一種公路隧道洞外亮度的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種公路隧道洞外亮度的測量方法，其步驟：A、確定隧道洞外各景物亮度值和水平面照度值的關(guān)系：在距隧道洞口一個安全停車視距處使用亮度計和照度計同時讀數(shù)獲取隧道洞口各景物亮度值L和水平面照度值E；B、確定隧道洞外各景物亮度的計算標(biāo)準(zhǔn)值：利用各地區(qū)的輻射觀測資料和輻射光當(dāng)量模型，得到了各地區(qū)在典型氣象年的逐時總照度和散射照度；C、確定隧道洞外各景物在20°圓錐角視場范圍內(nèi)所占的面積百分比：在各隧道洞口的照片上繪制出駕駛員在距隧道洞口一個停車視距處的20°圓錐角視場邊界線；D、用環(huán)境簡圖法確定隧道洞外亮度值L20(S)。方法易行，操作簡便，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有公路隧道洞外亮度的測量。
【專利說明】一種公路隧道洞外亮度的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于公路隧道照明【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及一種公路隧道洞外亮度的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]公路隧道入口處的劇烈亮度、空間以及參照物過渡所形成“黑洞效應(yīng)”，導(dǎo)致駕駛員視覺適應(yīng)困難，容易形成視覺盲期，進(jìn)而誘發(fā)追尾、碰撞隧道洞門等形式的交通事故。因此一般會設(shè)置隧道入口段加強照明，以緩和“黑洞效應(yīng)”，保障公路隧道入口行車的安全舒適。公路隧道洞外亮度L2tl(S)是隧道入口段加強照明系統(tǒng)設(shè)計的重要依據(jù)，合理地確定公路隧道洞外亮度對于保障在行車安全的前提下實現(xiàn)照明節(jié)能，具有重要意義。
[0003]公路隧道洞外亮度L2tl(S)是指在隧道接近段起點距地面1.5m高處，正對洞口方向20°圓錐角視場范圍內(nèi)實測得到的平均亮度，其對公路隧道照明系統(tǒng)投資及運營管理費用有很大影響，東京灣海底隧道的實測表明:在保持其他參數(shù)不變的前提下，L20(S)由4000cd/m2增至6000cd/m2時,照明設(shè)備費最高增加51 年運營能耗最高增加46%。
[0004]目前，公路隧道洞外亮度L2tl(S)的確定方法主要有:查表法、黑度法和環(huán)境簡圖法。查表法是根據(jù)20°圓錐角視場范圍內(nèi)天空面積所占的百分比、車速、洞口朝向等參數(shù)，查表確定L2tl(S),該方法雖然簡單，但因為不同地點的天空亮度差異很大，且不同洞外景物的反射率差異也很大，因此查表法的誤差很大。黑度法通過在隧道接近段起點距地面1.5m高處，正對洞口拍攝黑白照片，拍攝時在洞口旁豎立一已知亮度的灰板作為參照物，然后將沖洗出來的膠片置于黑度儀上讀取20°圓錐角視場范圍內(nèi)各景物的黑度，經(jīng)權(quán)重計算得出平均黑度，進(jìn)而確定隧道洞外亮度L2tl(S),但其使用對于時間和天氣具有嚴(yán)格的限制，即在夏季(6、7、8月)晴天無云時連續(xù)進(jìn)行3日，每日測讀5次(11:00至15:00時，時距Ih)或11次(8:00至18:00，時距Ih)。環(huán)境簡圖法是根據(jù)20°圓錐角視場范圍內(nèi)各種景物的亮度以及它們所占的面積百分比來確定L2tl (S)，相比黑度法，環(huán)境簡圖法省去了相機(jī)光學(xué)特性標(biāo)定的過程，但如果采用相關(guān)規(guī)范所推薦的景物亮度，則不能適應(yīng)地理位置的多樣性；而如果實測景物亮度，則依然存在測量條件嚴(yán)格受限和參數(shù)標(biāo)定復(fù)雜的問題。
[0005]現(xiàn)有公路隧道洞外亮度測量方法多采用通用規(guī)范標(biāo)定景物亮度參數(shù)，導(dǎo)致其適用性差，難以滿足實際需求；或采用常規(guī)的實測方法，但其測試條件嚴(yán)格受限，需要在夏季進(jìn)行，且測試時要求天空嚴(yán)格無云。現(xiàn)有公路隧道洞外亮度測量方法的適用性和實用性較差，難以滿足公路隧道入口照明系統(tǒng)設(shè)計的實際需求，因此亟需一種公路隧道洞外亮度的測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是在于提供了一種公路隧道洞外亮度的測量方法，方法易行，操作簡便。通過現(xiàn)場實測獲取隧道洞外各種景物的亮度和水平面照度，建立洞外景物亮度與水平面照度之間的關(guān)系模型，然后對當(dāng)?shù)亻L期實測得到的水平面照度值進(jìn)行統(tǒng)計分析，并借鑒CIE88:2004中將一年中至少出現(xiàn)75h的最大景物亮度為基礎(chǔ)計算洞外景物亮度的方法，以一年中至少出現(xiàn)75h的最大水平面照度值為基礎(chǔ)計算得到一年中至少出現(xiàn)75h的最大景物亮度，作為公路隧道洞外亮度L2tl (S)。
[0007]為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種公路隧道洞外亮度的測量方法，其步驟是:
[0009]步驟一、確定隧道洞外各景物亮度值和水平面照度值的關(guān)系。在距隧道洞口一個安全停車視距處使用亮度計和照度計同時讀數(shù)獲取隧道洞口各景物亮度值L和水平面照度值E，典型的隧道洞外景物主要有以下幾類:天空、洞口、路面、混凝土端墻、混凝土護(hù)壁、巖石、裸露土壤、植被綠化等。水平面照度E與各景物亮度L之間的比例系數(shù)kE可通過下式進(jìn)行計算，對于路基路面尚在施工中的公路隧道，現(xiàn)場實測無法獲取路面亮度，可另外實測獲取所用典型路面材料的反射系數(shù)作為kE的取值。
[0010]kE = E/L
[0011]式中:kE為景物的反射系數(shù)；E為水平面照度；L為景物亮度。
[0012]步驟二、確定隧道洞外各景物亮度的計算標(biāo)準(zhǔn)值。《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50033-2013)利用各地區(qū)多年的輻射觀測資料和輻射光當(dāng)量模型，分析得到了各地區(qū)在典型氣象年的逐時總照度和散射照度。通過對測量隧道所在地區(qū)觀測到的逐時照度值進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到該地區(qū)每年至少出現(xiàn)75h的最大照度值Es，并代入下式，可計算得到隧道洞外各景物的kE值所對應(yīng)的隧道洞外各景物亮度的計算標(biāo)準(zhǔn)值Ls。
[0013]Ls = Es/kE
[0014]式中:LS為景物亮度的計算標(biāo)準(zhǔn)值;ES為測試地區(qū)每年至少出現(xiàn)75h的最大照度值，kE為景物的反射系數(shù)；
[0015]步驟三、確定隧道洞外各景物在20°圓錐角視場范圍內(nèi)所占的面積百分比。在各隧道洞口的照片上繪制出駕駛員在距隧道洞口一個停車視距處的20°圓錐角視場邊界線，進(jìn)而確定20°圓錐角視場范圍內(nèi)的各種景物及其所占的面積百分比。
[0016]步驟四、用環(huán)境簡圖法(CIEN088:1990Guide for the lighting of load tunnelsand underpasses)確定隧道洞外亮度值L2tl⑶。根據(jù)步驟二所得的隧道洞外各景物的亮度計算標(biāo)準(zhǔn)值以及步驟三所得的20°圓錐角視場范圍內(nèi)各景物所占的面積百分比，按照環(huán)境簡圖法確定隧道洞外亮度值L2tl (S)，如下式所示。
[0017]L20 (S) = Y Lc+ P Le+ ε Le+ τ Lth
[0018]式中:Υ為天空所占百分比；LC為天空亮度；P為道路所占百分比；LkS路面亮度；ε為景物所占百分比；LE為景物亮度；τ為隧道入口所占百分比；Lth為隧道入口段亮度；其中，Y + P + ε + τ = I。
[0019]在本發(fā)明中，以從莞高速公路7座隧道的11個洞口為實驗對象，實測獲取了各隧道的洞外亮度值L2tl(S)，如表I所示。實測獲取的洞外亮度值基本在現(xiàn)行《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》(JTJ026.1-1999)的推薦取值上下波動，進(jìn)而驗證了本發(fā)明的合理性；但上下波動的幅度較大，多在10%以上，最高達(dá)40%，現(xiàn)行規(guī)范中不同條件下洞外亮度推薦取值比較粗略，而根據(jù)本發(fā)明方法實測計算得到的隧道洞外亮度值L2tl(S)進(jìn)行隧道照明設(shè)計更符合各隧道的實際運營情況，更有利于隧道交通安全和照明節(jié)能。
[0020]表I隧道洞外亮度值對比表
【權(quán)利要求】
1.一種公路隧道洞外亮度的測量方法，其步驟是: A、確定隧道洞外各景物亮度值和水平面照度值的關(guān)系:在距隧道洞口一個安全停車視距處使用亮度計和照度計同時讀數(shù)獲取隧道洞口各景物亮度值L和水平面照度值E，典型的隧道洞外景物主要有以下幾類:天空、洞口、路面、混凝土端墻、混凝土護(hù)壁、巖石、裸露土壤、植被綠化，水平面照度E與各景物亮度L之間的比例系數(shù)kE通過下式進(jìn)行計算，對于路基路面尚在施工中的公路隧道，現(xiàn)場實測無法獲取路面亮度，另外實測獲取所用典型路面材料的反射系數(shù)作為kE的取值:
kE = E/L 式中:kE為景物的反射系數(shù)，E為水平面照度，L為景物亮度； B、確定隧道洞外各景物亮度的計算標(biāo)準(zhǔn)值:利用各地區(qū)的輻射觀測資料和輻射光當(dāng)量模型，分析得到了各地區(qū)在典型氣象年的逐時總照度和散射照度，通過對實驗隧道所在地區(qū)觀測的逐時照度值進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到該地區(qū)每年至少出現(xiàn)75 h的最大照度值ES，并代入下式，計算得到隧道洞外各景物的kE值所對應(yīng)的隧道洞外各景物亮度的計算標(biāo)準(zhǔn)值LS:
Ls = Es/kE 式中:LS為景物亮度的計算標(biāo)準(zhǔn)值，ES為測試地區(qū)每年至少出現(xiàn)75 h的最大照度值，kE為景物的反射系數(shù)； C、確定隧道洞外各景物在20°圓錐角視場范圍內(nèi)所占的面積百分比:在各隧道洞口的照片上繪制出駕駛員在距隧道洞口一個停車視距處的20°圓錐角視場邊界線，確定20°圓錐角視場范圍內(nèi)的各種景物及其所占的面積百分比； D、用環(huán)境簡圖法確定隧道洞外亮度值L2tl(S):根據(jù)步驟B所得的隧道洞外各景物的亮度計算標(biāo)準(zhǔn)值以及步驟c所得的20°圓錐角視場范圍內(nèi)各景物所占的面積百分比，按照環(huán)境簡圖法確定隧道洞外亮度值L2tl(S)，如下式所示:
L20 (S) = Y Lc+ P Le+ ε Le+ T Lth 式中:Y為天空所占百分比；LC為天空亮度；P為道路所占百分比；LK為路面亮度；ε為景物所占百分比；LE為景物亮度；τ為隧道入口所占百分比；Lth為隧道入口段亮度；其中，y + ρ + ε + τ =1。
【文檔編號】G01J1/00GK104034413SQ201410315455
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】胡彥杰, 鄧敏, 張燦程, 萬紅亮 申請人:武漢中交交通工程有限責(zé)任公司