一种公路隧道群路段的遮阳棚设计方法与流程

本发明属于公路隧道交通安全设施领域，尤其涉及一种公路隧道群路段的遮阳棚设计方法。

背景技术：

随着我国公路隧道的建设与发展，越来越多的公路隧道群得以建成，同时隧道连接段的行车安全问题值得人们去重视。根据研究表明，隧道内外的光差极大，进而产生的明暗适应问题是隧道的进出口路段交通事故高发的主要原因。因此在毗邻隧道间设置合理的减光设施，从而实现光环境的过渡尤为重要。

目前，国内对隧道进出口地段减光设施的研究主要集中于单一隧道入口段。对于单一隧道入口段的遮阳棚设计，主要由人眼经历暗适应所需要花费的时间确定。但是国内对公路隧道群路段的遮光设施设计方案尚属空白。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种公路隧道群路段的遮阳棚设计方法，以填补现有设计方法的空白，以更加有效地保障隧道连接路段的行车安全。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种公路隧道群路段的遮阳棚设计方法，包括以下步骤：

s1、获取公路隧道的洞外最大亮度；

s2、分别根据洞外最大亮度和隧道入口照明段的折减系数，计算得到上游隧道出口段末段的材料透光率以及下游隧道入口段末段的材料透光率；

s3、根据上游隧道出口段末段的材料透光率以及下游隧道入口段末段的材料透光率，分别计算得到上游隧道出口段第一段的材料透光率以及下游隧道入口段第一段的材料透光率；

s4、根据上游隧道出口段第一段的材料透光率以及下游隧道入口段第一段的材料透光率，计算得到连续亮度折减的人眼适应时间；

s5、根据连续亮度折减的人眼适应时间以及隧道设计时速，计算得到下游入口段遮阳棚的设计长度；

s6、根据所述下游遮阳棚的设计长度，降级计算得到上游隧道出口段遮阳棚设计长度；

s7、根据不同的隧道间距以及隧道设计时速，计算得到连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚的划分界限；

s8、根据连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚的划分界限、下游遮阳棚的设计长度以及上游隧道出口段遮阳棚设计长度，完成对公路隧道群路段的遮阳棚设计。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种公路隧道群路段的遮阳棚设计方法，确定合理的遮阳棚的材料与长度，实现沿着行车方向的合理亮度变化，将各个区段的亮度变化控制在驾驶员视觉所能接受的范围之内，创造合理的隧道群光环境过渡带，有效缓解隧道群出入口地段的明暗适应问题，对于改善公路隧道群路段的驾驶环境，减低交通事故发生率具有重要意义。

进一步地，所述步骤s2中根据洞外最大亮度计算得到上游隧道出口段末段材料透光率以及隧道入口段末段材料透光率的表达式如下：

其中，c2表示下游隧道入口段末段的材料透光率，c'2表示上游隧道出口段末段的材料透光率，l20表示洞外最大亮度，k表示路面平均亮度与平均照度的换算系数；

根据隧道入口照明段的折减系数计算得到上游隧道出口段末段材料透光率以及隧道入口段末段材料透光率的表达式如下：

其中，c2表示下游隧道入口段末段的材料透光率，c'2表示上游隧道出口段末段的材料透光率，k表示隧道入口照明段的折减系数。

上述进一步方案的有益效果是：根据入口照明设计对上游及下游隧道末端的材料透光率进行约束，避免光环境变化过大对驾驶带来不良体验。

再进一步地，所述步骤s3中上游隧道出口段第一段材料透光率的表达式如下：

其中，c′1表示上游隧道出口段第一段的材料透光率，c'2表示上游隧道出口段末段的材料透光率；

所述下游隧道入口段第一段材料透光率的公式如下：

其中，c1表示下游隧道入口段第一段的材料透光率，c2表示下游隧道入口段末段的材料透光率。

上述进一步方案的有益效果是：根据末端材料透光率对上游及下游隧道第一段的材料透光率进行约束，避免光环境变化过大对驾驶带来不良体验。

再进一步地，所述步骤s4中人眼适应时间的表达式如下：

t＝t1+t2

其中，t表示人眼适应时间，t1表示第一段遮阳棚的人眼适应时间，计算结果向上取整，t2表示第二段遮阳棚的人眼适应时间，计算结果向上取整，c1表示下游隧道入口段第一段的材料透光率，c2表示下游隧道入口段末段的材料透光率，c′1表示上游隧道出口段第一段的材料透光率，c'2表示上游隧道出口段末段的材料透光率。

上述进一步方案的有益效果是：根据各段材料透光率计算人眼在不同光环境变化下所需的适应时间并向上取整，保证人眼有足够的适应时间。

再进一步地，所述步骤s5中下游遮阳棚设计长度表达式如下：

其中，l表示下游遮阳棚的设计长度，v表示隧道设计时速，t表示人眼适应时间。

上述进一步方案的有益效果是：根据各段适应时间计算各段遮阳棚设计长度，保障光环境过渡舒适的同时避免材料浪费。

再进一步地，所述步骤s6中包括以下步骤：

s601、据所述下游遮阳棚的设计长度，降级取下游隧道入口段的设计时速；

s602、根据降级后的设计时速以及人眼适应时间，计算得到上游隧道出口段遮阳棚设计长度。

上述进一步方案的有益效果是：利用人眼光环境适应特点，简化了计算步骤。

再进一步地，所述步骤s7中连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚划分界限的表达式如下：

其中，l'表示连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚的划分界限，表示上游隧道出口末段遮阳棚长度，表示上游隧道出口第一段遮阳棚长度，表示下游隧道入口第一段遮阳棚长度，表示上游隧道出口末段遮阳棚长度，v表示隧道设计时速，t1表示第一段遮阳棚的人眼适应时间，计算结果向上取整，t2表示第二段遮阳棚的人眼适应时间，计算结果向上取整。

上述进一步方案的有益效果是：通过各段遮阳棚设计长度，得到总的遮阳棚设计长度，并以此对遮阳棚类型进行划分。

再进一步地，所述步骤s8包括以下步骤：

s801、判断连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚的划分界限是否小于隧道间距，若是，则按照非连接式遮阳棚进行设计，并进入步骤s802，否则，按照连接式遮阳棚进行设计，并重新计算下游入口段遮阳棚的设计长度和上游隧道出口段遮阳棚的设计长度，并进入步骤s803；

s802、根据下游遮阳棚的设计长度、上游隧道出口段遮阳棚设计长度以及非连接式遮阳棚，完成对公路隧道群路段的遮阳棚设计；

s803、根据不同的隧道间距计算得到第一连接式遮阳棚和第二连接式遮阳棚的划分界限；

第一连接式遮阳棚和第二连接式遮阳棚划分界限的公式如下：

其中，l″表示第一连接式遮阳棚和第二连接式遮阳棚划分界限，v表示隧道设计时速，t′1表示连接段遮阳棚第一段适应时间，计算结果向上取整，t'2表示连接段遮阳棚第二段适应时间，计算结果向上取整；

s804、判断第一连接式遮阳棚和第二连接式遮阳棚的划分界限是否小于隧道间距，若是，则按照第一连接式遮阳棚进行设计，并进入s805，否则，按照第二连接式遮阳棚进行设计，并进入s806；

s805、根据下游遮阳棚的设计长度、上游隧道出口段遮阳棚设计长度以及第一连接式遮阳棚，完成对公路隧道群路段的遮阳棚设计；

s806、根据下游遮阳棚的设计长度、上游隧道出口段遮阳棚设计长度以及第二连接式遮阳棚，完成对公路隧道群路段的遮阳棚设计。

上述进一步方案的有益效果是：对于隧道间距不同的隧道群，分别给出了连接式和非连接式遮阳棚两种设计方案，尽可能节约成本的同时保障了行车环境的合理性。同时，对连接式遮阳棚进一步细分设计，避免因隧道间距过短而带来短时间内的连续光环境变化。

再进一步地，所述步骤s801中，针对按照连接式遮阳棚进行设计时，上游隧道出口段第一段的材料透光率以及下游隧道入口段第一段的材料透光率的表达式如下：

其中，c′1表示上游隧道出口段第一段的材料透光率，c'2表示上游隧道出口段末段的材料透光率，c1表示下游隧道入口段第一段的材料透光率，c2表示下游隧道入口段末段的材料透光率。

上述进一步方案的有益效果是：对隧道间距过短的隧道群进一步采用同一透光率进行设计，减少驾驶员在短时间内的连续光环境变化。

再进一步地，所述步骤s806中，针对按照第二连接式遮阳棚进行设计时，仅采用一种材料透光率，其具体为：分别根据洞外最大亮度和隧道入口照明段的折减系数，计算得到上游隧道出口段末段的材料透光率以及下游隧道入口段末段的材料透光率。

上述进一步方案的有益效果是：对隧道间距过短的隧道群进一步采用同一透光率进行设计，减少驾驶员在短时间内的连续光环境变化。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本实施例中非连接式遮阳棚示意图。

图3是本实施例中第一连接式遮阳棚示意图。

图4是本实施例中第二连接式遮阳棚示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

如图1所示，一种公路隧道群路段的遮阳棚设计方法，其实现方法如下：

s1、获取公路隧道的洞外最大亮度；

s2、分别根据洞外最大亮度和隧道入口照明段的折减系数，计算得到上游隧道出口段末段的材料透光率以及下游隧道入口段末段的材料透光率；

根据洞外最大亮度计算得到上游隧道出口段末段材料透光率以及隧道入口段末段材料透光率的表达式如下：

其中，c2表示下游隧道入口段末段的材料透光率，c'2表示上游隧道出口段末段的材料透光率，l20表示洞外最大亮度，k表示路面平均亮度与平均照度的换算系数，lux/(cd*m^-2)；换算系数k根据实测确定，在无实测条件时，黑色沥青路面取15lux/(cd*m^-2)，水泥混凝土路面取10lux/(cd*m^-2)；

根据隧道入口照明段的折减系数计算得到上游隧道出口段末段材料透光率以及隧道入口段末段材料透光率的表达式如下：

其中，c2表示下游隧道入口段末段的材料透光率，c'2表示上游隧道出口段末段的材料透光率，k表示隧道入口照明段的折减系数

s3、根据上游隧道出口段末段的材料透光率以及下游隧道入口段末段的材料透光率，分别计算得到上游隧道出口段第一段的材料透光率以及下游隧道入口段第一段的材料透光率；

上游隧道出口段第一段材料透光率的表达式如下：

其中，c′1表示上游隧道出口段第一段的材料透光率，c'2表示上游隧道出口段末段的材料透光率；

下游隧道入口段第一段材料透光率的公式如下：

其中，c1表示下游隧道入口段第一段的材料透光率，c2表示下游隧道入口段末段的材料透光率；

s4、根据上游隧道出口段第一段的材料透光率以及下游隧道入口段第一段的材料透光率，计算得到连续亮度折减的人眼适应时间；

人眼适应时间的表达式如下：

t＝t1+t2

其中，t表示人眼适应时间，t1表示第一段遮阳棚的人眼适应时间，计算结果向上取整，t2表示第二段遮阳棚的人眼适应时间，计算结果向上取整，c1表示下游隧道入口段第一段的材料透光率，c2表示下游隧道入口段末段的材料透光率，c′1表示上游隧道出口段第一段的材料透光率，c'2表示上游隧道出口段末段的材料透光率；

s5、根据连续亮度折减的人眼适应时间以及隧道设计时速，计算得到下游入口段遮阳棚的设计长度；

下游遮阳棚设计长度表达式如下：

其中，l表示下游遮阳棚的设计长度，v表示隧道设计时速，t表示人眼适应时间；

s6、根据所述下游遮阳棚的设计长度，降级计算得到上游隧道出口段遮阳棚设计长度，其实现方法如下：

s601、根据所述下游遮阳棚的设计长度，降级取下游隧道入口段的设计时速；

s602、根据降级后的设计时速以及人眼适应时间，计算得到上游隧道出口段遮阳棚设计长度；

s7、根据不同的隧道间距以及隧道设计时速，计算得到连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚的划分界限；

连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚划分界限的表达式如下：

其中，l'表示连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚的划分界限，表示上游隧道出口末段遮阳棚长度，表示上游隧道出口第一段遮阳棚长度，表示下游隧道入口第一段遮阳棚长度，表示上游隧道出口末段遮阳棚长度，v表示隧道设计时速，t1表示第一段遮阳棚的人眼适应时间，计算结果向上取整，t2表示第二段遮阳棚的人眼适应时间，计算结果向上取整；

本实施例中，l'内四个分式均向上10m取整，依次对应上游隧道出口末段遮阳棚长度，上游隧道出口第一段遮阳棚长度，下游隧道入口第一段遮阳棚长度，上游隧道出口末段遮阳棚长度。当l'大于隧道间距l2时，按照非连接式遮阳棚进行设计；当l'小于隧道间距l2时，按照连接式遮阳棚进行设计，对于连接式遮光棚，步骤s3中的控制条件可放宽为：

s8、根据连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚的划分界限、下游遮阳棚的设计长度以及上游隧道出口段遮阳棚设计长度，完成对公路隧道群路段的遮阳棚设计，其实现方法如下：

s801、判断连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚的划分界限是否小于隧道间距，若是，则按照非连接式遮阳棚进行设计，并进入步骤s802，否则，按照连接式遮阳棚进行设计，并重新计算下游入口段遮阳棚的设计长度和上游隧道出口段遮阳棚的设计长度，并进入步骤s803；

s802、根据下游遮阳棚的设计长度、上游隧道出口段遮阳棚设计长度以及非连接式遮阳棚，完成对公路隧道群路段的遮阳棚设计；

s803、根据不同的隧道间距计算得到第一连接式遮阳棚和第二连接式遮阳棚的划分界限；

s804、判断第一连接式遮阳棚和第二连接式遮阳棚的划分界限是否小于隧道间距，若是，则按照第一连接式遮阳棚进行设计，并进入s805，否则，按照第二连接式遮阳棚进行设计，并进入s806；

s805、根据下游遮阳棚的设计长度、上游隧道出口段遮阳棚设计长度以及第一连接式遮阳棚，完成对公路隧道群路段的遮阳棚设计；

s806、根据下游遮阳棚的设计长度、上游隧道出口段遮阳棚设计长度以及第二连接式遮阳棚，完成对公路隧道群路段的遮阳棚设计。；

第一连接式遮阳棚和第二连接式遮阳棚划分界限的公式如下：

其中，l″表示第一连接式遮阳棚和第二连接式遮阳棚划分界限，v表示隧道设计时速，t′1表示连接段遮阳棚第一段适应时间，计算结果向上取整，t'2表示连接段遮阳棚第二段适应时间，计算结果向上取整。

本实施例中，针对按照第二连接式遮阳棚进行设计时，仅采用一种材料透光率，其具体为：分别根据洞外最大亮度和隧道入口照明段的折减系数，计算得到上游隧道出口段末段的材料透光率以及下游隧道入口段末段的材料透光率。

为了进一步对本申请进行说明，现设某隧道群实测洞外亮度3300cd/m²，设计时速为80km/h，照度换算系数取15ux/(cd*m^-2)，入口段照明折减系数取为0.04。现进行计算给出不同隧道间距下的隧道群遮阳棚设计方案。

首先确定是否有必要设置隧道群减光设施，根据相关研究当洞外亮度大于3000cd，且隧道间距l2小于15s的设计时速行驶距离时，适宜设置遮阳棚。

按照图1所示流程图进行隧道群遮阳棚设计。

步骤s1：获取洞外最大亮度

步骤s2：计算末端材料透光率c2。

c2<3k＝0.12

取c2＝0.12。

步骤s3：根据计算，可得：

0.33<c1＝0.36

可取c1＝0.35。

步骤s4：计算人眼适应时间，向上取整为：

步骤s5：计算得到下游入口段遮阳棚的设计长度；

步骤s6：降级计算得到上游隧道出口段遮阳棚设计长度；

步骤s7：非连接式遮阳棚与第一连接式遮阳棚的示意图如图2所示和图3所示，计算连接式与非连接式遮阳棚的划分界限l’：

可得当隧道间距大于210m时，非连接式遮阳棚的设计方案。

步骤s8：根据连接式遮阳棚和非连接式遮阳棚的划分界限、下游遮阳棚的设计长度以及上游隧道出口段遮阳棚设计长度，完成对公路隧道群路段的遮阳棚设计。

当隧道间距小于210m时，采用连接式遮阳棚。在隧道间距大于160m时，若仍采用上述透光率材料，则第一连接式遮阳棚c2透光率段设计长度与上述非连接式遮阳棚相同，c1透光率段设计长度为l2-160。当隧道间距小于160m时，采用连接式遮阳棚设计，可选用c2透光率材料布满全程，第二连接式遮阳棚示意图如图4所示。

本发明能确定合理的遮阳棚的材料与长度，实现沿着行车方向的合理亮度变化，将各个区段的亮度变化控制在驾驶员视觉所能接受的范围之内，创造合理的隧道群光环境过渡带，有效缓解隧道群出入口地段的明暗适应问题，对于改善公路隧道群路段的驾驶环境，减低交通事故发生率具有重要意义。