專利名稱：一種基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)的改善方法，通過城市下穿短隧道照明水平及效率的提升，實現(xiàn)視覺誘導(dǎo)與交通安全效益的協(xié)調(diào)。
背景技術(shù)：
城市下穿短隧道的道路特征易導(dǎo)致典型交通安全問題。城市交叉口為了減少交通沖突，提升通行能力，經(jīng)常會設(shè)置一些短隧道下穿。這樣形成的短隧道路段一般由下穿段與進口段引道、出口段引道組成，下穿段一般長度為5(Tl00m，進出口引道一般長15(T200m。 而隧道本身的長度由于用地性質(zhì)、相交道路寬度、渠化尺寸等因素限制，其下穿段長度遠小于相應(yīng)進出口引道的長度，同時考慮到引道縱坡一般在3°/Γ5%，車輛進入隧道時容易加速行駛；對向車道的分隔帶較窄，一般以雙黃線及分流線分隔，當背景照度較低時導(dǎo)致會車過程中時有發(fā)生嚴重的炫目現(xiàn)象；由于進出口路段的引道縱坡通常是引起行車安全問題的主要路段，且短隧道缺乏車速管理措施，也導(dǎo)致進入隧道的過程容易發(fā)生超速，并發(fā)生追尾及碰撞側(cè)墻等交通事故；同時隧道環(huán)境較為封閉，救助困難，增大了交通事故的危害性，因此亟需城市短隧道的針對性的改善設(shè)計。
進出口引道路段的照明設(shè)計存在不足，隧道內(nèi)外照度過渡劇烈，且道路側(cè)墻、路上空間等未充分利用?，F(xiàn)狀的短隧道照明在城市道路照明及公路照明的相關(guān)規(guī)范中沒有強制性的規(guī)定，照明被簡單處理，缺少針對性，特別是規(guī)范中對于小于IOOm的城市短隧道照明沒有強制性規(guī)定，導(dǎo)致有的不設(shè)置照明，或者在引道擋墻上設(shè)置較短的燈柱，光源高度無漸變，不能很好地誘導(dǎo)隧道及引道線形，使隧道進出口的照度過渡不夠順暢；夜間行車時，在外部照明效果差的隧道引道，由于照度不足、對向車輛遠光燈等影響·，容易產(chǎn)生炫目，并且由于沒有較好的誘導(dǎo)設(shè)計，駕駛員在進入隧道引道之前不能迅速發(fā)現(xiàn)進出口 ；白天行車時， 在外部照明較亮的情況下，照度過渡劇烈，容易導(dǎo)致視覺的不適感，降低進出隧道下穿段時視覺的辨識能力，增加駕駛員的緊張情緒，影響下穿短隧道的行車安全。由于一般城市下穿隧道側(cè)墻通常設(shè)計簡單，僅以墻磚、防塵涂料鋪裝，輔以紋理、浮雕或者植被降低眩光，且引道路面及路上空間尚有開發(fā)的余地，因此為城市短隧道視覺誘導(dǎo)和照明改善設(shè)計提供了可行性。
基于光流率的車速控制方法得到應(yīng)用。光流率被認為是影響速度感知的重要視覺因素。光流率是人運動時，空間中各點穿過視野的相對速度。國內(nèi)外學(xué)者通過光流率在交通中“無意識”地進行速度控制的使用來提升公路環(huán)境速度知覺，劉兵在碩士論文“基于駕駛員視知覺的車速控制和車道保持機理研究”中(武漢理工大學(xué)，2008年)通過心理物理實驗得出當光流率小于2Hz，或大于32Hz時，駕駛員會出現(xiàn)速度低估，光流率在4Hz 16Hz時， 實驗者對速度產(chǎn)生了高估，其中光流率為12Hz高估達到30%以上。
逆反射材料及技術(shù)已日趨成熟。近些年，反光膜、反光片、反光漆等逆反射材料的應(yīng)用越來越廣泛，成本越來越低，這就為隧道內(nèi)部采用“逆反射照明”夯實了基礎(chǔ)。逆反射技術(shù)最大特點是充分利用車輛前燈的亮光，通過逆反射材料的表面結(jié)構(gòu)，為駕駛?cè)烁兄?，從而改善駕駛者的安全視距，優(yōu)化道路沿線交通設(shè)施視認效果，讓駕駛者獲得更多的時間、更強化的感受，來判斷路況和獲取指導(dǎo)信息，以便及時正確的采取安全措施。它是以物理手段調(diào)動人的主觀能動性，提高行駛安全，是一種節(jié)能環(huán)保的低成本道路安全解決方案。
城市下穿短隧道由于長度短、其照明及過渡在國家規(guī)范中沒有強制規(guī)定，且對向車道之間分隔帶非常窄，難以進行物理隔離，因此在設(shè)置照明時常常簡化處理，導(dǎo)致照度偏低，進出口照度過渡劇烈，防眩效果差，視機能下降的危害常常被駕駛員低估，容易誘發(fā)交通事故。因此亟需在保障交通安全效益的前提下，從視覺誘導(dǎo)系統(tǒng)整體設(shè)計出發(fā)，利用隧道內(nèi)外的側(cè)墻及路上空間，設(shè)置良好的逆反射照明過渡系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用矩形閉合圖案的深度視覺效果更好的原理，利用懸索式照明對道路線形適應(yīng)性好、照明效率高的特點，并結(jié)合基于光流率和邊緣率的交通心理學(xué)控速方法。即空間頻率在12Hz作用下時，感知速度顯著大于物理速度，最高達30%以上，而中頻、低頻條件下(小于2Hz)，感知速度小于物理速度(參見圖1)。在行車環(huán)境中，理想感知速度應(yīng)比物理速度略大為宜(小于10%或者5%)，因此需要將高頻、中頻信息結(jié)合起來，以達到感知速度與物理速度相協(xié)調(diào)，并實現(xiàn)速度控制的長效機制(參見圖2 )。
本發(fā)明針對城市隧道長度小于100米的城市下穿短隧道，由于其進出口引道路段所占總長比例大、照度過渡劇烈；在隧道引道上利用對稱、等間距的燈柱下緣設(shè)置懸索型照明燈具，光源與隧道引道、隧道下穿段內(nèi)照明方向保持一致；并利用洞外擋土墻、路面、燈具，洞內(nèi)側(cè)墻、路面、洞頂空間，利用逆反射材料，構(gòu)筑高頻、中頻的逆反射信息。懸索型照明及多道頻率視覺信息設(shè)置，提升隧道入口照明水平及效率，緩和隧道照明過渡，全面提升駕駛員進出隧道過程中的速度感、方向感、距離感，從而引導(dǎo)安全、正確的駕駛行為，達到有效避免交通事故的目的。本發(fā)明適用于設(shè)計車速為4(T60km/h的照明不良的城市下穿短隧道。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法(參見附圖)，該方法通過在隧道進出口引道設(shè)置等間距照明燈柱1、在照明燈柱上設(shè)置變高度橫向燈柱懸索2，在懸索上橫向設(shè)置3排照明燈具3，其照明燈具縱向與隧道線形及隧道內(nèi)燈具設(shè)置一致，形成短隧道引道懸索 式照明方式，實現(xiàn)隧道進出口燈具設(shè)置及照明合理過渡；并在隧道引道側(cè)墻上設(shè)置多層側(cè)墻輪廓標5、側(cè)墻豎向標線6、路面橫向錯視覺減速標線10及燈柱下緣立面標記線13構(gòu)成閉合中頻逆反射視覺信息流；通過設(shè)置路側(cè)單面反光突起路標4、中央分隔帶引道雙面反光突起路標12和側(cè)墻底端立面標記線9構(gòu)成高頻視覺信息流；選取隧道進口前路面橫向錯視覺減速標線10共3道，每道錯視覺減速標線均添加I道路面橫向振動減速標線11。
本發(fā)明的方法中，隧道下穿段設(shè)置側(cè)墻豎向標線6并延伸至洞頂，與多層側(cè)墻輪廓標5、路面橫向錯視覺減速標線10共同構(gòu)成隧道下穿段中頻逆反射視覺信息流。
本發(fā)明的方法中，所述的隧道引道閉合中頻逆反射視覺信息流頻率為O. 2^0. 5Hz。
本發(fā)明的方法中，所述的隧道下穿段中頻逆反射信息流頻率為O. 2^0. 5Hz。
本發(fā)明的方法中，在隧道下穿段及引道利用側(cè)墻底端立面標記線9和路側(cè)單面反光突起路標4構(gòu)成閉合的高頻視覺信息流，頻率為8 12Hz。
本發(fā)明的方法中，選取隧道洞內(nèi)進口后及出口前側(cè)墻豎向標線6和路面橫向錯視 覺減速標線10各2道，在這些側(cè)墻豎向標線6和路面橫向錯視覺減速標線10均設(shè)置2道 車距保持線。
本發(fā)明的方法中，選取隧道進口前路面橫向錯視覺減速標線10共3道，其每道標 線均添加I道路面橫向振動減速標線11以形成組合標線。
本發(fā)明的方法中，側(cè)墻輪廓標5采用鉆石級反光膜，路面單面反光突起路標4和中 央分隔帶引道雙面反光突起路標12采用高強級反光膜，燈柱下緣立面標記線13采用高強 度反光涂料，路面橫向振動減速標線11采用振動型道路反光標線涂料，其余墻面、路面標 線采用全天候反光標線。
本發(fā)明的方法中，引道路面上空懸索式照明采用高性能遮光型光源，橫向設(shè)置3 排，中間一排，兩側(cè)行車道上各一排，懸索下燈具橫向位置與隧道內(nèi)燈具布設(shè)規(guī)則一致，使 下穿隧道的光源保持線性、均勻過渡，進口引道與出口引道燈具完全對稱的設(shè)置。進出口引 道與隧道內(nèi)整體布設(shè)的照明系統(tǒng)有助于緩解進出隧道過程中照明劇烈變化。
本發(fā)明的方法中，在隧道側(cè)墻、引道擋墻下緣設(shè)置高頻的黃黑相間的立面標記及 路側(cè)路面突起路標，構(gòu)成中頻逆反射視覺信息流，增大駕駛員瞬時速度知覺，提升駕駛員速 度感。
本發(fā)明的方法中，隧道引道擋土墻燈柱高度一般為5 10m，燈柱縱向間距約為 15 30m;側(cè)墻豎向中頻標線為白色實線，并延伸至洞頂，白色實線寬度宜取45cm;在洞內(nèi)、 洞外各2道中頻橫向、豎向標線，每道標線各設(shè)置2排車距保持線，輪廓標宜自進出口引道 地面線向上等間距設(shè)置，不超過3層，每層間距控制在6(T80cm ;路面中頻橫向錯視覺減速 標線為虛實線，寬度為45cm ;下坡引道進洞前3道均為錯視覺減速標線與振動減速標線組 合，其余部分及上坡引道為錯視覺減速標線。中頻信息刺激可以增加駕駛員的車距感及方 向感。
本發(fā)明的方法中，所述的提升速度知覺水平的高頻信息主要包括隧道內(nèi)外側(cè)墻及 路緣石下沿立面的黃黑標線，針對設(shè)計車速為4(T60km/h的照明不良的城市下穿隧道，其 空間頻率為8 12Hz，間距取f 2m，立面黃黑標線高度為60cm ;同時隧道路段路面邊緣線外 側(cè)設(shè)立突起路標，與立面標記線同頻率設(shè)置；進口引道與出口引道應(yīng)做對稱設(shè)置。高頻敏感 信息流的設(shè)置可以提供瞬時速度知覺，增大駕駛員視覺心理響應(yīng)，并確保車輛運行過程中 的駕駛員感知速度略大于物理速度。
本發(fā)明優(yōu)點如下I)在隧道進出口引道路面上空設(shè)置與路面等高的懸索式照明光源，有助于緩和隧道進 出口照度、空間過渡，并提升駕駛員對交通環(huán)境的視認性，實現(xiàn)照明安全與效率的統(tǒng)一。
2)本方法設(shè)置的懸索式照明系統(tǒng)能夠有效提高照明效率20%以上，并對無照明或 照度較低的短隧道能夠有效減少對向行車時的眩光。
3)本方法在隧道路段設(shè)置中等頻率的逆反射信息，確保駕駛員在行駛過程中能看 到前進方向多排輪廓標，并通過逆反射信息準確辨識前方車輛車距及隧道側(cè)墻位置，能提 升駕駛?cè)说恼w節(jié)奏感、方向感。
4)本方法在隧道入口前設(shè)置3道振動減速標線，將有助于實現(xiàn)下坡車輛被動減速，同時隧道進出口設(shè)置的4道車距保持線，也有利于增強駕駛員對前方車輛的車距準確判斷，室內(nèi)模擬視頻實驗表明對車速感知速度比物理速度大約5°/Γ Ο%，控制車速效果十分顯著。
5)本方法在下穿隧道及引道的側(cè)墻和路緣石下緣設(shè)計小尺度、高頻率的立面標記線(黃黑相間設(shè)置)，同時路面兩側(cè)設(shè)置同樣頻率的突起路標，共同作用，能提高駕駛員的瞬時感知速度，能準確判定本車行駛速度。
6)本方法采用低成本的高反光構(gòu)成的道路標線和視覺誘導(dǎo)系統(tǒng)，不涉及大規(guī)模道路基礎(chǔ)設(shè)施，投資少，施工易，見效快，為改善城市下穿短隧道照明過渡、確保城市交通暢通安全提供了新方法。
7)本方法綜合考慮視覺誘導(dǎo)與整體隧道駕駛環(huán)境結(jié)合，采用視知覺與振動知覺的手段，主動及被動安全兩方面全面改善駕駛員在城市下穿短隧道行車的適應(yīng)性，是一種典型的人因工程改善方法，容易為駕駛員理解執(zhí)行。


圖1隧道入口現(xiàn)狀車速與理想車速過渡示意圖；圖2不同光流率下感知速度與物理速度關(guān)系示意圖；圖3-1短隧道引道起點交通安全設(shè)施橫斷面圖；圖3-2短隧道引道中部交通安全設(shè)施橫斷面圖；圖3-3短隧道洞口交通安全設(shè)施橫斷面圖；圖4短隧道交通安全設(shè)施平面圖；圖5短隧道交通安全設(shè)施側(cè)面圖；圖中1-照明燈柱，2-燈柱懸索，3-照明燈具，4-路側(cè)單面反光突起路標，5-側(cè)墻輪廓標，6-側(cè)墻豎向標線，7-車距保持折線，8-側(cè)墻頂端，9-側(cè)墻底端立面標記線，10-路面橫向錯視覺減速標線，11-路面橫向振動減速標線，12-中央分隔帶引道雙面反光突起路標， 13-燈柱下緣立面標記線。
具體實施方式
I)利用隧道引道上設(shè)置的短燈柱，從燈柱頂端或中部引出懸索，連接橫向燈柱，形成懸索式結(jié)構(gòu)，并以反光材料涂裝燈柱下緣，形成黃黑立面標記；懸索采用直徑45mm的柔性防腐材料包裹，內(nèi)含導(dǎo)電線纜，為照明提供電源；2)根據(jù)下穿隧道縱斷面線形，在懸索下設(shè)置截光型照明燈具，懸索式燈具的橫向位置應(yīng)盡量與隧道內(nèi)照明燈具保持在同一直線上；要保證懸索橫向燈具與道路路面高差保持一3)空中橫向懸索和燈 柱高于橫向懸索的部分不涂裝反光材料，防止駕駛員注意力分散，某些特殊情況下，引道雙黃線上方的照明光源應(yīng)采取部分遮光的措施；4)清洗隧道內(nèi)外側(cè)墻、路面，施畫側(cè)墻、路緣石立面標記線(黃黑相間)及路側(cè)突起路標；5)根據(jù)燈柱位置，在隧道引道側(cè)墻上設(shè)置逆反射豎向側(cè)墻線，并施畫路面橫向錯視覺標線，構(gòu)成深度視覺的閉合空間標線，隧道路面在進口之前的3道錯視覺減速標線設(shè)置3道振動減速標線，其他路段僅設(shè)置橫向錯視覺減速標線；6)從隧道下坡段引道起點到隧道上坡段引道終點，在保證輪廓標距地面最小高度的基 礎(chǔ)上，依高度變化，以相同的間距逐漸增加(進口段)或減少(出口段)輪廓標數(shù)量，至隧道下 穿段為止，且最多不超過3排，并要進出口引道對稱設(shè)計。
注意事項I)本方法適用于限速為4(T60km/h、長度不大于IOOm的城市下穿短隧道，對現(xiàn)有的照 明系統(tǒng)是一種有益的補充，因此要求隧道內(nèi)安裝有照明系統(tǒng)，且運營照明不能全部關(guān)閉。
2)對于城市隧道引道擋墻上已有照明燈柱的隧道，可在立柱上打孔，安裝懸索；對 于沒有照明燈柱的隧道，則需要在擋墻上安裝短燈柱，縱向間距約為15 30m，確保其頻率為O.2 O. 5Hz，同時設(shè)置變高度懸索式照明。
3)對于現(xiàn)有隧道引道中央分隔帶大于3m寬度的情況，則可以利用中央分隔帶設(shè) 置懸挑式照明，對于中央分隔帶較窄或者僅有雙黃線的情況，應(yīng)采用本設(shè)置方法。
4)隧道引道入口前可采用限高架，以阻止超高車輛的進入，同時增加對懸索及隧 道側(cè)墻的保護。
5)本方法中下穿隧道內(nèi)外逆反射的材料應(yīng)注意保養(yǎng)、維護，隧道下穿段中央分隔 帶洞口可設(shè)置防撞桶，并在墻壁上涂裝高強度紅白相間反光材料以作為立面標記；當輪廓 標反光系數(shù)降低到設(shè)計數(shù)值的70%以上時，應(yīng)注意更換反光膜。
權(quán)利要求
1.一種基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法，其特征在于該方法通過在隧道進出口引道設(shè)置等間距照明燈柱(I)、在照明燈柱上設(shè)置變高度橫向燈柱懸索(2)，在懸索上橫向設(shè)置3排照明燈具(3)，其照明燈具縱向與隧道線形及隧道內(nèi)燈具設(shè)置一致，形成短隧道引道懸索式照明方式，實現(xiàn)隧道進出口燈具及照明的合理過渡；并在引道側(cè)墻上設(shè)置多層側(cè)墻輪廓標(5)、側(cè)墻豎向標線(6)、路面橫向錯視覺減速標線(10)及燈柱下緣立面標記線(13)構(gòu)成閉合中頻逆反射視覺信息流；通過設(shè)置路側(cè)單面反光突起路標(4)、中央分隔帶引道雙面反光突起路標(12)和側(cè)墻底端立面標記線(9)構(gòu)成高頻視覺信息流；選取隧道進口前路面橫向錯視覺減速標線(10)共3道，每道錯視覺減速標線均添加 I道路面橫向振動減速標線(11)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法，其特征在于；隧道下穿段設(shè)置側(cè)墻豎向標線(6)并延伸至洞頂，與多層側(cè)墻輪廓標(5)、路面橫向錯視覺減速標線(10)共同構(gòu)成隧道下穿段中頻逆反射視覺信息流。
3.如權(quán)利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法，其特征在于，所述的隧道引道閉合中頻逆反射視覺信息流頻率為O. 2^0. 5Hz。
4.如權(quán)利要求2所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法，其特征在于，所述的隧道下穿段中頻逆反射信息流頻率為O. 2^0. 5Hz。
5.如權(quán)利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法，其特征在于，在隧道下穿段及引道利用側(cè)墻底端立面標記線(9)和路側(cè)單面反光突起路標(4)構(gòu)成閉合的高頻視覺信息流，頻率為8 12Hz。
6.如權(quán)利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法，其特征在于，選取隧道洞內(nèi)進口后及出口前側(cè)墻豎向標線(6)和路面橫向錯視覺減速標線(10)各 2道，在這些側(cè)墻豎向標線(6)和路面橫向錯視覺減速標線(10)均設(shè)置2道車距保持線。
7.如權(quán)利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法，其特征在于，選取隧道進口前路面橫向錯視覺減速標線(10)共3道，其每道標線均添加I道路面橫向振動減速標線(11)以形成組合標線。
8.如權(quán)利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法，其特征在于，引道路面上空懸索式照明采用高性能遮光型光源，橫向設(shè)置3排，中間一排，兩側(cè)行車道上各一排，懸索下燈具橫向位置與隧道內(nèi)燈具布設(shè)規(guī)則一致，使下穿隧道的光源保持線性、均勻過渡，進口引道與出口引道燈具完全對稱的設(shè)置。
9.如權(quán)利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法，其特征在于，側(cè)墻輪廓標(5)采用鉆石級反光膜，路面單面反光突起路標(4)和中央分隔帶引道雙面反光突起路標(12)采用高強級反光膜，燈柱下緣立面標記線(13)采用高強度反光涂料， 路面橫向振動減速標線(11)采用振動型道路反光標線涂料，其余墻面、路面標線采用全天候反光標線。
全文摘要
一種基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系統(tǒng)改善方法。先利用短隧道引道端墻燈柱設(shè)置變高度橫向懸索，在懸索上橫向設(shè)置3排燈具，燈具縱向與隧道線形及隧道內(nèi)燈具設(shè)置一致，燈柱下緣設(shè)置立面標記線，引道側(cè)墻設(shè)置豎向標線及多層輪廓標，路面設(shè)置橫向錯視覺減速標線，共同組成隧道引道中頻逆反射信息流；隧道下穿段設(shè)置側(cè)墻豎向標線并延伸至洞頂，與多層側(cè)墻輪廓標和路面橫向錯視覺減速標線共同構(gòu)成隧道下穿段中頻逆反射信息流；縱向每隔1~2m，利用隧道內(nèi)側(cè)墻、引道側(cè)墻下緣設(shè)置立面標記線，同時路面路側(cè)設(shè)置突起路標，共同構(gòu)成高頻逆反射信息流。本方法能緩和隧道進出口照明過渡，并通過設(shè)置多道逆反射視覺信息實現(xiàn)隧道進出口車速的平穩(wěn)過渡。
文檔編號F21V19/00GK103062688SQ201310027880
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者杜志剛, 黃發(fā)明, 陶鵬鵬, 鄭展驥, 王自入, 萬紅亮 申請人:武漢理工大學(xué)