道路隧道的运营照明

道路隧道的运营照明第1页，共52页，2023年，2月20日，星期四第一节概述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2页，共52页，2023年，2月20日，星期四第一节概述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3页，共52页，2023年，2月20日，星期四第一节概述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4页，共52页，2023年，2月20日，星期四第一节概述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5页，共52页，2023年，2月20日，星期四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、道路照明的质量第6页，共52页，2023年，2月20日，星期四光的度量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。第7页，共52页，2023年，2月20日，星期四光的度量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。第8页，共52页，2023年，2月20日，星期四光的度量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。第9页，共52页，2023年，2月20日，星期四光的度量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。第10页，共52页，2023年，2月20日，星期四光的度量3、照度1lx的照度是比较小的，在此照度下仅能大致地辨认周围物体。例如，晴朗的满月夜地面照度约为0.21lx，白天采光良好的室内照度为100～500lx，晴天室外太阳散射光（非直射）下的地面照度约为1000lx，中午太阳光照射下的地面照度可达100000lx。第11页，共52页，2023年，2月20日，星期四光的度量4、光出射度（面发光度）具有一定面积的发光体，其表面上不同点的发光强弱可能是不一致的。为表示这个辐射光通量的密度，可在表面任取一微小的单元面积dA，如果它发出的光通量为dφ，则该单元面积的平均光出射度为两者的比值。光出射度就是单位面积发出的光通量，单位为辐射勒克斯（lx）。光出射度和照度具有相同的量纲，其区别在于光出射度表示发光体发出的光通量表面密度，而照度则表示被照物体所接受的光通量表面密度。第12页，共52页，2023年，2月20日，星期四光的度量5、亮度光射出度只表示单位面积上发出光通量的多少，没有考虑光辐射的方向，不能表征发光面在不同方向上的光学特征。亮度就表示垂直于视线方向上的单位投影面积的发光强度。亮度是一个具有方向性的物理量，当人眼从不同的方向观察同一对象时，能感觉到在不同观察方向上，对象的亮暗程度是不相同的。决定亮暗程度的并不是对象在发光面上的发光强度，而是亮度。单位为尼特第13页，共52页，2023年，2月20日，星期四第二节道路照明质量质量的评价：获得的视觉信息良好的必要的视觉条件照明设施（物理过程）、正确发挥视觉生理和心理过程的作用（生理、心理过程）第14页，共52页，2023年，2月20日，星期四司机的视觉1、视野2、可见光：肉眼能感觉到的光3、人的视觉：“亮度适应”，“暗适应”，“亮适应”4、司机的注视范围：视觉亮度，第15页，共52页，2023年，2月20日，星期四第二节道路照明质量质量的评价：获得的视觉信息良好的必要的视觉条件照明设施（物理过程）、正确发挥视觉生理和心理过程的作用（生理、心理过程）第16页，共52页，2023年，2月20日，星期四司机的视觉1、视野：人眼的视野较广，大约100度范围，上约50、下约75度2、可见光：肉眼能感觉到的光3、人的视觉：视网膜上分布着两种感光细胞，锥状体和杆状体细胞，根据光强度不同进行工作。“亮度适应”，（眼睛对于外界的亮度变化，能适当地调节锥状体和杆状体细胞使之具有合适的感度）“暗适应”（杆状体细胞），“亮适应”（锥状体细胞）第17页，共52页，2023年，2月20日，星期四司机的视觉4、司机的注视范围：国际照明委员会（CIE）建议：司机观察路面的平均视点高度为1.5m，大体相当于汽车司机的人眼高度，若向前注视的视角约为1°则注视的范围约为正前方60~160m左右，在此范围内的路面亮度分布状况，对司机视觉直接起作用。

第18页，共52页，2023年，2月20日，星期四司机的视觉5、司机的看视条件●路面平均亮度，对隧道来说还有作为背景的墙面亮度；

●路面亮度均匀度

●物体的亮度；●物体与背景的亮度对比；●观察物体时的有效时间；●眩光程度等。

第19页，共52页，2023年，2月20日，星期四司机的视觉此外，还与物体的形状，轮廓的清晰度、在视野中的位置，以及是否出现在预料的位置上，或是突然出现在非预料位置上等有关，视觉是以生理量度量的，受观察者的精神、视力、身体状况的影响。还受气象（如雾等）和空气混浊程度的影响。第20页，共52页，2023年，2月20日，星期四影响视觉的主要因素1、适宜的亮度1）亮度2）适宜的亮度是物体在视网膜上成像引起视觉的基本条件。视觉与亮度的对数成正比关系，“最低亮度阈”，视觉上限，眩光第21页，共52页，2023年，2月20日，星期四影响视觉的主要因素2、对象的大小“对象”的定义就是能够看到的事物或者事物的一部分。能否看清对象，除了依赖于照明条件外，还决定于对象的大小。第22页，共52页，2023年，2月20日，星期四影响视觉的主要因素3、对象和背景的亮度对比1）定义（表达式）在观察方向上，若对象的表面亮度为L0，背景亮度为Lb，则对象与背景的亮度对比C可用下式表示

C值表示对象与背景亮度差别的大小，C值越大，可以识别得越清楚。C值小到某一值以下时就不能识别对象了。第23页，共52页，2023年，2月20日，星期四影响视觉的主要因素4、颜色对比的影响1）背景与对象之间应该存在颜色对比（颜色上的差别）2）亮度对比是识别对象的主要因素，颜色对比则为辅助因素5、环境亮度的影响1）照明对象以及所在的环境或对象的背景2）原因第24页，共52页，2023年，2月20日，星期四影响视觉的主要因素

对背景亮度的要求是足以识别背景。隧道内背景主要是路面和墙面，顶棚也可以是背景。足够亮的背景，才能衬托出对象的轮廓和相对位置，使司机作出准确的判断，保证行车安全。第25页，共52页，2023年，2月20日，星期四影响视觉的主要因素6、空气对能见度的影响●空气对光通的衰减作用和光幕发光（或反光）物体的光通，必须经过空气才能到达人的眼睛。在传播的过程中受到吸收作用和散射作用造成光通衰减。空气的散射是造成定向传播的光通衰减的最主要原因。

●空气的散射作用散射是指空气组成成份把原来向一个方向传播的光变成向各个方向传播，使原来光线减弱的现象。

●透过率第26页，共52页，2023年，2月20日，星期四影响视觉的主要因素7、观察时间的长短

观察尺寸大的物体只需很短的时间，同一物体，照度越高（背景亮度越大），识别时间越短。第27页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量1、路面平均亮度（Lav）：背景：路面（主要）、墙面，障碍物，亮度对比度

路面（背景）亮度越高，眼睛的对比灵敏度越好（亮度对比阈ε越小）。Dunbar实验表明：平均亮度升高时，察觉障碍物所必要的亮度对比C变小。即，障碍物变得更容易看清楚，见图。国外一些国家的路面平均亮度一般取l～2cd／m2

。第28页，共52页，2023年，2月20日，星期四察觉障碍物的平均亮度Lav和亮度对比C的关系第29页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量2、路面亮度均匀度：保证亮度均匀度是为了给司机提供良好的能见度和视觉上的舒适性。如果亮度高，则均匀度要求可以不很严格。干燥路面和湿路面的路面亮度有很大变化，均匀度也相应有很大变化。严格的均匀度要求，一般限于干燥路面和路面平均亮度较低的情况。第30页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量

⑴总均匀度（U0）

为了使路面上所有区域都有足够的亮度和对比度，提供令人满意的能见度，需要规定路面最小亮度和平均亮度比值的范围。式中:Lav——距车道边缘1/4宽度处(左或右)测得的路面平均亮度；

Lmin——距车道边缘1/4宽度处(左或右)测得的路面最低亮度。

第31页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量

对于隧道总均匀度包括路面和两侧2m高范围内的墙面，昼间U0≥0.7；夜间U0≥0.5。对于露天道路一般不低于0.4。第32页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量2）纵向均匀度：为了提供视觉舒适性，要求沿各车道线中心线有一定的纵向均匀度。纵向均匀度是沿中心线的局部亮度的最小值和最大值之比。

式中：Lmax—从车道线中心线测得的最大亮度；

Lmin—从车道线中心线测得的最小亮度。隧道纵向均匀度包括路面两侧2m高范围的墙面，昼间Ul≥0.8；夜间Ul≥0.6。露天道路依道路等级不同，不低于0.7或0.5。第33页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量3、眩光限制：失能眩光、不舒适眩光⑴失能眩光

眩光导致的识别能力的下降，是由光在眼睛里发生散射过程造成的。表示对照明设施造成的能见度损失方面的评价，用被试对象物体的亮度对比的阈值增量（TI）表示，是典型的司机视觉作业。失能眩光是生理上的过程，是表示由生理眩光导致辨认能力降低的一种度量。来自眩光光源的光在视网膜方向上的散射会引起光幕（等效光幕）作用，在视网膜方向上的散射程度越大，光幕作用越大。在眩光条件下的总视感，必须把光幕亮度叠加在无眩光时景物成像亮度上。等效光幕亮度可按以下经验公式计算：第34页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量3、眩光限制：失能眩光、不舒适眩光⑴失能眩光

眩光导致的识别能力的下降，是由光在眼睛里发生散射过程造成的。表示对照明设施造成的能见度损失方面的评价，用被试对象物体的亮度对比的阈值增量（TI）表示，是典型的司机视觉作业。失能眩光是生理上的过程，是表示由生理眩光导致辨认能力降低的一种度量。⑵不舒适眩光眩光造成的不舒适感，目前还没有专门的测量仪器，是用眩光控制等级（G）表示所感到的不舒适程度的主观评价。表示在眩光感觉中的动态驾驶条件下，对道路照明设施的评价,心理上的过程。第35页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量4、诱导性：为了保证交通安全，道路的走向，道路的界限，道路交叉点以及特殊地点都应该清晰可见，要求有良好的诱导性。诱导性一般来自两个方面：即视见诱导性和光学诱导性。诱导性通过各种诱导标志和照明设施获得，与照明设施等一起，共属交通安全设施范围。第36页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量⑴视见诱导性

●道路视线诱导标志，是沿行车带标明道路边缘和线形的一种设施，以便昼夜诱导司机的视线，并根据需要设在某一路段上，如路面中心线、路线或两侧路面标志、道路护栏与护桩、积雪地区设置雪标杆等。●隧道内墙面也可以起诱导作用，但隧道内的诱导作用首先要求有足够的照明，使诱导标志成为可以视见的。

第37页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量⑵光学诱导性●在道路照明设施中，排列成行的照明器可以指示出道路走向、弯道、交叉和各种特殊场合，再配合其它视线诱导标志，能在远距离上使司机明显地注意到有危险性的地段。●照明器在排列、光色、光强以及设置的方位和间隔的变化，会有效地起到光学诱导作用。第38页，共52页，2023年，2月20日，星期四道路照明的质量●在同一区段内注意保持照明的一致性（照明系列及光色等），以及在不同区段，尤其不同等级的道路，采用不同类型的光源、不同的格调等，都会有效地起到光学诱导作用。●在规模大、线形复杂、多层次的立体交叉场合不宜大量装设路灯，这种场合宜采用高杆照明，在照亮道路的同时也照亮环境，可以获得与白天相似的良好诱导性。

第39页，共52页，2023年，2月20日，星期四第三节亮度曲线的组成1、照明区段的划分2、亮度曲线的组成第40页，共52页，2023年，2月20日，星期四第三节亮度曲线的组成基本要求：视觉信息的不间断性和照明的经济性，前者要求有较高的亮度，后者要求有较低的亮度，照明设计者应把他们统一起来。解决方法：提高洞内亮度水平：亮度是基础，不经济，没充分利用人的视觉适应规律考虑视觉适应规律，把亮度维持在一个实际情况容许的最低极限水平上。接近段，入口段、过渡段、中间段、出口段第41页，共52页，2023年，2月20日，星期四照明区段的划分1、接近段：洞口前，从注视点到适应点之间的一段道路。车速，洞外亮度2、入口段：进入洞口的第一段。入口段在洞口处的最高亮度应该怎么取值3、过渡段：介于入口段与中间段之间。其任务是从入口段高亮度到中间段低亮度的剧烈变化给司机造成的不适应现象，使之有充分的适应时间根据适应时间与设计车速，可以求出过渡段所需长度，以渐变的加强照明来实现这种过渡第42页，共52页，2023年，2月20日，星期四照明区段的划分4、中间段：基本任务是保证停车视距，中间段的亮度水平与空气透过率（即通风条件）、行车速度以及交通量等因素有关。5、出口段：单向交通：缓和白洞现象带来的不利影响；对向交通：入口和出口第43页，共52页，2023年，2月20日，星期四亮度曲线的组成1、亮度曲线：沿道路轴线，由入口洞外的接近段经入口段、过渡段、中间段直至出口段，司机在白天所需要的路面亮度变化曲线，称为亮度曲线，见图，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，是综合的亮度。2、综合亮度：自然光，人工照明3、人工亮度曲线: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响不到而需用人工照明加以弥补的亮度，人工亮度沿路轴的变化曲线称为人工亮度曲线。

第44页，共52页，2023年，2月20日，星期四亮度曲线的组成第45页，共52页，2023年，2月20日，星期四亮度曲线的组成

由于目前人们对视觉适应能力的估算不一致，所以在入口（包括入口段和过渡段）亮度曲线的划法上相差甚远。我国的《公路隧道通风照明设计规范》对各区段的长度与亮度作了具体规定。第46页，共52页，2023年，2月20日，星期四第四节减光建筑与植被的减光作用1、设置减光建筑的原因：洞外亮度随季节、时间而变化，并且因隧道所处环境和所在地区而不同2、目的：把洞