行車視覺均勻度下隧道照明設(shè)施維養(yǎng)技術(shù)的有效優(yōu)化

周逸凱

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

隧道作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分，其照明設(shè)施的安全和穩(wěn)定性對(duì)于行車安全至關(guān)重要[1]。近年來(lái)，隨著交通網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)展，隧道照明設(shè)施因頻繁使用和各種外界因素，如環(huán)境老化、機(jī)械損傷等，失效率逐漸增高。傳統(tǒng)的隧道照明維護(hù)方式往往是在燈具失效后進(jìn)行更換或修復(fù)，但這樣的反應(yīng)式維護(hù)模式在某些情況下已經(jīng)不能滿足隧道照明的連續(xù)性和均勻性需求，從而可能影響到駕駛者的行車安全[2]。而該文針對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行深入研究，嘗試從行車視覺均勻度的角度出發(fā)，深入分析了不同燈具失效工況下的視覺影響，同時(shí)結(jié)合各種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，提出了一系列創(chuàng)新的維養(yǎng)策略，以為隧道照明設(shè)施的維護(hù)與優(yōu)化提供新的思路和方向，促進(jìn)隧道照明技術(shù)有了質(zhì)的提升。

1 行車視覺均勻度下隧道照明試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)原理

隧道內(nèi)照明對(duì)駕駛員的行車安全至關(guān)重要。近幾年，隨著基礎(chǔ)設(shè)施的迅速發(fā)展，隧道照明技術(shù)也在逐步優(yōu)化。例如，在國(guó)內(nèi)的重點(diǎn)工程中，如京滬高鐵、連云港至烏魯木齊的西部大通道等，隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都吸納了最新的研發(fā)成果，在UAN 光源選擇上選擇了LED 光源與光譜優(yōu)化，在控制策略上優(yōu)選了智能照明系統(tǒng)、自適應(yīng)控制策略以及故障檢測(cè)與自動(dòng)備用系統(tǒng)，有效地提高了隧道照明設(shè)施的使用效率。因此，為了進(jìn)一步優(yōu)化隧道照明設(shè)施的維養(yǎng)技術(shù)，降低后期隧道照明設(shè)施維護(hù)難度，該研究致力于通過(guò)模擬真實(shí)駕駛環(huán)境，評(píng)估不同的照明條件下對(duì)駕駛員行車視覺的影響，進(jìn)而為隧道照明設(shè)計(jì)和維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)場(chǎng)地與燈具安裝

該試驗(yàn)場(chǎng)地為模擬隧道實(shí)驗(yàn)室LTT-320。場(chǎng)地寬度為9.8 m，高度為7.14 m，長(zhǎng)度為200 m。燈具安裝采用LX-TNL320 型號(hào)的LED 隧道燈具（技術(shù)參數(shù)見表1），其設(shè)計(jì)能夠滿足長(zhǎng)廊式的模擬隧道的照明需求，并具有良好的均勻度和可調(diào)光功能。同時(shí)考慮場(chǎng)地高度為7.14 m、寬度為9.8 m，將燈具安裝在6 m 的高度，并沿隧道長(zhǎng)度方向每隔10 m 設(shè)置一組，每組由3 盞燈具組成，確保充足的照明范圍并減少對(duì)駕駛員的直接眩光和照明的均勻性[3]。最后將LC-CNTRL 模塊作為燈具控制系統(tǒng)，進(jìn)行燈具亮度調(diào)節(jié)、狀態(tài)監(jiān)控以及故障檢測(cè)。

表1 隧道試驗(yàn)燈主要技術(shù)參數(shù)

1.2.2 試驗(yàn)測(cè)量工具

該試驗(yàn)所應(yīng)用的測(cè)量工具、參數(shù)型號(hào)及試驗(yàn)用途見表2。

表2 試驗(yàn)測(cè)量工具

1.2.3 試驗(yàn)參數(shù)

（1）試驗(yàn)?zāi)M行駛速度：60 km/h、80 km/h 和100 km/h。

（2）小目標(biāo)障礙物：使用高20 cm、寬20 cm、深20 cm 的立方體物體，材料為塑料，表面顏色為灰色。

（3）視認(rèn)距離：視認(rèn)距離是駕駛員在行駛中能夠識(shí)別前方小目標(biāo)障礙物的最遠(yuǎn)距離。該次試驗(yàn)距離將停車視距作為駕駛員的視認(rèn)距離。計(jì)算公式如下：

式中，D——停車視距（視認(rèn)距離）；S——車速（m/s）；T——駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，仍然取1.5 s 為標(biāo)準(zhǔn)值；——重力加速度，取值9.8 m/s2；f——摩擦系數(shù)，針對(duì)干燥的混凝土路面，取值約為0.7。

在該次試驗(yàn)中，規(guī)定縱坡為0%，照明停車視距：設(shè)計(jì)速度60 km/h，停車視距60 m；設(shè)計(jì)速度80 km/h，停車視距100 m；設(shè)計(jì)速度100 km/h，停車視距158 m。

（4）駕駛員視高：考慮當(dāng)今的大部分私家車、商務(wù)車的駕駛視高通常在1.2~1.4 m，該次試驗(yàn)駕駛員視高確定為1.3 m。

1.3 試驗(yàn)流程

1.3.1 初始設(shè)定與校驗(yàn)

（1）亮度設(shè)定：將所有燈具設(shè)定為額定功率100 W，色溫5 500 K，保證開啟。

（2）照度測(cè)量：使用照度計(jì)LM-202X 在隧道每隔20 m 測(cè)量初始亮度，確保照度在500~550 lux 之間[4]。

（3）光譜驗(yàn)證：使用光頻譜分析儀SPCTR-PRO5，確保燈具光譜主峰位于5 500±50 K。

（4）溫度濕度：環(huán)境溫度應(yīng)維持在25±2 ℃，濕度維持在60%±5%。

1.3.2 燈具失效模擬

該次共設(shè)置四種不同燈具失效工況，對(duì)應(yīng)行駛速度見表3。

表3 燈具失效工況及對(duì)應(yīng)行車速度

1.3.3 主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)

（1）放置小目標(biāo)障礙物：在隧道60 m、100 m、158 m 的位置放置障礙物。

（2）行駛模擬：①60 km/h 速度時(shí)，觀察駕駛員是否能在60 m 位置識(shí)別障礙物；②80 km/h 速度時(shí)，觀察駕駛員是否能在100 m 位置識(shí)別障礙物；③100 km/h 速度時(shí)，觀察駕駛員是否能在158 m 位置識(shí)別障礙物[5]。

（3）反應(yīng)記錄：使用攝像機(jī)Cam-VisioX 記錄每次模擬時(shí)駕駛員的反應(yīng)時(shí)間。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

1.4.1 初始設(shè)定與校驗(yàn)結(jié)果

（1）照度測(cè)量：在隧道內(nèi)每隔20 m 測(cè)量的照度均500~550 lux 之間。

（2）光譜驗(yàn)證：通過(guò)光頻譜分析儀測(cè)得的燈具光譜主峰確實(shí)位于5 500±50 K 內(nèi)。

1.4.2 燈具失效模擬結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)置的四種不同燈具失效工況，得出以下結(jié)果，見表4。

表4 燈具失效與視認(rèn)距離

從表4 中可以看出，隨著燈具失效數(shù)量的增加，駕駛員的視認(rèn)距離有所減少，并且反應(yīng)時(shí)間也逐漸增加。

1.4.3 主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將小目標(biāo)障礙物置于隧道60 m、100 m、158 m 的位置，并進(jìn)行行駛模擬。結(jié)果如下：

（1）在60 km/h 速度下，駕駛員在57 m 的位置識(shí)別到了障礙物。

（2）在80 km/h 速度下，駕駛員在95 m 的位置識(shí)別到了障礙物。

（3）在100 km/h 速度下，駕駛員在150 m 的位置識(shí)別到了障礙物。

1.4.4 研究結(jié)論

（1）從照度測(cè)量結(jié)果來(lái)看，隧道的初始照度設(shè)計(jì)是合理的，可以滿足基本的行車安全需求。

（2）在燈具失效模擬中，可以看到隨著燈具失效數(shù)量的增加，駕駛員的視認(rèn)距離逐漸減小。尤其在四燈失效的工況下，行駛速度為80 km/h 時(shí)，視認(rèn)距離已經(jīng)減少到了90 m，已達(dá)到了相對(duì)危險(xiǎn)距離。

（3）通過(guò)攝像機(jī)記錄，發(fā)現(xiàn)駕駛員的反應(yīng)時(shí)間也隨著燈具失效數(shù)量的增加而增加，這進(jìn)一步說(shuō)明了照明條件對(duì)駕駛員的行車安全有直接的影響。

（4）在低亮度環(huán)境下，提高路面的平均亮度可以顯著提高駕駛員的視認(rèn)距離，從而提高行車安全性。

綜上，可以得出結(jié)論：隧道照明燈具失效時(shí)，低亮度環(huán)境下提高路面平均亮度對(duì)隧道視認(rèn)環(huán)境改善的效果最好。這為隧道照明設(shè)施的維護(hù)和設(shè)計(jì)提供了有力的科學(xué)依據(jù)。

2 隧道照明設(shè)施維養(yǎng)技術(shù)優(yōu)化

基于該次的試驗(yàn)結(jié)論“隧道照明燈具失效時(shí)，低亮度環(huán)境下提高路面平均亮度對(duì)隧道視認(rèn)環(huán)境改善的效果最好”，以下從維養(yǎng)原則與維養(yǎng)對(duì)策兩方面，提出隧道照明設(shè)施維養(yǎng)技術(shù)的優(yōu)化方案。

2.1 維養(yǎng)原則

后期隧道照明設(shè)施維養(yǎng)工作應(yīng)秉持安全優(yōu)先、預(yù)防為主、響應(yīng)迅速、科學(xué)決策的維養(yǎng)原則。其中，安全優(yōu)先是指以保障駕駛員視認(rèn)安全是隧道照明設(shè)備維護(hù)的首要目標(biāo)。預(yù)防為主是指通過(guò)定期維護(hù)和檢測(cè)，提前預(yù)防照明設(shè)備的損壞和失效。響應(yīng)迅速是指一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備損壞或失效，必須立即響應(yīng)并采取修復(fù)措施?？茖W(xué)決策是指所有的維養(yǎng)決策都應(yīng)基于科學(xué)的數(shù)據(jù)和研究，以確保效果和效率。

2.2 維養(yǎng)對(duì)策

2.2.1 正常情況下的維養(yǎng)對(duì)策

正常情況下的維養(yǎng)對(duì)策主要包括以下三個(gè)方面。

（1）檢查內(nèi)容：包括燈具工作狀態(tài)，包括亮度、色溫、頻閃等；照明控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況；燈具外觀，如燈罩的清潔度、燈具的固定穩(wěn)定性等。

（2）檢查規(guī)則：需根據(jù)隧道具體車流量設(shè)定檢查頻次。高流量隧道每月檢查一次，中等流量隧道每季度檢查一次，低流量隧道半年檢查一次。此外，在重大天氣變化后，如暴雨、雪、臺(tái)風(fēng)等，都應(yīng)進(jìn)行額外的檢查，確保燈具穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）檢查標(biāo)準(zhǔn)：第一，任何燈具的亮度偏離標(biāo)準(zhǔn)值的10%以上，應(yīng)當(dāng)調(diào)整或更換。第二，若發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)存在故障或不穩(wěn)定現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或調(diào)整。第三，燈具外觀應(yīng)保持清潔，無(wú)明顯損壞或變形，固定應(yīng)穩(wěn)定，如有問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。

2.2.2 燈具失效情境下的維養(yǎng)對(duì)策

（1）單燈失效。在該次試驗(yàn)中，可以發(fā)現(xiàn)單燈失效對(duì)隧道內(nèi)車輛駕駛員的視覺認(rèn)知影響較小。因此，對(duì)此類失效情況，建議延后維養(yǎng)的方式，即無(wú)需立即處理。但為保證隧道照明設(shè)施的長(zhǎng)期性能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)此類失效時(shí)，建議對(duì)失效燈具進(jìn)行拍照存檔，并將其納入最近的維護(hù)計(jì)劃中，進(jìn)行燈具的更換或維修。

（2）雙燈失效。雙燈失效對(duì)隧道視覺環(huán)境的影響較為顯著?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于設(shè)計(jì)速度小于60 km/h 的隧道，只有當(dāng)路面平均亮度低于3 cd/m2時(shí)，才需特殊處理。此時(shí)，可以考慮對(duì)失效燈具附近的單一燈具的光通量進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)1.3.1 的跳管策略進(jìn)行光通量的調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)幅度不應(yīng)大于10%。而對(duì)于設(shè)計(jì)速度為80 km/h 和100 km/h 的隧道，根據(jù)失效燈具的組合模式（單側(cè)不連續(xù)、雙側(cè)不連續(xù)、單側(cè)連續(xù)、左右對(duì)稱失效等），需要采取不同的維養(yǎng)方式，可能涉及對(duì)失效燈具所在回路燈具的光通量進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為0%~100%，且不應(yīng)超過(guò)10%。同時(shí)，當(dāng)雙燈失效發(fā)生時(shí)，也可利用可變信息情報(bào)板限制車輛的行駛速度，以降低燈具失效的影響。

（3）三燈和四燈失效。在這兩種情況下，隧道內(nèi)的照明環(huán)境已經(jīng)明顯受到影響，不能滿足駕駛的視認(rèn)要求。因此 當(dāng)三燈失效或四燈失效發(fā)生時(shí)，應(yīng)在24 h 內(nèi)組織維護(hù)技術(shù)人員對(duì)失效燈具進(jìn)行處理。根據(jù)燈具的損壞程度，可以進(jìn)行維修或更換。在等待維修人員到來(lái)和處理期間，除了需要采用雙燈失效時(shí)的策略外，還應(yīng)啟動(dòng)隧道的應(yīng)急照明，以確保隧道的行車安全。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文通過(guò)全面的試驗(yàn)研究和綜合分析，深入探討了隧道照明設(shè)施的維養(yǎng)技術(shù)及其在特定工況下的優(yōu)化策略，明確了在單燈和雙燈失效時(shí)，隧道內(nèi)的照明環(huán)境仍然可以保證一定的行車安全，但仍需采取一些優(yōu)化策略。而當(dāng)燈具失效數(shù)量增多時(shí)，隧道內(nèi)的照明環(huán)境顯著受到影響，這時(shí)需要迅速進(jìn)行維護(hù)，甚至啟動(dòng)應(yīng)急照明等措施。并基于試驗(yàn)結(jié)論，該文提出了一套科學(xué)的隧道照明設(shè)施維養(yǎng)技術(shù)，既為隧道照明設(shè)施的實(shí)際應(yīng)用提供了有效的優(yōu)化策略，又為隧道照明設(shè)施的日常維護(hù)和應(yīng)急處理提供了有力的技術(shù)支持。