基于視覺參照系重構的高速公路長隧道照明設置

賈小團

（北京瑞拓電子技術發展有限公司，北京 100040）

隧道出口常見白洞效應、入口常見黑洞效應，產生原因在于隧道內外的強弱視覺參照系在短時間的迅速過渡，其改善措施為對隧道進出口的參照物、空間以及照度等視覺參照系進行緩和，對隧道中部的強弱視覺參照予以增強。以下以視覺參照系重構為思路，對高速公路長隧道的照明設置進行探討。

1 視覺參照系重構思路

當車輛行駛于正常路段時，駕駛員能自行對道路環境進行搜索，尋找參照物進而形成距離感、速度感以及空間感等行車過程中的重要心理感受。但是當車輛進入隧道時，由于參照物、空間以及照度發生劇烈變化的緣故，駕駛員尋找可見線索的難度上升而很難在短時間內建立視覺參照系統以形成距離感、速度感以及空間感，缺乏此類心理感受導致駕駛員的距離錯覺、速度錯覺等嚴重視錯覺產生，進而導致撞側墻、追尾以及超速等。

因此，進行隧道照明設置時，按照視覺參照系重構的方法，轉變隧道內的弱視覺參照系為中等視覺參照系，轉變以往單調的視覺環境變化，形成具有韻律感變化的視覺環境，將交通工程設施融入道路景觀，重建隧道內視覺參照系，進而為隧道行車安全提供保障。

2 高速公路隧道照明改善方法

2.1 隧道出入口的改善措施

隧道入口需要通過視覺參照物、遮光棚等進行合理過渡，車輛進洞過程中，照度在短時間內急速降低，從先前的上萬勒克斯銳減到數百勒克斯，為了實現緩和過渡，僅依賴于通過強化照明難以實現這一目標，因此需要采取相應措施以進行緩和。

（1）進口布置遮光棚。布置遮光棚是進行緩和過渡的有效措施之一，遮光棚、遮雨棚在民用建筑、商業建筑中均得到了廣泛的使用，將其布置于隧道入口的優勢在于處理了降雨、陽光以及路面特性的過渡，其景觀效果也較為理想。進洞口1.5s內的行程期間是隧道進口的常見視覺盲區，將合適長度的遮光棚布置于隧道入口部位，將能明顯改善隧道的入口照度，對隧道進口的參照物、照度以及空間的強烈過渡予以緩和，從而實現車輛早入洞、緩入洞。遮光棚的形式以反削竹式遮光棚為宜。洞口設置遮光棚口，建議加強進洞口3s行程的照明措施。

（2）布置逆反射設施。試驗研究發現，當交通信息場景呈現出高頻率、設置單一的特點時，駕駛者將容易產生距離錯覺、速度錯覺等嚴重視覺錯誤，因此轉變以往高頻率、單一的交通信息場景，將逆反射信息運用于入口的布置，逆反射信息應具有多色彩、多頻率的特點，因此其方案應將中低頻率相結合，從而對車輛進洞過程中的強烈過渡現象進行緩和，確保駕駛員得以對路緣、側墻等形成準確認知。

中頻視覺信息包括閉合環形標線以及側墻的輪廓標等，具有提高駕駛員的距離感、方向感的作用，其間距以20～50m為宜；高頻視覺信息用于改善駕駛員的距離感，包括洞口的豎向支持結構以及立面的標記線等，其布置間距以3～5m為宜。

對逆反射設施進行布置的過程中，應注意將主動照明與逆反射設施相協調，將路側輪廓標、路側環形標線以及路緣立面標記等進行協同布置，經試驗發現，協同布置后的速度錯覺降低為5%～14%。

2.2 隧道中部的改善措施

（1）布置視覺參考系。高速公路長隧道的中部，其環境為半封閉狀態，照度不足且環境單調，車輛駕駛過程中由于缺乏視覺參考系的緣故，駕駛員的車速感知能力降低而加大追尾事故、超速行為的發生可能。因此，強化中部的視覺參照系，能確保駕駛環境的舒適性，緩解駕駛員的隧道駕駛疲勞，改善其速度感知能力，降低事故發生率。

通過低頻視覺流改善駕駛員的節奏感與方向感，中頻信息每隔4組，將中頻閉合環形標線（由輪廓帶、反光環等構成，其背景照明為規范值的80%）布置于路面、側墻，在此基礎上，于路面、側墻布置車距保持折線形成低頻視覺流。由中頻視覺信息流為駕駛員提供中等心理感受，從而改善駕駛員的距離感，由路側縱向標線、路面橫向標線（中等密度）以及在側墻布置雙層輪廓標燈方式形成縱向布設的中頻環形標線。將高頻反光標記線布置于隧道的檢修道，經高頻視覺信息流形成局部視覺參照物，進而強化車輛駕駛者的視覺心理響應，改善其速度感。

上述低頻、中頻、高頻相結合的視覺信息流，使隧道中部的視覺參照系得以增強，視覺信息層數得到增加，駕駛員的方向感、距離感以及速度感得到改善。

（2）韻律型視覺參考系。人類對韻律型信息具有一定的偏向性，例如，對節奏感較強的游戲、電影以及音樂等能夠持續數小時，利用這一特點，構建起伏、漸變的視覺信息系統，形成韻律型視覺參考系，如圖1。韻律型視覺參照系主要由藍黃雙層韻律型標線、曲線以及音符構成，能為視覺連貫性提供保障，具備視覺引導的作用，藍色與黃色具有極強的對比作用，能明顯增加可視性，黃色針對小型車輛，藍色針對中型、大型車輛，通過音符為駕駛者判斷距離車距提供便利。

圖1 韻律型視覺參考系圖示

構建韻律型視覺參考系的過程中，路面的凸起路標、檢修道路緣紅白標記線以及側墻的立面標線的頻率控制為8～12Hz；路面音符、車距保持線、視錯覺標線、車距提醒線以及韻律型標線的頻率控制為0.2～0.4Hz；中頻視覺信息流由側墻雙層輪廓標、輪廓標以及側墻的豎向標線組成，其頻率為0.5～1Hz。

3 隧道參考系重構的保障措施

3.1 合理設計主動照明

視覺參照系下的長隧道，其照明應以主動照明、燈光為主，以逆反射光為輔。假設隧道內白日單獨依靠逆反射照明而不開主動照明，盡管從理論層面上講是安全的，但是實際運行過程中，主動光源為駕駛員提供的心理感受也是不容忽視的，無主動照明環境下容易導致駕駛員產生不適心理而加大事故發生。逆反射材料確實提供了一定程度上的照明條件，為隧道行車安全提供了保障，但從安全因素、心理因素出發，主動照明仍然是必不可少的，因此主動照明可適當減少，但不能沒有。

結合高速公路隧道的限速要求，對主動照明進行合理設計，當隧道限速為60km/h時，其遮光棚的長度應為30m，3s加強照明段的長度應為67m，隧道中間段應保持一個照明停車視距為52～62m，中間段的照明標準可參考規范的18.0%進行設計；當隧道限速為80km/h時，其遮光棚的長度應為30m，3s加強照明段的長度應為50m，隧道中間段的照明停車視距為90～112m，中間段的主動照明標準可參考規范的17.9～22.2%進行設計。通過這樣的方式進行主動照明的設計，不僅能滿足交通安全性的要求，為駕駛員的視覺舒適性提供保障，也能減少長期照明造成的開支。

3.2 隧道入口前開遠光燈

突起路標、路緣立面標記線以及隧道的內輪廓標這些逆反射設施需要在車輛的燈光作用下強化其信息密度以及局部亮度，進而改善隧道內部的弱視覺參照系，車輛燈光作用下才能為駕駛員帶來連續且更強的視覺參照。需要保障駕駛人未進洞前就開始對隧道內的強制視覺參照系進行適應，進洞后仍然保證駕駛員集中注意力于視覺參照系，進而使參照系之間的劇烈過渡得以緩和，減輕距離錯覺、速度錯覺等。

當前的入口部位都設置由進洞開大燈的標志，但沒有明確說明應該開遠光燈還是近光燈，低照度下，與近光燈相比，遠光燈對遠距離（150m以上）的逆反射設施的照亮作用更明顯，能幫助隧道外的駕駛員看清視覺參照以及隧道的內輪廓，駕駛員也能更輕易地對逆反射設施進行辨識，有助于確認后方來車，因此更加安全。

隧道中部具有照度相對較低的特點，因此隧道中部進行遠光照明，也有助于照亮逆反射信息，進而形成視覺參照；開遠光也有助于將前車的尾部照亮，為前方駕駛員明確后方來車提供幫助，進而為行車安全提供保障。

4 結語

本文給予隧道參照系重構的思路，提出了高速公路長隧道的新照明設置，為駕駛員的駕駛舒適性、行車安全提供了保障，也控制了隧道照明的建設投入以及后期運行費用，緩解了隧道的節能與安全之間的矛盾。