 解決問題的方法及過程; ③ 主要結(jié)果及結(jié)論; ④ 本文的創(chuàng)新、獨(dú)到之處。

英文摘要中宜用過去時態(tài)敘述作者所做的工作；用現(xiàn)在時態(tài)敘述結(jié)論；能用名詞做定語的就不要用動名詞做定語，能用形容詞做定語的就不要用名詞做定語。盡可能用主動語態(tài)代替被動語態(tài)。

《交通科技》雜志社

Safety Evaluation at Highway Tunnel Entrance Based on Illumination

XiaoZhijun1,LuanLiqiang2

(1.Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education,

Tongji University, Shanghai 201804, China;

2.Guangdong Nanyue Transportation Investment & Construction Co., Ltd., Guangdong 510101, China)

Abstract：The so called "bright-to-dark" adaptation for vehicle drivers passing through the transition section of tunnel entrance is an important factor of the road traffic safety. Based on the impact of brightness on tunnel entrance on vehicle speed, the relationship model was established between the technology index of brightness transition for tunnel entrance and vehicle speed in the paper. Furthermore, the evaluation standards of tunnel entrance safety were established using tunnel entrance illumination safety index through the intermediary index of speed difference used to evaluate road safety.

Key words:tunnel; illumination; safety evaluation

收稿日期：2015-10-12

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.022