車燈情況下反光材料輔助隧道燈具節能照明試驗研究

張鸝

摘 要：本文通過在靜態車燈和動態車燈照射情況下，模擬不同車燈類型的照射試驗效果，并對實測結果進行對比分析，得出對不同車燈情況下反光材料輔助隧道燈具的照明質量的效果評價。由此得出，反光材料輔助隧道燈具照明更加節能，本研究成果可為隧道及道路照明設計標準提供參考。

關鍵詞：不同車燈；反光材料；隧道節能照明

中圖分類號：U453.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0035-02

1 引言

現有的隧道照明設計方法中通常只考慮了隧道燈具的照明作用，忽略了車燈光源或車燈與隧道燈組合光源對照明指標的影響[1]。本文通過靜態測量法和動態測量法對車燈組合隧道燈具、反光材料的照明質量進行評價。靜態測量通過研究車輛靜止狀態下路面均勻度、墻面均勻度等指標的變化，分析車燈光源對不同照明指標的增效，為反光面和光學誘導標志的布設方式提供建議[2]。動態測量通過研究行駛狀態下照明指標的變化規律，得到了不同類型車輛、不同隧道燈具光源、不同墻面、不同相對距離和不同位置上的照度變化規律，結合障礙物的顏色與視距的關系，對行駛狀態下的車燈照明質量進行了評價。

本試驗研究中提出的兩種車燈測量方法側重于工程應用方面，適合用于直接評價車燈影響下的隧道照明質量，具有很強的實用性和創新性，研究成果可為制訂更合理的隧道照明設計規范提供參考[3]。

2 試驗方法

在車燈照射情況下進行照明質量的測量時，從試驗的可行性出發，通過在對典型車輛車燈尺寸進行調研的基礎上制定一套自制車燈模型，并在支座上預留導軌，可任意調整車燈位置以模擬不同類型真實車輛的照射效果。通過改變試驗車燈類型，可分別模擬遠光燈或近光燈的照射效果。

2.1 靜態車燈照明測量

在車燈的照射效果下隧道照明質量發生了變化，由于車燈發出的光通量大量落在車輛前方的路面上，路面或墻面的亮度將有所提高。與此同時，車燈發出的光通量和隧道燈具發出的光通量在路面和墻面上進行疊加后，將改變路面和墻面原有的亮度分布規律，即均勻度隨之改變。

評價車燈光源對照明指標增效大小，需將車燈光源下的測量結果與無車燈、僅有隧道燈具光源下的測量結果相對比，即在隧道光源、燈具布設方法、墻面材料類型等參數完全固定的情況下研究添加車燈光源后照明指標的變化情況。在進行靜止狀態下的車燈試驗時，將車燈模型置于右行車道中心線上，根據車燈在道路前方的照射范圍確定模型與測量區域中心線之間的相對距離，打開車燈并將直流電源調整至規定大小后進行測量，測點的布置情況與無車燈情況下的測點布置是相同的。

2.2 動態車燈照明測量

在進行運動狀態下的車燈試驗時，采用TES-1336A數位式照度計自帶的light metre軟件進行測量。由于實驗室的環境限制，車燈模型的行駛速度不可能達到真實隧道中車輛的行駛速度，因此可使用等效替代法測量真實車速下的車燈照明質量，其測量原理如下：light metre軟件中可自動記錄下任意時刻的照度值，其采樣頻率最低可設為1s。若車燈從距離測點30m處以1m/s的速度開始移動，則將得到30個有效測值；若車燈從距離測點30m處以3m/s的速度開始移動，則將得到10個有效測值，而這10個測量值在數值上應等于1m/s時記錄下的第1個、第4個、第7個……第30個測值。以此類推，車速越低，測值數量越多，所得到的照度變化曲線精度越高；車速越高，測值數量越少，得到的照度變化曲線精度越低。因此，在light metre軟件采樣頻率存在限制的情況下，只要將車燈模型的行駛速度盡量降低，就能得到等同于真實隧道中較高車速行駛下車燈與隧道照明光源共同作用下的照度變化曲線圖。動態車燈的測點共4個，分別在道路中心線上、車道中心線上、路肩處、0.5米墻高處。試驗使用車燈模型得到了大量測量數據，與真實車輛行駛時的測量數據進行對比，發現其規律性是相同的，從而驗證了車燈模型數據的有效性。

3 試驗結果分析

3.1 靜態車燈對路面照明指標的影響

通過表1分析結果表明，間距采用3-7米時，雖然車燈照射下會降低路面整體均勻度，但不會明顯改變路面縱向均勻度的大小。根據車燈在路面上的照射范圍可以看出，車燈發出的光通量在路中線上附近較為集中，因此這部分區域車燈照明的增效較大，路面縱向均勻度亦無明顯變化；但車燈對左右兩端靠近路肩的區域照射作用較弱，路面照度增效在測量區域上各處分布的不均勻性導致了路面整體均勻度的下降。分析路面縱向均勻度在數值上的大小，所有數據能滿足規范的要求。這也從另一個角度說明了燈具安裝角度選擇為30°是合理的。

3.2 靜態車燈對墻面照明指標的影響

通過表2分析結果表明，除高壓鈉燈光源下部分數據存在一定誤差之外，其余數據規律性均較好。在沒有車燈的情況下，墻面上越靠近燈具的區域通常亮度越大，若亮度過大、與其他區域亮度相差太明顯則會在墻面形成光斑效應影響視覺的舒適性；墻面上越低的地方，亮度越低，測量發現墻面照度最小值通常在墻趾附近。而車燈在墻面上照射范圍通常在1.5米墻高以下，正好是原來墻面照度最小的地方。因此，車燈光源將提高墻面均勻性，增強了司機對墻趾、檢修道區域隧道尺寸輪廓的辨別能力，有助于緩解墻效應給心理上帶來的壓抑感。

3.3 動態車燈對照明指標的影響規律研究

對真實行駛狀態下的車燈照明質量進行測量，將車輛靜止于距30米處，調試好儀器和測試軟件后，示意司機啟動車輛，并同時開始記錄數據。車輛行駛時應換至1檔，較低的行駛速度下測點數較多、得到的曲線圖較為精確。依次采集路中線測點、車道中心線測點、路緣處測點和0.5米墻高處測點的照度，并改變車輛類型、光源類型和墻面材料類型。由于試驗中燈具間距不是關鍵性變量，因此將燈具間距統一固定為3米。

對所有動態車燈試驗結果綜合對比分析，可以得出以下幾個結論[4]：

（1）不同光源的路面初始照度不同，不同車燈發出的光通量經疊加作用后，測得的照度值變化規律隨之不同。在低照度的情況下車燈照度變化趨勢較為劇烈，在高照度的情況下車燈照度變化趨勢較為平緩。

（2）不同車輛車燈照射效果在空間分布上各有差異。對小轎車而言，車燈對路緣測點和墻面測點的照射效果不佳，對路中線的照射范圍為5米-15米，對車道中心線的照射范圍為5米-20米。對大貨車和大客車而言，車燈照射范圍通常在10米以內，但對墻面和路緣照射效果很好。

（3）墻面涂刷反光材料后，能少量提高車燈照射下的各測點照度。排除試驗誤差和部分離散數據的影響后對結果進行分析，可以認為在路緣和車道中心線上墻面采用自發光涂料時的測值普遍要比水泥砂漿墻面時的測值大2%左右，在墻面和路中線上墻面采用自發光涂料時的測值普遍要比水泥砂漿墻面時的測值大1%左右。差值的大小說明了車燈光線照射到墻面上、經反射作用后重新照射到測點上的反射亮度的大小，可以認為這部分反射亮度對隧道照明質量的影響很小。因此，反光材料對車燈情況下照明指標的影響主要在于其良好的光學誘導性和能見度，而反射亮度對照明質量的貢獻并不大。

（4）根據物體顏色與能見度的關系，隧道中開燈行駛的司機能發現某種顏色物體的距離較大，但能確定某種顏色物體的類型和移動方向的距離很小，最難辨認的黑色移動物體的能見度距離為9.6米，與車燈的照射范圍大致相當。車輛在高速行駛時，在該距離下司機發現移動物體并及時作出有效反應的可能性很小，因此應結合墻面反光材料考慮布設部分光學誘導裝置如反光道釘等，以增加司機對隧道輪廓和前方障礙物的辨別能力和能見度。

4 結論與建議

本章通過車燈模型輔助真實車輛的試驗方法，涂刷不同的反光材料，結合不同的光源類型和燈具布設方案，提出合理實用的靜態和動態車燈測量方法，在大量實測數據的基礎上進行對比分析，對車燈情況下反光材料輔助隧道燈具的照明質量進行了深入研究，結果表明：車燈輔助燈具照明利用照度疊加理論分析，車燈將不同程度的提高路面和墻面上各點的照度，但普遍會降低均勻度指標。車燈在燈具間距較大、原始照度水平較低的情況下增效較大，墻面涂刷反光材料后照明指標會進一步增加。此外，根據實際車燈在照明效果上的缺陷和車燈反射亮度的大小，認為在設計亮度較低的情況下可采用反光材料結合光學誘導構造物的方式增加路面的能見度。

參考文獻

[1]陳仲林，孫春紅.公路隧道照明設計研究[J].燈與照明，2007，31（3）：32-35.

[2]殷穎，陳仲林，崔璐璐.隧道入口段亮度計算方法比較研究[J].燈與照明，2008， 32（2）：20-24.

[3]周正興，魏雅萍. 特長隧道節能措施分析[C]// 江蘇寧淮高速公路老山隧道環保型建設技術暨大跨徑隧道建設技術學術研討會.2006.

[4]梁波，潘國兵，皮宇航，等.反光材料輔助隧道節能照明的視覺功效試驗研究[C]//中國土木工程學會年會，2012.