公路隧道的营运照明

第二十一章公路隧道的营运照明1、概述2、照明质量3、亮度曲线的组成4、减光建筑与植被的减光作用5、照明设计第一节概述1、目的把必要的视觉信息传递给司机，提高驾驶的安全性和增加舒适感2、隧道照明与道路照明的异同昼间照明（更加复杂），亮度水平3、隧道照明设计的主要困难隧道入口及其相邻区段需要考虑人的视觉适应过程第一节概述4、照明设计应考虑的问题1）隧道附近的环境2）隧道状况3）交通状况4）附属设备状况5）维护管理状况第一节概述5、汽车司机从明亮的环境接近、进入、通过、驶出隧道过程中所产生的视觉问题1）进入隧道前的视觉问题（白天）：“黑洞效应”（长隧道），“黑框效应”（短隧道），亮度差异过分悬殊2）进入隧道后立即出现的视觉问题（白天）：暗适应，“适应的滞后现象”第一节概述3）隧道内部的视觉问题(白天，夜间）：废气形成的烟雾，降低了隧道的能见度4）隧道出口的视觉问题：白天，长隧道，接近出口，“亮洞”，眩光，舒适性；夜间，黑洞，看不清外部道路的线形以及路上的障碍物，行车不安全第二节道路照明质量1、司机的视觉2、影响视觉的主要因素3、道路照明的质量光的度量1、光通量：单位时间内光辐射能量的大小，光源发出光的量。单位：lm（流明），1流明是发光强度为1cd（坎德拉）的均匀点光源在1sr（球面度）内发出的光通量。在照明工程中，光通量是说明光源发光能力的基本量。例如一只220V、40W的白炽灯的光通量为350lm，而一只220V、40W的荧光灯的光通量为2100lm，为白炽灯的6倍。光的度量2、发光强度（光强）由于辐射发光体在空间发出的光通量不均匀，大小也不相等，为了表示辐射体在不同方向上光通量的分布特征，需引入光通量的（空间）角密度的概念。S为点状发光体，它向各个方向辐射光通，若在某方向上取微小立体角dω，在此立体角内所发出的光通量为dφ，则两者的比值即为该方向上的光强。光的度量2、发光强度（光强）光强的单位是坎德拉（cd），国际单位制中基本单位之一。光强用于说明光源和灯具所发出的光通量在空间各个方向或在选定方向上的分布密度。例如一只220V、40W的白炽灯的光通量为350lm，它的的平均光强为28cd，若在该灯泡上面装一盏白色搪瓷平板灯罩，则灯的正下方的发光强度能提高到70～80cd。如果配上一个聚焦合适的镜面反射罩，则灯正下方的光强可达数百cd。光的度量3、照度照度是用来表示被照面上光的强弱，以被照场所光通的面积密度来表示。取微小面积dA，入射的光通为dφ，则照度为两者的比值。平均照度照度的单位为勒克斯（lx），1lx表示在1m2的面积上均匀分布1lm光通量的照度值，或者是一个光强为1cd的均匀发光的点光源，以它为中心，在半径为1m的球表面上，各点所形成的照度值。光的度量3、照度1lx的照照度是比较较小的，在在此照度下下仅能大致致地辨认周周围物体。。例如，晴晴朗的满月月夜地面照照度约为0.21lx，白天天采光良好好的室内照照度为100～500lx，，晴天室外外太阳散射射光（非直直射）下的的地面照度度约为1000lx，中午太太阳光照射射下的地面面照度可达达100000lx。光的度量4、光出射射度（面发发光度）具有一定面面积的发光的度量5、亮度光射出度只只表示单位位面积上发发出光通量量的多少，，没有考虑虑光辐射的的方向，不不能表征发发光面在不不同方向上上的光学特特征。亮度度就表示垂垂直于视线线方向上的的单位投影影面积的发发光强度。。亮度是一一个具有方方向性的物物理量，当当人眼从不不同的方向向观察同一一对象时，，能感觉觉到在不同同观察方向向上，对象象的亮暗程程度是不相相同的。决决定亮暗程程度的并不不是对象在在发光面上上的发光强强度，而是是亮度。单单位为尼特特第二节道道路照明质质量质量的评价价：获得的的视觉信息息良好的必必要的视觉觉条件照照明设施（（物理过程程）、正确确发挥视觉觉生理和心心理过程的的作用（生生理、心理理过程）司机的视觉觉1、视野2、可见光光：肉眼能能感觉到的的光3、人的视视觉：“亮亮度适应””，“暗适适应”，““亮适应””4、司机的的注视范围围：视觉亮度，第二节道道路照明质质量质量的评价价：获得的的视觉信息息良好的必必要的视觉觉条件照照明设施（（物理过程程）、正确确发挥视觉觉生理和心心理过程的的作用（生生理、心理理过程）司机的视觉觉1、视野：：人眼的视野野较广，大大约100度范围，，上约50、下约75度2、可见光光：肉眼能能感觉到的的光3、人的视视觉：视网膜上分分布着两种种感光细胞胞，锥状体体和杆状体体细胞，根根据光强度度不同进行行工作。“亮度适应应”，（眼眼睛对于外外界的亮度度变化，能能适当地调调节锥状体体和杆状体细细胞使之具具有合适的的感度）“暗适应应”（杆状体细胞胞），“亮适适应”（锥状体细胞胞）司机的视觉觉4、司机的的注视范围围：国际照明委委员会（CIE）建建议：司机机观察路面面的平均视视点高度为为1.5m，大体相相当于汽车车司机的人人眼高度，，若向前注注视的视角角约为1°°则注视的的范围约为为正前方60~160m左右，在此此范围内的的路面亮度度分布状况况，对司机机视觉直接接起作用。司机的视觉觉5、司机的的看视条件件●路面平均亮亮度，对隧隧道来说还还有作为背背景的墙面面亮度；●路面亮度均均匀度●物体的亮度度；●物体与背景景的亮度对对比；●观察物体时时的有效时时间；●眩光程度等等。司机的视觉觉此外，还与与物体的形形状，轮廓廓的清晰度度、在视野野中的位置置，以及是是否出现在在预料的位位置上，或或是突然出出现在非预预料位置上上等有关，，视觉是以生生理量度量量的，受观观察者的精精神、视力力、身体状状况的影响响。还受气象象（如雾等等）和空气气混浊程度度的影响。。影响视觉的的主要因素素1、适宜的的亮度1）亮度2）适宜的的亮度是物物体在视网网膜上成像像引起视觉觉的基本条条件。视觉觉与亮度的的对数成正正比关系，，“最低亮亮度阈”，，视觉上限限，眩光影响视觉的主要要因素2、对象的大小小“对象”的定义义就是能够看到到的事物或者事事物的一部分。。能否看清对象象，除了依赖于于照明条件外，，还决定于对象象的大小。影响视觉的主要要因素3、对象和背景景的亮度对比1）定义（表达达式）在观察方向上，，若对象的表面面亮度为L0，背景亮度为Lb，则对象与背景景的亮度对比C可用下式表示示C值表示对象与与背景亮度差别别的大小，C值值越大，可以识识别得越清楚。。C值小到某一一值以下时就不不能识别对象了了。影响视觉的主要要因素4、颜色对比的的影响1）背景与对象象之间应该存在在颜色对比（颜颜色上的差别））2）亮度对比是是识别对象的主主要因素，颜色色对比则为辅助助因素5、环境亮度的的影响1）照明对象以以及所在的环境境或对象的背景景2）原因影响视觉的主要要因素对背景亮度的要要求是足以识别别背景。隧道内内背景主要是路路面和墙面，顶顶棚也可以是背背景。足够亮的的背景，才能衬衬托出对象的轮轮廓和相对位置置，使司机作出出准确的判断，，保证行车安全全。影响视觉的主要要因素6、空气对能见见度的影响●空气对光通通的衰减作用和和光幕发光（或反光））物体的光通，，必须经过空气气才能到达人的的眼睛。在传播播的过程中受到到吸收作用和散散射作用造成光光通衰减。空气气的散射是造成成定向传播的光光通衰减的最主主要原因。●空气的散射射作用散射是指空气组组成成份把原来来向一个方向传传播的光变成向向各个方向传播播，使原来光线线减弱的现象。。●透过率影响视觉的主要要因素7、观察时间的的长短观察尺寸大的物物体只需很短的的时间，同一物物体，照度越高高（背景亮度越越大），识别时时间越短。道路照明的质量量1、路面平均亮亮度（Lav）：背景：路面面（主要）、墙墙面，障碍物，，亮度对比度路面（背景）亮亮度越高，眼睛睛的对比灵敏度度越好（亮度对对比阈ε越小））。Dunbar实验表明：：平均亮度升高高时，察觉障碍碍物所必要的亮亮度对比C变小小。即，障碍物物变得更容易看看清楚，见图。。国外一些国家家的路面平均亮亮度一般取l～2cd／m2。察觉障碍物的平平均亮度Lav和亮度对比C的关系道路照明的质量量2、路面亮度均均匀度：保证亮度均匀度度是为了给司机提供良好好的能见度和视视觉上的舒适性性。如果亮度高，，则均匀度要求求可以不很严格格。干燥路面和和湿路面的路面面亮度有很大变变化，均匀度也也相应有很大变变化。严格的均均匀度要求，一一般限于干燥路路面和路面平均均亮度较低的情情况。道路照明的质量量⑴总均匀度（（U0）为了使路面上所所有区域都有足足够的亮度和对对比度，提供令令人满意的能见见度，需要规定定路面最小亮度度和平均亮度比比值的范围。式中:Lav———距车道边缘缘1/4宽度处处(左或右)测测得的路面平均均亮度；Lmin——距距车道边缘1/4宽度处(左左或右)测得的的路面最低亮度度。道路照明的质量量对于隧道总均匀匀度包括路面和和两侧2m高范范围内的墙面，，昼间U0≥0.7；夜间间U0≥0.5。对于于露天道路一般般不低于0.4。道路照明的质量量2）纵向均匀度度：为了提供视觉舒舒适性，要求沿沿各车道线中心心线有一定的纵纵向均匀度。纵纵向均匀度是沿沿中心线的局部部亮度的最小值值和最大值之比比。式中：Lmax—从车道线中中心线测得的最最大亮度；Lmin—从车车道线中心线测测得的最小亮度度。隧道纵向均匀度度包括路面两侧侧2m高范围的的墙面，昼间Ul≥0.8；夜间间Ul≥0.6。露天天道路依道路等等级不同，不低低于0.7或0.5。道路照明的质量量3、眩光限制：：失能眩光、不不舒适眩光⑴失能眩光眩光导致的识别别能力的下降，，是由光在眼睛里发生散散射过程造成的的。表示对照明设设施造成的能见度损失方面的评价，用用被试对象物体体的亮度对比的的阈值增量（TI）表示，是是典型的司机视视觉作业。失能眩光是生理上的过程程，是表示由生理眩光导致致辨认能力降低低的一种度量。来自眩光光源源的光在视网膜膜方向上的散射射会引起光幕（（等效光幕）作作用，在视网膜膜方向上的散射射程度越大，光光幕作用越大。。在眩光条件下下的总视感，必必须把光幕亮度度叠加在无眩光光时景物成像亮亮度上。等效光光幕亮度可按以以下经验公式计计算：道路照明的质量量3、眩光限制：：失能眩光、不不舒适眩光⑴失能眩光眩光导致的识别别能力的下降，，是由光在眼睛里发生散散射过程造成的的。表示对照明设设施造成的能见度损失方面的评价，用用被试对象物体体的亮度对比的的阈值增量（TI）表示，是是典型的司机视视觉作业。失能眩光是生理上的过程程，是表示由生理眩光导致致辨认能力降低低的一种度量。⑵不舒适眩光光眩光造成的不舒舒适感，目前还还没有专门的测测量仪器，是用用眩光控制等级级（G）表示所所感到的不舒适适程度的主观评评价。表示在眩眩光感觉中的动动态驾驶条件下下，对道路照明明设施的评价,心理上的过程。道路照明的质量量4、诱导性：为了保证交通安安全，道路的走走向，道路的界界限，道路交叉叉点以及特殊地地点都应该清晰晰可见，要求有良好的诱诱导性。诱导性一般来来自两个方面：：即视见诱导性和光光学诱导性。诱导性通过各各种诱导标志和和照明设施获得得，与照明设施施等一起，共属属交通安全设施施范围。道路照明的质量量⑴视见诱导性性●道路视线诱导标志，是沿行车带标标明道路边缘和和线形的一种设施，以便昼夜诱导导司机的视线，，并根据需要设设在某一路段上上，如路面中心心线、路线或两两侧路面标志、、道路护栏与护护桩、积雪地区区设置雪标杆等等。●隧道内墙面面也可以起诱导导作用，但隧道道内的诱导作用用首先要求有足足够的照明，使使诱导标志成为为可以视见的。。道路照明的质量量⑵光学诱导性性●在道路照明明设施中，排列成行的照明明器可以指示出道路路走向、弯道、、交叉和各种特特殊场合，再配配合其它视线诱诱导标志，能在在远距离上使司机机明显地注意到到有危险性的地地段。●照明器在排列、光色、光光强以及设置的方位和间隔的变化，会有效效地起到光学诱诱导作用。道路照明的质量量●在同一区段段内注意保持照照明的一致性（（照明系列及光光色等），以及及在不同区段，尤其不同等级级的道路，采用用不同类型的光光源、不同的格调等，都会有效地地起到光学诱导导作用。●在规模大、、线形复杂、多多层次的立体交交叉场合不宜大大量装设路灯，，这种场合宜采采用高杆照明，在照亮道路的的同时也照亮环环境，可以获得得与白天相似的的良好诱导性。。第三节亮度曲曲线的组成1、照明区段的的划分2、亮度曲线的的组成第三节亮度曲曲线的组成基本要求：视觉觉信息的不间断断性和照明的经经济性，前者要要求有较高的亮亮度，后者要求求有较低的亮度度，照明设计者者应把他们统一一起来。解决方法：提高洞内亮度水水平：亮度是基基础，不经济，，没充分利用人人的视觉适应规规律考虑视觉适应规规律，把亮度维维持在一个实际际情况容许的最最低极限水平上上。接近段，入入口段、过渡段段、中间段、出出口段照明区段的划分分1、接近段：洞洞口前，从注视视点到适应点之之间的一段道路路。车速，洞外外亮度2、入口段：进进入洞口的第一一段。入口段在在洞口处的最高高亮度应该怎么么取值3、过渡段：介介于入口段与中中间段之间。其其任务是从入口口段高亮度到中中间段低亮度的的剧烈变化给司司机造成的不适适应现象，使之之有充分的适应应时间根据适应时间与与设计车速，可可以求出过渡段段所需长度，以以渐变的加强照照明来实现这种种过渡照明区段的划分分4、中间段：基基本任务是保证证停车视距，中中间段的亮度水水平与空气透过过率（即通风条条件）、行车速速度以及交通量量等因素有关。。5、出口段：单单向交通：缓和和白洞现象带来来的不利影响；；对向交通：入入口和出口亮度曲线的组成成1、亮度曲线：：沿道路轴线，由由入口洞外的接接近段经入口段段、过渡段、中中间段直至出口口段，司机在白天所需需要的路面亮度度变化曲线，称称为亮度曲线，见图，其中的的亮度包括自然光在路面反射引起起的亮度和人工照明在路面反射引起起的亮度，是综综合的亮度。2、综合亮度：：自然光，人工工照明3、人工亮度曲曲线:人工照明在路面反射引起起的亮度是因自自然光不足或根根本影响不到而而需用人工照明明加以弥补的亮亮度，人工亮度度沿路轴的变化化曲线称为人工工亮度曲线。亮度曲线的组成成亮度曲线的组成成由于目前人们对对视觉适应能力力的估算不一致致，所以在入口口（包括入口段段和过渡段）亮亮度曲线的划法法上相差甚远。。我国的《公路路隧道通风照明明设计规范》对对各区段的长度度与亮度作了具具体规定。第四节减光建筑筑与植被的减光光作用1、设置减光建建筑的原因：洞洞外亮度随季节节、时间而变化化，并且因隧道道所处环境和所所在地区而不同同2、目的：把洞洞外亮度减少到到较低