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破解“黑洞效应”和“闪烁效应” 如何设计隧道照明?(附视频)

发布时间:2017-01-30作者:沧海一土

  隧道照明是户外照明中最常见的应用之一。无论在白天或夜间均必须提高,而且主要的问题不是在夜间照明中产生,而是在白天。

  在白天日光下,隧道内、外的亮度差别极大,特别在长隧道中照明系统要提供合理的亮度水平,解决车辆驾驶员从亮环境进入暗环境,再从暗环境返回亮环境的视觉适应问题。

  因此,照明的目的主要是要保证车辆在某一速度下接近、通过和离开隧道时,其行驶中感觉到的安全性和舒适性应不亚于在与隧道相接的露天道路上行驶的感觉。

  其次,我们还需要了解两个隧道照明中出现的两大主要现象:

  黑洞效应

  即隧道入口处或隧道内,照明亮度太低,又没有足够的适应时间,使驾驶员在室外高亮度下接近隧道时所看到的隧道犹如“黑洞”一样。

  最近,由贵州高速公路集团牵头研发的“山区高速公路隧道运行光环境及应对技术研究”不仅破解了这一难题,获得了国家发明专利。同时,这套技术的节能效益也很明显。

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  通常情况下,驾驶员开车进入隧道,会产生左边画面的黑洞效应。而右边的画面却没有这种情况,这是三穗到黎平高速公路上的盘岭隧道,破解“黑洞效应”的正是隧道口的这两个探头及其控制系统。

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  这两个摄像头一个对天采集室外的色温数据,另一个是对地采集光照的强度数据。把这两个数据汇集到我们的控制系统,通过控制系统发出指令。把隧道内灯具的色温和强度调节成和外面一至。

  通过这套系统自动调节的隧道灯光,会和外面的光线保持一致。中午时为最亮的白色,清晨和晚上则呈现出柔和的暖黄色。——中南交通科技公司技术员 代劲

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  进隧道后一目了然,其它隧道一进去,大概有零点几秒的发黑。——驾驶员 李志祥

  盘岭隧道的节能环保技术还不止于此。隧道墙壁上粉刷的这些蓄能发光涂料,经过任何光源15分钟的照射,就能够持续发光12小时以上。

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  手机电筒来照一下这里,十几秒钟,刚照射的是储能,后来现在就发光了,通过散发荧光,增加隧道的亮度和照度。

  据介绍,目前贵州高速集团管理的公路隧道的照明电费每年接近5000万元。该技术全面推广后,每年将减少用电量3200万度以上,节约运营电费2000多万元。——贵州高速集团总工办主任 管桂平

  把这些技术全部用上去,隧道建设增加的成本在10%到30%之间。通过测算,3年之间就可以把增加的成本收回来。

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  各国在隧道照明中对长隧道均分区处理,但分法不尽相同。国际照明委员会(CIE)对此作了统一划分,即分成入口区、临界区、过渡区、室内区(有时也称中央区)和出口区共五区,见下图介绍的分区情况,图中对各区的亮度变化作了定性描述。

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图1-1 典型的单向隧道纵剖面

  通常,我们根据分区来确定其亮度或照明值。在确定各分区的亮度或照明时,要考虑到安全停车距离这个因素。所谓安全停车距离,即一辆车以设定的速度驾驶到完全安全停止所需的距离,该距离包括驾驶员作出反应和刹车的距离,由当地交通法规选定。

  我们先介绍第一个分区:入口区的亮度值或照明值的确定。

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  入口区位置在图1-1中有明确表示。该区的亮度随着季节、气候、隧道口的朝向及其周围环境差异等诸因素而变化。

  作为驾驶员感受到的亮度,包括隧道口周围环境亮度产生的等效光幕亮度,则更为复杂。为实用目的,CIE采用隧道口1/4高度处一点为中心,在隧道前安全停止距离处驾驶员眼睛张角20°圆锥视场内平均亮度作为入口区的亮度值。

  表1-1表明20°圆锥视场内天空所占的比例、隧道入口的朝向、设定的安全停止距离等各种因素。

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  上述是CIE推荐的第一种确定入口区平均亮度L20的简便实用方法,即考虑各种影响入口区亮度的因素,查表取得。

  推荐的第二种方法是用公式来计算L20,其计算式为:

  L20=γLC+ρLR+εLE+τLth

  其中 γ+ρ+ε+τ =1

  式中:

  LC-——天空亮度

  LR——道路亮度

  LE——环境亮度

  Lth——隧道临界区的亮度

  ①主要取决于隧道的朝向:

  低表示在北半球,朝南入口,向北行驶;

  高表示在北半球,朝北入口,向南行驶;

  对于东、西入口,则在底和高之间取值。

  ②主要取决于隧道入口周围的亮度:

  低表示周围反射系数低;

  高表示周围反射系数高。

  ③主要取决于隧道朝向:

  低表示在北半球,朝北入口,向南行驶;

  高表示在北半球,朝南入口,向北行驶;

  对于东、西向入口,则在低和高之间取值。

  ④安全停止距离60m,天空所占比例为35%在实际中不会遇到。

  γ——天空所占的比例,%;

  ρ——道路所占的比例,%;

  ε——环境所占的比例,%;

  τ——隧道入口所占的比例,%。

  如果设k=L-th/L20,其中k为一设定的比例系数,则有:

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  由于在安全停止距离设定为100m和160m时τ值较低,小于10%,而k值不会超过0.1,τk项可以忽略不计,L20可写成:

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  而此时&gamma;+&rho;+&epsilon;<1。

  &gamma;、&rho;和&epsilon;很难精确测定。在要求不大精确前提下,Lc、LR、LE见表1-2。

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  在隧道照明设计中确定L20时,初步设计阶段在手头资料不多的情况下可用前一种方法。

  在最后照明设计时,此时隧道设计资料较多时,可用后一种方法。

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