公路隧道照明調光與行車安全分析

賀占躍，呂曉峰，李宏杰

（1.山西交通控股集團有限公司朔州高速公路分公司，山西 朔州 036002；2.合肥源輝光電子有限公司，合肥230041；3.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，西安 710077）

1 引言

目前，在我國經濟發展的過程中正在加大基礎設施的建設，這也就促使公路以及隧道工程施工增多，相關隧道的照明設施一方面需要不斷完善系統設置，另一方面總的數量也在不斷加大，在這個過程中必然會產生一系列的設備運營和維護費用，這筆費用也會成為不小的支出，而這也就意味著照明節能和行車安全之間就必然會產生矛盾。在技術不斷發展的今天，節能的方式有多種多樣，給公路隧道運營管理過程中照明節能設計和管理相關工作提供了更多的選擇【1】，但是，事實上，如果選擇了不恰當的節能方式，那么也會為隧道行車帶來不良的影響，特別是安全風險不斷增加。在一些工程應用中，許多調光方式實際上是在理想狀態下進行變化的，在晴天的情況下，洞外的光亮度發生了變化，那么洞內的光亮度也會隨之變化；但實際上，洞外的亮度受到多方面因素的影響，變化大，因而很難達到理想狀態。從這個角度來說，在公路隧道的入口段，照明系統如果依然采用簡單的分級調光，即使是采用了時序調光，那么，洞內入口段的光亮度也會發生較大的跳變，跳躍性強而且也十分頻繁。盡管這種調光照明的方式在很大程度上節省了電能，但仍然有安全風險存在。本文針對公路隧道的照明調光過程進行了分析，并結合山西西縱高速公路右玉至平魯段隧道照明工程，對于具體分析出的不良的調光方式以及相關的危險要素進行了識別，提出了改進技術方案，并給出了相應的數據指標。

2 現有公路隧道照明方式之不足

據有關數據統計，目前，我國的公路隧道還存在著諸多因照明問題而誘發的安全隱患，因為照明方式不佳，導致安全事故的發生，而這些問題最主要的來源就是盲視效應（短時間內無法看清物體）以及黑洞效應，同時也與低照度和亮度的跳變等有一定的關系。這些問題影響了司機的視線和駕駛心理，使誘發事故的可能性增大。在行業標準中，對LED 燈具和照明控制器已做了一些具體規定【2～4】。值得注意的是，除了行業標準已經有了具體規定的如頻閃效應和斑馬效應等，盲視效應和亮度跳變實際上是兩個新的問題，這是因為在LED 照明系統尚未應用前，這2 個問題是不存在的。近年來，在行業標準中，對于影響公路隧道運營安全的路面的光亮度進行了標準性的規范。但是，黑洞效應依然沒有被消除，而如果亮度是可控的LED 燈，甚至會出現調光亮度等級低的問題，除了誘發黑洞效應，還會衍生出盲視效應等問題。

3 公路隧道實際洞外亮度變化分析

如圖1 所示藍色曲線，是傳感器在全晴天條件下測量的洞外亮度乘以折減系數【5】后的值，這個曲線圖的條件是天氣晴朗，萬里無云。這一條件下，即使是傳統的分回路調光或按圖中所示棕色分10 級調光曲線，也能夠很好地滿足需求，安全性也不會受影響。盡管10 級調光存在亮度跳變，但是，每天跳變的數量有限，因而對于行車安全所構成的威脅并不大。而在圖2 所示的天氣發生變化的情況下，這些調光方式就很難達到安全性要求。對于這種隨機變化的天氣情況，在夏季的山西是經常出現的。

圖2 所示的是，在正常情況下，監測到的一整天的洞外亮度的變化圖。由圖2 可見因為云系的變動，洞外的亮度變化是沒有任何規律的，此情況下傳統的分回路調光照明必須要實施滿功率的照明才能滿足需求。

圖1 傳感器在全晴天條件下采用10 級調光方式的洞內亮度調光曲線

圖2 一整天的實際洞外亮度變化曲線

圖3 所示的是基于圖2 實現的，在圖2 基礎上拉長時間軸來獲得數據變化情況，在這1h 中，亮度變化的范圍是非常大的，而且是隨機的，毫無規律的。而圖3 所示的洞外亮度發生的變化，可以計算得出在這1h 時間內，理論的照明調光曲線變化【5】。而圖4 所示的藍色曲線是入口段的路面亮度伴隨著洞外的亮度變化而發生變化的理論的調光曲線，這一曲線的亮度變化范圍是非常的大，同樣也沒有任何規律。

圖3 圖2 在10:40～11:40 的洞外亮度變化曲線

4 粗獷調光對行車安全的影響

圖4 中的粗線是分10 級調光曲線，從圖中可以看到，作為一個分10 級調光的粗獷系統，實際上也是基于圖3 的洞外亮度變化情況來調節的，但是，其亮度等級太低，故每級間隔20cd/m2。圖4 中的黑色橫線表示的是調光動作閾值，藍色細線是理論的調光曲線，棕色粗線是實際調光曲線。結果顯示，如果理論調光曲線在相鄰的2 個等級亮度之間發生了變化，則10 級的調光是不發生變化的，相反，如果出現了跨級或者越級的情況，則實際的調光曲線就會發生跳變。從圖中可見這種跳變非常頻繁，嚴重影響行車安全。而如果是在亮度低點處，亮度在轉瞬間的降幅會達到33%，這會產生嚴重的盲視效應，危及行車安全。而傳統的鈉燈分回路調光照明系統盡管存在跳變問題，但調解頻度低，每天只有2～3 次【6】，其危險性并不突出。從上文的分析可見，亮度跳變的原因主要是調光亮度的等級少，而這也就意味著盲視效應的發生。

圖4 分10 級調光曲線

5 調光精細化程度對安全性的作用

將圖4 的時間軸進行拉長，具體時間如圖5 所示，在這一期間，亮度是有升有降的，如果將調光亮度的等級劃分為100級，那么，從圖5 中就可以發現，實際的調光曲線和理論的調光曲線前所未有地接近，洞內的跳變亮度2cd/m2，跳變的亮度即使在低點，其變幅也僅為3.7%，從而保障了安全性。

圖5 分100 級調光曲線

6 結論與建議

基于上文的分析，得出以下3 條結論：滿足標準要求的調光，節能才有意義。

第一，滿足標準要求的調光是保障公路隧道行車安全的必要條件之一。

第二，具有實時【7】功能的公路隧道照明調光的精細化調光，是消除盲視效應的有效方法。

第三，當前，我國公路隧道的調光照明系統存在一定的問題，因此很難達到精細化的標準要求，而這些問題還需要更多的學者和專家以及行業內有經驗的人員共同努力去解決。