一种基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法

专利名称：一种基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法
技术领域：
本发明涉及一种基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统的改善方法，通过城市下穿短隧道照明水平及效率的提升，实现视觉诱导与交通安全效益的协调。
背景技术：
城市下穿短隧道的道路特征易导致典型交通安全问题。城市交叉口为了减少交通冲突，提升通行能力，经常会设置一些短隧道下穿。这样形成的短隧道路段一般由下穿段与进口段引道、出口段引道组成，下穿段一般长度为5(Tl00m，进出口引道一般长15(T200m。 而隧道本身的长度由于用地性质、相交道路宽度、渠化尺寸等因素限制，其下穿段长度远小于相应进出口引道的长度，同时考虑到引道纵坡一般在3°/Γ5%，车辆进入隧道时容易加速行驶；对向车道的分隔带较窄，一般以双黄线及分流线分隔，当背景照度较低时导致会车过程中时有发生严重的炫目现象；由于进出口路段的引道纵坡通常是引起行车安全问题的主要路段，且短隧道缺乏车速管理措施，也导致进入隧道的过程容易发生超速，并发生追尾及碰撞侧墙等交通事故；同时隧道环境较为封闭，救助困难，增大了交通事故的危害性，因此亟需城市短隧道的针对性的改善设计。
进出口引道路段的照明设计存在不足，隧道内外照度过渡剧烈，且道路侧墙、路上空间等未充分利用。现状的短隧道照明在城市道路照明及公路照明的相关规范中没有强制性的规定，照明被简单处理，缺少针对性，特别是规范中对于小于IOOm的城市短隧道照明没有强制性规定，导致有的不设置照明，或者在引道挡墙上设置较短的灯柱，光源高度无渐变，不能很好地诱导隧道及引道线形，使隧道进出口的照度过渡不够顺畅；夜间行车时，在外部照明效果差的隧道引道，由于照度不足、对向车辆远光灯等影响·，容易产生炫目，并且由于没有较好的诱导设计，驾驶员在进入隧道引道之前不能迅速发现进出口 ；白天行车时， 在外部照明较亮的情况下，照度过渡剧烈，容易导致视觉的不适感，降低进出隧道下穿段时视觉的辨识能力，增加驾驶员的紧张情绪，影响下穿短隧道的行车安全。由于一般城市下穿隧道侧墙通常设计简单，仅以墙砖、防尘涂料铺装，辅以纹理、浮雕或者植被降低眩光，且引道路面及路上空间尚有开发的余地，因此为城市短隧道视觉诱导和照明改善设计提供了可行性。
基于光流率的车速控制方法得到应用。光流率被认为是影响速度感知的重要视觉因素。光流率是人运动时，空间中各点穿过视野的相对速度。国内外学者通过光流率在交通中“无意识”地进行速度控制的使用来提升公路环境速度知觉，刘兵在硕士论文“基于驾驶员视知觉的车速控制和车道保持机理研究”中(武汉理工大学，2008年)通过心理物理实验得出当光流率小于2Hz，或大于32Hz时，驾驶员会出现速度低估，光流率在4Hz 16Hz时， 实验者对速度产生了高估，其中光流率为12Hz高估达到30%以上。
逆反射材料及技术已日趋成熟。近些年，反光膜、反光片、反光漆等逆反射材料的应用越来越广泛，成本越来越低，这就为隧道内部采用“逆反射照明”夯实了基础。逆反射技术最大特点是充分利用车辆前灯的亮光，通过逆反射材料的表面结构，为驾驶人感知，从而改善驾驶者的安全视距，优化道路沿线交通设施视认效果，让驾驶者获得更多的时间、更强化的感受，来判断路况和获取指导信息，以便及时正确的采取安全措施。它是以物理手段调动人的主观能动性，提高行驶安全，是一种节能环保的低成本道路安全解决方案。
城市下穿短隧道由于长度短、其照明及过渡在国家规范中没有强制规定，且对向车道之间分隔带非常窄，难以进行物理隔离，因此在设置照明时常常简化处理，导致照度偏低，进出口照度过渡剧烈，防眩效果差，视机能下降的危害常常被驾驶员低估，容易诱发交通事故。因此亟需在保障交通安全效益的前提下，从视觉诱导系统整体设计出发，利用隧道内外的侧墙及路上空间，设置良好的逆反射照明过渡系统。发明内容
本发明利用矩形闭合图案的深度视觉效果更好的原理，利用悬索式照明对道路线形适应性好、照明效率高的特点，并结合基于光流率和边缘率的交通心理学控速方法。即空间频率在12Hz作用下时，感知速度显著大于物理速度，最高达30%以上，而中频、低频条件下(小于2Hz)，感知速度小于物理速度(参见图1)。在行车环境中，理想感知速度应比物理速度略大为宜(小于10%或者5%)，因此需要将高频、中频信息结合起来，以达到感知速度与物理速度相协调，并实现速度控制的长效机制(参见图2 )。
本发明针对城市隧道长度小于100米的城市下穿短隧道，由于其进出口引道路段所占总长比例大、照度过渡剧烈；在隧道引道上利用对称、等间距的灯柱下缘设置悬索型照明灯具，光源与隧道引道、隧道下穿段内照明方向保持一致；并利用洞外挡土墙、路面、灯具，洞内侧墙、路面、洞顶空间，利用逆反射材料，构筑高频、中频的逆反射信息。悬索型照明及多道频率视觉信息设置，提升隧道入口照明水平及效率，缓和隧道照明过渡，全面提升驾驶员进出隧道过程中的速度感、方向感、距离感，从而引导安全、正确的驾驶行为，达到有效避免交通事故的目的。本发明适用于设计车速为4(T60km/h的照明不良的城市下穿短隧道。
本发明的技术方案一种基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法(参见附图)，该方法通过在隧道进出口引道设置等间距照明灯柱1、在照明灯柱上设置变高度横向灯柱悬索2，在悬索上横向设置3排照明灯具3，其照明灯具纵向与隧道线形及隧道内灯具设置一致，形成短隧道引道悬索 式照明方式，实现隧道进出口灯具设置及照明合理过渡；并在隧道引道侧墙上设置多层侧墙轮廓标5、侧墙竖向标线6、路面横向错视觉减速标线10及灯柱下缘立面标记线13构成闭合中频逆反射视觉信息流；通过设置路侧单面反光突起路标4、中央分隔带引道双面反光突起路标12和侧墙底端立面标记线9构成高频视觉信息流；选取隧道进口前路面横向错视觉减速标线10共3道，每道错视觉减速标线均添加I道路面横向振动减速标线11。
本发明的方法中，隧道下穿段设置侧墙竖向标线6并延伸至洞顶，与多层侧墙轮廓标5、路面横向错视觉减速标线10共同构成隧道下穿段中频逆反射视觉信息流。
本发明的方法中，所述的隧道引道闭合中频逆反射视觉信息流频率为O. 2^0. 5Hz。
本发明的方法中，所述的隧道下穿段中频逆反射信息流频率为O. 2^0. 5Hz。
本发明的方法中，在隧道下穿段及引道利用侧墙底端立面标记线9和路侧单面反光突起路标4构成闭合的高频视觉信息流，频率为8 12Hz。
本发明的方法中，选取隧道洞内进口后及出口前侧墙竖向标线6和路面横向错视 觉减速标线10各2道，在这些侧墙竖向标线6和路面横向错视觉减速标线10均设置2道 车距保持线。
本发明的方法中，选取隧道进口前路面横向错视觉减速标线10共3道，其每道标 线均添加I道路面横向振动减速标线11以形成组合标线。
本发明的方法中，侧墙轮廓标5采用钻石级反光膜，路面单面反光突起路标4和中 央分隔带引道双面反光突起路标12采用高强级反光膜，灯柱下缘立面标记线13采用高强 度反光涂料，路面横向振动减速标线11采用振动型道路反光标线涂料，其余墙面、路面标 线采用全天候反光标线。
本发明的方法中，引道路面上空悬索式照明采用高性能遮光型光源，横向设置3 排，中间一排，两侧行车道上各一排，悬索下灯具横向位置与隧道内灯具布设规则一致，使 下穿隧道的光源保持线性、均匀过渡，进口引道与出口引道灯具完全对称的设置。进出口引 道与隧道内整体布设的照明系统有助于缓解进出隧道过程中照明剧烈变化。
本发明的方法中，在隧道侧墙、引道挡墙下缘设置高频的黄黑相间的立面标记及 路侧路面突起路标，构成中频逆反射视觉信息流，增大驾驶员瞬时速度知觉，提升驾驶员速 度感。
本发明的方法中，隧道引道挡土墙灯柱高度一般为5 10m，灯柱纵向间距约为 15 30m;侧墙竖向中频标线为白色实线，并延伸至洞顶，白色实线宽度宜取45cm;在洞内、 洞外各2道中频横向、竖向标线，每道标线各设置2排车距保持线，轮廓标宜自进出口引道 地面线向上等间距设置，不超过3层，每层间距控制在6(T80cm ;路面中频横向错视觉减速 标线为虚实线，宽度为45cm ;下坡引道进洞前3道均为错视觉减速标线与振动减速标线组 合，其余部分及上坡引道为错视觉减速标线。中频信息刺激可以增加驾驶员的车距感及方 向感。
本发明的方法中，所述的提升速度知觉水平的高频信息主要包括隧道内外侧墙及 路缘石下沿立面的黄黑标线，针对设计车速为4(T60km/h的照明不良的城市下穿隧道，其 空间频率为8 12Hz，间距取f 2m，立面黄黑标线高度为60cm ;同时隧道路段路面边缘线外 侧设立突起路标，与立面标记线同频率设置；进口引道与出口引道应做对称设置。高频敏感 信息流的设置可以提供瞬时速度知觉，增大驾驶员视觉心理响应，并确保车辆运行过程中 的驾驶员感知速度略大于物理速度。
本发明优点如下I)在隧道进出口引道路面上空设置与路面等高的悬索式照明光源，有助于缓和隧道进 出口照度、空间过渡，并提升驾驶员对交通环境的视认性，实现照明安全与效率的统一。
2)本方法设置的悬索式照明系统能够有效提高照明效率20%以上，并对无照明或 照度较低的短隧道能够有效减少对向行车时的眩光。
3)本方法在隧道路段设置中等频率的逆反射信息，确保驾驶员在行驶过程中能看 到前进方向多排轮廓标，并通过逆反射信息准确辨识前方车辆车距及隧道侧墙位置，能提 升驾驶人的整体节奏感、方向感。
4)本方法在隧道入口前设置3道振动减速标线，将有助于实现下坡车辆被动减速，同时隧道进出口设置的4道车距保持线，也有利于增强驾驶员对前方车辆的车距准确判断，室内模拟视频实验表明对车速感知速度比物理速度大约5°/Γ Ο%，控制车速效果十分显著。
5)本方法在下穿隧道及引道的侧墙和路缘石下缘设计小尺度、高频率的立面标记线(黄黑相间设置)，同时路面两侧设置同样频率的突起路标，共同作用，能提高驾驶员的瞬时感知速度，能准确判定本车行驶速度。
6)本方法采用低成本的高反光构成的道路标线和视觉诱导系统，不涉及大规模道路基础设施，投资少，施工易，见效快，为改善城市下穿短隧道照明过渡、确保城市交通畅通安全提供了新方法。
7)本方法综合考虑视觉诱导与整体隧道驾驶环境结合，采用视知觉与振动知觉的手段，主动及被动安全两方面全面改善驾驶员在城市下穿短隧道行车的适应性，是一种典型的人因工程改善方法，容易为驾驶员理解执行。


图1隧道入口现状车速与理想车速过渡示意图；图2不同光流率下感知速度与物理速度关系示意图；图3-1短隧道引道起点交通安全设施横断面图；图3-2短隧道引道中部交通安全设施横断面图；图3-3短隧道洞口交通安全设施横断面图；图4短隧道交通安全设施平面图；图5短隧道交通安全设施侧面图；图中1-照明灯柱，2-灯柱悬索，3-照明灯具，4-路侧单面反光突起路标，5-侧墙轮廓标，6-侧墙竖向标线，7-车距保持折线，8-侧墙顶端，9-侧墙底端立面标记线，10-路面横向错视觉减速标线，11-路面横向振动减速标线，12-中央分隔带引道双面反光突起路标， 13-灯柱下缘立面标记线。
具体实施方式
I)利用隧道引道上设置的短灯柱，从灯柱顶端或中部引出悬索，连接横向灯柱，形成悬索式结构，并以反光材料涂装灯柱下缘，形成黄黑立面标记；悬索采用直径45mm的柔性防腐材料包裹，内含导电线缆，为照明提供电源；2)根据下穿隧道纵断面线形，在悬索下设置截光型照明灯具，悬索式灯具的横向位置应尽量与隧道内照明灯具保持在同一直线上；要保证悬索横向灯具与道路路面高差保持一3)空中横向悬索和灯 柱高于横向悬索的部分不涂装反光材料，防止驾驶员注意力分散，某些特殊情况下，引道双黄线上方的照明光源应采取部分遮光的措施；4)清洗隧道内外侧墙、路面，施画侧墙、路缘石立面标记线(黄黑相间)及路侧突起路标；5)根据灯柱位置，在隧道引道侧墙上设置逆反射竖向侧墙线，并施画路面横向错视觉标线，构成深度视觉的闭合空间标线，隧道路面在进口之前的3道错视觉减速标线设置3道振动减速标线，其他路段仅设置横向错视觉减速标线；6)从隧道下坡段引道起点到隧道上坡段引道终点，在保证轮廓标距地面最小高度的基 础上，依高度变化，以相同的间距逐渐增加(进口段)或减少(出口段)轮廓标数量，至隧道下 穿段为止，且最多不超过3排，并要进出口引道对称设计。
注意事项I)本方法适用于限速为4(T60km/h、长度不大于IOOm的城市下穿短隧道，对现有的照 明系统是一种有益的补充，因此要求隧道内安装有照明系统，且运营照明不能全部关闭。
2)对于城市隧道引道挡墙上已有照明灯柱的隧道，可在立柱上打孔，安装悬索；对 于没有照明灯柱的隧道，则需要在挡墙上安装短灯柱，纵向间距约为15 30m，确保其频率为O.2 O. 5Hz，同时设置变高度悬索式照明。
3)对于现有隧道引道中央分隔带大于3m宽度的情况，则可以利用中央分隔带设 置悬挑式照明，对于中央分隔带较窄或者仅有双黄线的情况，应采用本设置方法。
4)隧道引道入口前可采用限高架，以阻止超高车辆的进入，同时增加对悬索及隧 道侧墙的保护。
5)本方法中下穿隧道内外逆反射的材料应注意保养、维护，隧道下穿段中央分隔 带洞口可设置防撞桶，并在墙壁上涂装高强度红白相间反光材料以作为立面标记；当轮廓 标反光系数降低到设计数值的70%以上时，应注意更换反光膜。
权利要求
1.一种基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法，其特征在于该方法通过在隧道进出口引道设置等间距照明灯柱(I)、在照明灯柱上设置变高度横向灯柱悬索(2)，在悬索上横向设置3排照明灯具(3)，其照明灯具纵向与隧道线形及隧道内灯具设置一致，形成短隧道引道悬索式照明方式，实现隧道进出口灯具及照明的合理过渡；并在引道侧墙上设置多层侧墙轮廓标(5)、侧墙竖向标线(6)、路面横向错视觉减速标线(10)及灯柱下缘立面标记线(13)构成闭合中频逆反射视觉信息流；通过设置路侧单面反光突起路标(4)、中央分隔带引道双面反光突起路标(12)和侧墙底端立面标记线(9)构成高频视觉信息流；选取隧道进口前路面横向错视觉减速标线(10)共3道，每道错视觉减速标线均添加 I道路面横向振动减速标线(11)。
2.如权利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法，其特征在于；隧道下穿段设置侧墙竖向标线(6)并延伸至洞顶，与多层侧墙轮廓标(5)、路面横向错视觉减速标线(10)共同构成隧道下穿段中频逆反射视觉信息流。
3.如权利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法，其特征在于，所述的隧道引道闭合中频逆反射视觉信息流频率为O. 2^0. 5Hz。
4.如权利要求2所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法，其特征在于，所述的隧道下穿段中频逆反射信息流频率为O. 2^0. 5Hz。
5.如权利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法，其特征在于，在隧道下穿段及引道利用侧墙底端立面标记线(9)和路侧单面反光突起路标(4)构成闭合的高频视觉信息流，频率为8 12Hz。
6.如权利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法，其特征在于，选取隧道洞内进口后及出口前侧墙竖向标线(6)和路面横向错视觉减速标线(10)各 2道，在这些侧墙竖向标线(6)和路面横向错视觉减速标线(10)均设置2道车距保持线。
7.如权利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法，其特征在于，选取隧道进口前路面横向错视觉减速标线(10)共3道，其每道标线均添加I道路面横向振动减速标线(11)以形成组合标线。
8.如权利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法，其特征在于，引道路面上空悬索式照明采用高性能遮光型光源，横向设置3排，中间一排，两侧行车道上各一排，悬索下灯具横向位置与隧道内灯具布设规则一致，使下穿隧道的光源保持线性、均匀过渡，进口引道与出口引道灯具完全对称的设置。
9.如权利要求1所述的基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法，其特征在于，侧墙轮廓标(5)采用钻石级反光膜，路面单面反光突起路标(4)和中央分隔带引道双面反光突起路标(12)采用高强级反光膜，灯柱下缘立面标记线(13)采用高强度反光涂料， 路面横向振动减速标线(11)采用振动型道路反光标线涂料，其余墙面、路面标线采用全天候反光标线。
全文摘要
一种基于逆反射信息的城市下穿短隧道照明系统改善方法。先利用短隧道引道端墙灯柱设置变高度横向悬索，在悬索上横向设置3排灯具，灯具纵向与隧道线形及隧道内灯具设置一致，灯柱下缘设置立面标记线，引道侧墙设置竖向标线及多层轮廓标，路面设置横向错视觉减速标线，共同组成隧道引道中频逆反射信息流；隧道下穿段设置侧墙竖向标线并延伸至洞顶，与多层侧墙轮廓标和路面横向错视觉减速标线共同构成隧道下穿段中频逆反射信息流；纵向每隔1~2m，利用隧道内侧墙、引道侧墙下缘设置立面标记线，同时路面路侧设置突起路标，共同构成高频逆反射信息流。本方法能缓和隧道进出口照明过渡，并通过设置多道逆反射视觉信息实现隧道进出口车速的平稳过渡。
文档编号F21V19/00GK103062688SQ201310027880
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者杜志刚, 黄发明, 陶鹏鹏, 郑展骥, 王自入, 万红亮 申请人:武汉理工大学