公路隧道入口照明状态对交通安全的影响

第３５卷第４期　２０１４年８月　大连交通大学学报　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＤＡＬＩＡＮ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖｏ１．３５　Ｎｏ．４　

Ａｕｇ．２０１４　

文章编号：１６７３—９５９０（２０１４）０４—００１３—０５　

公路隧道入口照明状态对交通安全的影响　胡思涛　一，朱艳茹　，项乔君　（１．淮阴工学院，江苏淮安２２３００３；２．东南大学交通学院，江苏ｍｙ．２１００９６）米　

摘要：为明确公路隧道入口照明状态对交通安全的影响机理，建立隧道入口照明与交通安全的定量关　系，以亮度指标为基础构建了隧道入口亮度过渡技术指标，以隧道入口前２００ｍ处与隧道过渡段起点的　断面速度差为交通流表征指标，用来间接反映交通安全状态．基于国内１０个公路隧道的实测数据，建立　了入口亮度过渡技术指标与断面速度差的关系模型．以断面车速差为依据，将隧道人口照明状态对交通　安全的影响划分为三个等级，并确定了各等级所对应的亮度过渡技术指标阈值．结果表明：隧道入口照　明状态与交通安全紧密相关，所构建的模型可以很好地评价隧道照明状态对交通安全的影响，成功地建　立了公路隧道照明检测数据与交通安全的关系，可为公路隧道照明的养护和管理提供科学依据．　关键词：公路；隧道人口；照明状态；交通安全；入口亮度过渡技术指标；断面速度差　文献标识码：Ａ　

０　引言　隧道是公路基础设施的组成部分，在整个线　路中起重要的联结作用．截至２０１２年底，全国公　路隧道为１００２２处、８０５．２７万米…．隧道运营状　况直接影响着公路网的运输效率和安全性能．统　计表明，隧道进出口是交通事故多发的路段　，　作为两种不同行车环境的过渡段，其线形设计、抗　滑性能过渡、内外环境的差异等都对行车安全产　生影响，尤其是进出口亮度变化更是引起交通事　故的重要原因之一　．　隧道的照明设施，是为了把必要的视觉信息　传递给驾驶员，提高驾驶的安全性和舒适性，防止　因视觉信息不足出现交通事故．隧道内部的明亮　程度过低或过高都会对驾驶员造成不良的影响．　特别是白天在进出隧道路段出现的“黑洞”与“白　洞”效应，会使驾驶员的视觉产生不适感，不同程　度地影响其驾驶行为，出现减速操作，增加了后续　车辆追尾的可能性．　目前国内外学者从不同角度对隧道照明状态　安全评价展开了研究．国外对于隧道照明的研究，　多从驾驶人视觉变化以及明暗适应与交通安全关　

系角度开展，提出昼间隧道入口段照度值　；国　内刘洋从生理学与心理学的角度研究隧道光环境　对驾驶员的影响　；闫桂梅对照度、亮度、眩光等　影响因素与视距、行车速度等交通安全参数的关　系进行了定性的研究　Ｊ．我国的《公路隧道通风　照明设计规范》也有对隧道照明参数的最低值规　定　．但已有研究对隧道照明状态与交通安全的　关联性及影响机理方面的研究较少，本文试图寻　求一个“中介”如交通流指标，将隧道照明状态与　交通安全联系起来，从而定量评价公路隧道照明　状态对交通安全的影响．　

１评价指标的选取　１．１隧道照明状态指标　隧道交通流运行规律主要受到亮度影响，这　里首先分析隧道亮度及隧道内车辆速度的变化规　律，根据亮度变化可以将隧道的照明环境分为五　个阶段：接近段、人口段、过渡段、中间段、出口段．　由于明适应的时间较短，对交通安全的影响相对　较小．因此本文着重分析隧道入口照明对交通安　全的影响．在照明特征分析中只针对前四个阶段，　

收稿日期：２０１３—１１—２５　基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７８１０２，５１２０８１００）　作者简介：胡思涛（１９７４一），男，讲师，博士研究生，主要从事高速公路交通安全的研究　Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｅ￣ｈｕｓｔ＠ｑｑ．ｃｏｍ．　１４　大　连　交　通　大　学　学　报　第３５卷　如图ｌ所示．　

冒　●　

Ｓ　Ａ　Ｐ　Ｂ　Ｄ　．　接近段　口段Ｄ　。　中间段　

过渡段　图１隧道入口亮度变化示意图　

（１）接近段　接近段是指从进入隧道之前，亮度在隧道影　响下开始降低，到刚进入洞口的阶段．图１中ｓ为　接近段起点，该点亮度即为隧道外亮度　（Ｓ）．Ｐ　为隧道人口，即为接近段的终点，Ａ点为适应点，　车辆行驶到这一点后，驾驶员的２０。视场已集中　在隧道口内部，外部景物基本消失，该点亮度为　（Ａ），此时车辆距隧道的距离为适应距离．在由　接近段进人入口段的行驶过程中，驾驶员将经历　由隧道外亮度￡　。降低至人口段亮度　的过程．　对车辆而言，行驶至Ｉｓ点时，洞口出现在驾驶员视　野当中，开始进入接近段．驾驶员在刚开始注意到　洞口时，由于隧道内外的亮度差异以及视觉的不　适应性，会无法对隧道内部情况做出正确判断．在　该过程中，若亮度变化速率过大，这时就会出现　“黑洞效应”，对驾驶员的视觉有不利影响，驾驶　员会出于安全角度而进行减速操作．　（２）人口段　人口段是在隧道照明区段中进入隧道后的第　一段．驾驶员在接近段行驶时，由于亮度的变化幅　度在减小，驾驶员也基本适应隧道内亮度，此时车　速将趋于稳定．　（３）过渡段　在公路隧道照明中，介于人口段与中间段的　照明区段是过渡段．其功能是缓和人口段亮度　。　到中间段低亮度￡　的强烈变化（前者往往是后者　的数十倍）给驾驶员造成的不利影响，使之能有　充分的适应时间．考虑到现实中的亮度变化无法　用曲线描述，《公路隧道通风照明设计规范》将该　区段的亮度变化用三个阶梯形式表示，图１中　￡　、Ｌ　Ｌ　分别表示三段的亮度大小．　这一阶段驾驶员要由入口段驶入过渡段，周　围亮度趋于稳定，驾驶员逐步适应内部照明环境，　

由于亮度相对稳定，部分车辆可能会有一定的加　速行为．　（４）中间段　中间段照明的基本任务就是保证停车视距，　亮度　ｉ　保持不变并处于较低水平，车辆基本会以　匀速行驶．由图１可以看出，当亮度变化时车速就　会降低，亮度变化幅度越大，车速降低越剧烈，说　明亮度与车速的变化有明显的相关性．　隧道内部各段的亮度是各不相同的．一般情　况下，隧道入口段的亮度较高，随着驾驶员逐渐适　应隧道内的驾驶环境，亮度渐渐降下来并保持在　

一个稳定的状态，在接近出口的部位，亮度再逐渐　提高．由此可知，隧道的出人口是亮度变化频繁的　部位，本文主要针对隧道人口的亮度指标进行研　究．现在以不同区段亮度变化为基础，构造一个能　够反映亮度的技术指标，称之为隧道亮度过渡技　术指标，根据隧道照明理论，其计算公式如下　ｊ：　１　，＝卢１：ｌ＝，１＋　２　Ｉ２，，１＝　，　…　

ｕ　１，　Ｉｚ＝田　‘　“　一１］　

式中，，为隧道人口亮度过渡技术指标；，ｌ、，２为隧　道入口亮度过渡技术分指标；　。、　：为权重系数，　表示，ｌ、，２对亮度过渡总指标的影响大小；ｋ为入　口段亮度与隧道入口前路面亮度的比值，入口段　的亮度取入口内２５～５５　ｍ段亮度的平均值，这段　亮度受自然光影响较小；０，ｂ，叼为调整系数，主要　考虑了，ｌ、，２的取值范围以及，２对　。、ｋ：的敏感　性，可取０＝１０，ｂ＝０．１，７／＝０．３８；　为明暗交替　点至人口内亮度变化率由快趋缓点的亮度变化　率，其值等于两点的亮度差与距离的比值，Ａ点位　于人口内１５～２５　ｍ位置，主要取决于洞口朝向、　季节因素和太阳光强度；ｋ　为入口内亮度变化率　由快趋缓点至亮度稳定处的亮度变化率．人口亮　度过渡示意如图２．　

入口　＼　

Ａ　图２隧道入口亮度过渡示意图　１．２交通安全表征指标　道路交通安全状况是与交通流运行特征联系　在一起的，不同的交通流运行特征对应不同的交　通安全状态，交通流运行平稳，则事故发生的可能　

一　．１ｌ１一＼越　第４期　胡思涛，等：公路隧道入口照明状态对交通安全的影响　ｌ５　性较低，道路安全状况较好；反之，当交通流处于　“非稳定”状态，车辆之间的干扰增强，事故发生　的概率将明显增大．因此，选取合适的交通流指标　能较好地反映实际交通安全状况．隧道交通流的　变化主要体现在受亮度影响、沿空间轴的速度变　化上，因此平均速度、速度方差、速度标准差均不　宜作为评价指标，而速度差与减速度均体现隧道　交通流变化规律．某高速公路隧道实测交通流数　据如图３．　

三　●　星　

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入口位置／ｍ　图３某公路隧道入口的速度、减速度　结合图１和图３可以看出，速度与亮度的变　化规律相似，而减速度由于驾驶员驾驶习惯等因　素影响，变化波动较大，与亮度的拟合程度没有速　度好．可考虑采用速度差指标体现速度的变化．隧　道入口的运行车速差△　的计算公式如下：　ＡＶ＝ｌ　一　ｌ　（２）　对于　ｈ，车辆一般在距隧道入口１００—１５０　ｍ位置开始减速，故隧道外基本路段断面选距隧　道入口２００　ｍ处，此处亮度是自然的光照亮度，车　辆的行驶速度尚未受到隧道的影响．对于　，由　图３可看出，车辆在进入隧道首先是一个减速的　过程，但这个减速过程在到达过渡段时基本结束，　车辆开始加速或匀速行驶；为了准确体现隧道内　外速度变化的最大值，对于隧道人１５断　应采用　隧道过渡段起点的断面速度，即Ｖ　＝ｖｔ　；入口　段起点的具体位置可根据《公路隧道通风照明设　计规范》进行计算确定，隧道人口段长度计算结　果见表１．　表１隧道入口段长度　ｍ　２评价模型的构建　２．１数据采集　隧道人口亮度指标选择晴朗的天气，采用Ｌｓ　一１１０亮度计对我国江浙一带的１０个隧道人口　路段亮度指标，　和，２进行测定．在所选定的ｌ０个　隧道的断面１和断面２处，采用雷达测速枪获取　经过车辆的地点车速　和　，取８５％位车速，利　用式（２）求出断面速度差，见表２．　表２不同隧道入口的亮度值和断面速度差　隧道编号　，ｌ　，２　ＡＶ　隧道编号　，ｌ　１２　ＡＶ　Ｓ１　９．２Ｏ　２．７６　１３．８　Ｓ６　７．６Ｏ　２．３６　１０．３　Ｓ２　１１．８Ｏ　３．２９　２２．２　ｓ７　４．８９　１．４９　１６．５　Ｓ３　１０．９２　３．３　３１．６　Ｓ８　３．９２　１．０２　２３．３　ｓ４　７．９０　２．４７　４２．８　ｓ９　ｌ５．５９　３．９９　３２．３　ｓ５　ｌ１．８４　３．３３　５２．３　Ｓ１０　１１．８５　３．３５　４０．０　２．２评价模型　根据上文的分析，隧道人口亮度过渡条件不　佳会造成驾驶员暗适应恐惧或看不清前方道路情　况而突然减速，对车流的稳定性及行车安全性造　成影响．直观上看入口处的亮度过渡技术指标与　运行车速差之间存在某种联系．由隧道交通流运　行规律可知，二者具有较好的相关性，可考虑通过　回归分析建立二者之间的关系模型．根据表２数　据，利用ＳＰＳＳ软件可得，　和运行车速差的拟合　曲线为ＡＶ＝１．２４ｅ　ｔ，Ｒ　＝０．９９４；／２与运行车　速差拟合曲线为ＡＶ＝０．９９ｅ０．９３１　，Ｒ　＝０．９７５．可　见隧道入口处产生的运行车速差与，　和，２都具有　较好的相关性．隧道人口处的亮度过渡安全是，．　和，２综合作用的结果．类似地，采用ＳＰＳＳ软件可　得入口亮度过渡技术指标与运行车速差的关系模　型如下：　ＡＶ＝１．１６１ｅ。・　。　ｆ１　。・　１２　（３）　其拟合度为０．９９６．结合式（１）可得隧道入口　处亮度过渡技术指标：　，＿ｎ＝０．１８８Ｉ１＋０．２１３１２　（４）　图４为实测值与回归模型计算值的比较，从　中可以看出，基于指数的回归模型能较好的反映　△　与总指标　之间的关系．