道路隧道的運營照明

1、第五章 道路隧道的運營照明,第一節(jié) 概述,1、目的 把必要的視覺信息傳遞給司機，提高駕駛的安全性和增加舒適感 2、隧道照明與道路照明的異同 晝間照明（更加復(fù)雜），亮度水平 3、隧道照明設(shè)計的主要困難 隧道入口及其相鄰區(qū)段需要考慮人的視覺適應(yīng)過程,第一節(jié) 概述,4、照明設(shè)計應(yīng)考慮的問題 1）隧道附近的環(huán)境 2）隧道狀況 3）交通狀況 4）附屬設(shè)備狀況 5）維護管理狀況,第一節(jié) 概述,5、汽車司機從明亮的環(huán)境接近、進入、通過、駛出隧道過程中所產(chǎn)生的視覺問題 1）進入隧道前的視覺問題（白天）：“黑洞效應(yīng)”（長隧道），“黑框效應(yīng)”（短隧道），亮度差異過分懸殊 2）進入隧道后立即出現(xiàn)的視覺問題（白天）：

2、暗適應(yīng)，“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象,第一節(jié) 概述,3）隧道內(nèi)部的視覺問題(白天，夜間）：廢氣形成的煙霧，降低了隧道的能見度 4）隧道出口的視覺問題：白天，長隧道，接近出口，“亮洞”，眩光，舒適性；夜間，黑洞，看不清外部道路的線形以及路上的障礙物，行車不安全,第二節(jié) 道路照明質(zhì)量,1、司機的視覺 2、影響視覺的主要因素 3、道路照明的質(zhì)量,光的度量,1、光通量：單位時間內(nèi)光輻射能量的大小，光源發(fā)出光的量。單位：lm（流明），1流明是發(fā)光強度為1cd（坎德拉）的均勻點光源在1sr（球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量。在照明工程中，光通量是說明光源發(fā)光能力的基本量。例如一只220V、40W的白熾燈的光通量為350lm，而

3、一只220V、40W的熒光燈的光通量為2100lm，為白熾燈的6倍,光的度量,2、發(fā)光強度（光強） 由于輻射發(fā)光體在空間發(fā)出的光通量不均勻，大小也不相等，為了表示輻射體在不同方向上光通量的分布特征，需引入光通量的（空間）角密度的概念。S為點狀發(fā)光體，它向各個方向輻射光通，若在某方向上取微小立體角d，在此立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量為d，則兩者的比值即為該方向上的光強,光的度量,2、發(fā)光強度（光強） 光強的單位是坎德拉（cd），國際單位制中基本單位之一。光強用于說明光源和燈具所發(fā)出的光通量在空間各個方向或在選定方向上的分布密度。例如一只220V、40W的白熾燈的光通量為350lm，它的的平均光強為28

4、cd，若在該燈泡上面裝一盞白色搪瓷平板燈罩，則燈的正下方的發(fā)光強度能提高到7080cd。如果配上一個聚焦合適的鏡面反射罩，則燈正下方的光強可達數(shù)百cd,光的度量,3、照度 照度是用來表示被照面上光的強弱，以被照場所光通的面積密度來表示。取微小面積dA，入射的光通為d，則照度為兩者的比值。平均照度 照度的單位為勒克斯（lx），1lx表示在1m2的面積上均勻分布1lm光通量的照度值，或者是一個光強為1cd的均勻發(fā)光的點光源，以它為中心，在半徑為1m的球表面上，各點所形成的照度值,光的度量,3、照度 1lx的照度是比較小的，在此照度下僅能大致地辨認周圍物體。例如，晴朗的滿月夜地面照度約為0.21lx

5、，白天采光良好的室內(nèi)照度為100500lx，晴天室外太陽散射光（非直射）下的地面照度約為1000lx，中午太陽光照射下的地面照度可達100000lx,光的度量,4、光出射度（面發(fā)光度） 具有一定面積的發(fā)光體，其表面上不同點的發(fā)光強弱可能是不一致的。為表示這個輻射光通量的密度，可在表面任取一微小的單元面積dA，如果它發(fā)出的光通量為d，則該單元面積的平均光出射度為兩者的比值。光出射度就是單位面積發(fā)出的光通量，單位為輻射勒克斯（lx）。光出射度和照度具有相同的量綱，其區(qū)別在于光出射度表示發(fā)光體發(fā)出的光通量表面密度，而照度則表示被照物體所接受的光通量表面密度,光的度量,5、亮度 光射出度只表示單位面積

6、上發(fā)出光通量的多少，沒有考慮光輻射的方向，不能表征發(fā)光面在不同方向上的光學(xué)特征。亮度就表示垂直于視線方向上的單位投影面積的發(fā)光強度。亮度是一個具有方向性的物理量，當人眼從不同的方向觀察同一對象時，能 感覺到在不同觀察方向上，對象的亮暗程度是不相同的。決定亮暗程度的并不是對象在發(fā)光面上的發(fā)光強度，而是亮度。單位為尼特,第二節(jié) 道路照明質(zhì)量,質(zhì)量的評價：獲得的視覺信息良好的必要的視覺條件照明設(shè)施（物理過程）、正確發(fā)揮視覺生理和心理過程的作用（生理、心理過程,司機的視覺,1、視野 2、可見光：肉眼能感覺到的光 3、人的視覺：“亮度適應(yīng)”，“暗適應(yīng)”，“亮適應(yīng)” 4、司機的注視范圍：視覺亮度,第二節(jié)

7、道路照明質(zhì)量,質(zhì)量的評價：獲得的視覺信息良好的必要的視覺條件照明設(shè)施（物理過程）、正確發(fā)揮視覺生理和心理過程的作用（生理、心理過程,司機的視覺,1、視野：人眼的視野較廣，大約100度范圍，上約50、下約75度 2、可見光：肉眼能感覺到的光 3、人的視覺：視網(wǎng)膜上分布著兩種感光細胞，錐狀體和桿狀體細胞，根據(jù)光強度不同進行工作?！傲炼冗m應(yīng)”，（眼睛對于外界的亮度變化，能適當?shù)卣{(diào)節(jié)錐狀體和桿狀體細胞使之具有合適的感度）“暗適應(yīng)”（桿狀體細胞），“亮適應(yīng)”（錐狀體細胞,司機的視覺,4、司機的注視范圍：國際照明委員會（CIE）建議：司機觀察路面的平均視點高度為1.5m，大體相當于汽車司機的人眼高度，若向

8、前注視的視角約為1則注視的范圍約為正前方60160m左右，在此范圍內(nèi)的路面亮度分布狀況，對司機視覺直接起作用,司機的視覺,5、司機的看視條件 路面平均亮度，對隧道來說還有作為背景的墻面亮度； 路面亮度均勻度 物體的亮度； 物體與背景的亮度對比； 觀察物體時的有效時間； 眩光程度等,司機的視覺,此外，還與物體的形狀，輪廓的清晰度、在視野中的位置，以及是否出現(xiàn)在預(yù)料的位置上，或是突然出現(xiàn)在非預(yù)料位置上等有關(guān)，視覺是以生理量度量的，受觀察者的精神、視力、身體狀況的影響。還受氣象（如霧等）和空氣混濁程度的影響,影響視覺的主要因素,1、適宜的亮度 1）亮度 2）適宜的亮度是物體在視網(wǎng)膜上成像引起視覺的基

9、本條件。視覺與亮度的對數(shù)成正比關(guān)系，“最低亮度閾”，視覺上限，眩光,影響視覺的主要因素,2、對象的大小 “對象”的定義就是能夠看到的事物或者事物的一部分。能否看清對象，除了依賴于照明條件外，還決定于對象的大小,影響視覺的主要因素,3、對象和背景的亮度對比 1）定義（表達式）在觀察方向上，若對象的表面亮度為L0，背景亮度為 Lb，則對象與背景的亮度對比C可用下式表示,C值表示對象與背景亮度差別的大小，C值越大，可以識別得越清楚。C值小到某一值以下時就不能識別對象了,影響視覺的主要因素,4、顏色對比的影響 1）背景與對象之間應(yīng)該存在顏色對比（顏色上的差別） 2）亮度對比是識別對象的主要因素，顏色對

10、比則為輔助因素 5、環(huán)境亮度的影響 1）照明對象以及所在的環(huán)境或?qū)ο蟮谋尘?2）原因,影響視覺的主要因素,對背景亮度的要求是足以識別背景。隧道內(nèi)背景主要是路面和墻面，頂棚也可以是背景。足夠亮的背景，才能襯托出對象的輪廓和相對位置，使司機作出準確的判斷，保證行車安全,影響視覺的主要因素,6、空氣對能見度的影響 空氣對光通的衰減作用和光幕 發(fā)光（或反光）物體的光通，必須經(jīng)過空氣才能到達人的眼睛。在傳播的過程中受到吸收作用和散射作用造成光通衰減?？諝獾纳⑸涫窃斐啥ㄏ騻鞑サ墓馔ㄋp的最主要原因。 空氣的散射作用 散射是指空氣組成成份把原來向一個方向傳播的光變成向各個方向傳播，使原來光線減弱的現(xiàn)象。 透

11、過率,影響視覺的主要因素,7、觀察時間的長短 觀察尺寸大的物體只需很短的時間，同一物體，照度越高（背景亮度越大），識別時間越短,道路照明的質(zhì)量,1、路面平均亮度（Lav）：背景：路面（主要）、墻面，障礙物，亮度對比度 路面（背景）亮度越高，眼睛的對比靈敏度越好（亮度對比閾越小）。Dunbar實驗表明：平均亮度升高時，察覺障礙物所必要的亮度對比C變小。即，障礙物變得更容易看清楚，見圖。國外一些國家的路面平均亮度一般取l2cdm2,察覺障礙物的平均亮度Lav和亮度對比C的關(guān)系,道路照明的質(zhì)量,2、路面亮度均勻度： 保證亮度均勻度是為了給司機提供良好的能見度和視覺上的舒適性。如果亮度高，則均勻度要求

12、可以不很嚴格。干燥路面和濕路面的路面亮度有很大變化，均勻度也相應(yīng)有很大變化。嚴格的均勻度要求，一般限于干燥路面和路面平均亮度較低的情況,道路照明的質(zhì)量,總均勻度（U0） 為了使路面上所有區(qū)域都有足夠的亮度和對比度，提供令人滿意的能見度，需要規(guī)定路面最小亮度和平均亮度比值的范圍,式中:Lav距車道邊緣1/4寬度處(左或右)測得的路面平均亮度； Lmin距車道邊緣1/4寬度處(左或右)測得的路面最低亮度,道路照明的質(zhì)量,對于隧道總均勻度包括路面和兩側(cè)2m高范圍內(nèi)的墻面，晝間U00.7；夜間U00.5。對于露天道路一般不低于0.4,道路照明的質(zhì)量,2）縱向均勻度：為了提供視覺舒適性，要求沿各車道線中

13、心線有一定的縱向均勻度?？v向均勻度是沿中心線的局部亮度的最小值和最大值之比,式中：Lmax從車道線中心線測得的最大亮度； Lmin從車道線中心線測得的最小亮度。 隧道縱向均勻度包括路面兩側(cè)2m高范圍的墻面，晝間Ul0.8；夜間Ul0.6。露天道路依道路等級不同，不低于0.7或0.5,道路照明的質(zhì)量,3、眩光限制：失能眩光、不舒適眩光 失能眩光 眩光導(dǎo)致的識別能力的下降，是由光在眼睛里發(fā)生散射過程造成的。表示對照明設(shè)施造成的能見度損失方面的評價，用被試對象物體的亮度對比的閾值增量（TI）表示，是典型的司機視覺作業(yè)。失能眩光是生理上的過程，是表示由生理眩光導(dǎo)致辨認能力降低的一種度量。來自眩光光源的

14、光在視網(wǎng)膜方向上的散射會引起光幕（等效光幕）作用，在視網(wǎng)膜方向上的散射程度越大，光幕作用越大。在眩光條件下的總視感，必須把光幕亮度疊加在無眩光時景物成像亮度上。等效光幕亮度可按以下經(jīng)驗公式計算,道路照明的質(zhì)量,3、眩光限制：失能眩光、不舒適眩光 失能眩光 眩光導(dǎo)致的識別能力的下降，是由光在眼睛里發(fā)生散射過程造成的。表示對照明設(shè)施造成的能見度損失方面的評價，用被試對象物體的亮度對比的閾值增量（TI）表示，是典型的司機視覺作業(yè)。失能眩光是生理上的過程，是表示由生理眩光導(dǎo)致辨認能力降低的一種度量。 不舒適眩光 眩光造成的不舒適感，目前還沒有專門的測量儀器，是用眩光控制等級（G）表示所感到的不舒適程度

15、的主觀評價。表示在眩光感覺中的動態(tài)駕駛條件下，對道路照明設(shè)施的評價,心理上的過程,道路照明的質(zhì)量,4、誘導(dǎo)性：為了保證交通安全，道路的走向，道路的界限，道路交叉點以及特殊地點都應(yīng)該清晰可見，要求有良好的誘導(dǎo)性。誘導(dǎo)性一般來自兩個方面：即視見誘導(dǎo)性和光學(xué)誘導(dǎo)性。誘導(dǎo)性通過各種誘導(dǎo)標志和照明設(shè)施獲得，與照明設(shè)施等一起，共屬交通安全設(shè)施范圍,道路照明的質(zhì)量,視見誘導(dǎo)性 道路視線誘導(dǎo)標志，是沿行車帶標明道路邊緣和線形的一種設(shè)施，以便晝夜誘導(dǎo)司機的視線，并根據(jù)需要設(shè)在某一路段上，如路面中心線、路線或兩側(cè)路面標志、道路護欄與護樁、積雪地區(qū)設(shè)置雪標桿等。 隧道內(nèi)墻面也可以起誘導(dǎo)作用，但隧道內(nèi)的誘導(dǎo)作用首先要

16、求有足夠的照明，使誘導(dǎo)標志成為可以視見的,道路照明的質(zhì)量,光學(xué)誘導(dǎo)性 在道路照明設(shè)施中，排列成行的照明器可以指示出道路走向、彎道、交叉和各種特殊場合，再配合其它視線誘導(dǎo)標志，能在遠距離上使司機明顯地注意到有危險性的地段。 照明器在排列、光色、光強以及設(shè)置的方位和間隔的變化，會有效地起到光學(xué)誘導(dǎo)作用,道路照明的質(zhì)量,在同一區(qū)段內(nèi)注意保持照明的一致性（照明系列及光色等），以及在不同區(qū)段，尤其不同等級的道路，采用不同類型的光源、不同的格調(diào)等，都會有效地起到光學(xué)誘導(dǎo)作用。 在規(guī)模大、線形復(fù)雜、多層次的立體交叉場合不宜大量裝設(shè)路燈，這種場合宜采用高桿照明，在照亮道路的同時也照亮環(huán)境，可以獲得與白天相似的

17、良好誘導(dǎo)性,第三節(jié) 亮度曲線的組成,1、照明區(qū)段的劃分 2、亮度曲線的組成,第三節(jié) 亮度曲線的組成,基本要求：視覺信息的不間斷性和照明的經(jīng)濟性，前者要求有較高的亮度，后者要求有較低的亮度，照明設(shè)計者應(yīng)把他們統(tǒng)一起來。 解決方法： 提高洞內(nèi)亮度水平：亮度是基礎(chǔ)，不經(jīng)濟，沒充分利用人的視覺適應(yīng)規(guī)律 考慮視覺適應(yīng)規(guī)律，把亮度維持在一個實際情況容許的最低極限水平上。接近段，入口段、過渡段、中間段、出口段,照明區(qū)段的劃分,1、接近段：洞口前，從注視點到適應(yīng)點之間的一段道路。車速，洞外亮度 2、入口段：進入洞口的第一段。入口段在洞口處的最高亮度應(yīng)該怎么取值 3、過渡段：介于入口段與中間段之間。其任務(wù)是從入

18、口段高亮度到中間段低亮度的劇烈變化給司機造成的不適應(yīng)現(xiàn)象，使之有充分的適應(yīng)時間 根據(jù)適應(yīng)時間與設(shè)計車速，可以求出過渡段所需長度，以漸變的加強照明來實現(xiàn)這種過渡,照明區(qū)段的劃分,4、中間段：基本任務(wù)是保證停車視距，中間段的亮度水平與空氣透過率（即通風(fēng)條件）、行車速度以及交通量等因素有關(guān)。 5、出口段：單向交通：緩和白洞現(xiàn)象帶來的不利影響；對向交通：入口和出口,亮度曲線的組成,1、亮度曲線：沿道路軸線，由入口洞外的接近段經(jīng)入口段、過渡段、中間段直至出口段，司機在白天所需要的路面亮度變化曲線，稱為亮度曲線，見圖，其中的亮度包括自然光在路面反射引起的亮度和人工照明在路面反射引起的亮度，是綜合的亮度。 2、綜合亮度：自然光，人工照明 3、人工亮度曲線:人工照明在路面反射引起的亮度是因自然光不足或根本影響不到而需用人工照明加以彌補的亮度，人工亮度沿路軸的變化曲線稱為人工亮度曲線,亮度曲線的組成,亮度曲線的組成,由于目前人們對視覺適應(yīng)能力的估算不一致，所以在入口（包