一种公路隧道洞外亮度的测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种公路隧道洞外亮度的测量方法，其步骤：A、确定隧道洞外各景物亮度值和水平面照度值的关系：在距隧道洞口一个安全停车视距处使用亮度计和照度计同时读数获取隧道洞口各景物亮度值L和水平面照度值E；B、确定隧道洞外各景物亮度的计算标准值：利用各地区的辐射观测资料和辐射光当量模型，得到了各地区在典型气象年的逐时总照度和散射照度；C、确定隧道洞外各景物在20°圆锥角视场范围内所占的面积百分比：在各隧道洞口的照片上绘制出驾驶员在距隧道洞口一个停车视距处的20°圆锥角视场边界线；D、用环境简图法确定隧道洞外亮度值L20(S)。方法易行，操作简便，测量结果准确可靠，可广泛应用于现有公路隧道洞外亮度的测量。
【专利说明】一种公路隧道洞外亮度的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于公路隧道照明【技术领域】，更具体涉及一种公路隧道洞外亮度的测量方法。
【背景技术】
[0002]公路隧道入口处的剧烈亮度、空间以及参照物过渡所形成“黑洞效应”，导致驾驶员视觉适应困难，容易形成视觉盲期，进而诱发追尾、碰撞隧道洞门等形式的交通事故。因此一般会设置隧道入口段加强照明，以缓和“黑洞效应”，保障公路隧道入口行车的安全舒适。公路隧道洞外亮度L2tl(S)是隧道入口段加强照明系统设计的重要依据，合理地确定公路隧道洞外亮度对于保障在行车安全的前提下实现照明节能，具有重要意义。
[0003]公路隧道洞外亮度L2tl(S)是指在隧道接近段起点距地面1.5m高处，正对洞口方向20°圆锥角视场范围内实测得到的平均亮度，其对公路隧道照明系统投资及运营管理费用有很大影响，东京湾海底隧道的实测表明:在保持其他参数不变的前提下，L20(S)由4000cd/m2增至6000cd/m2时,照明设备费最高增加51 年运营能耗最高增加46%。
[0004]目前，公路隧道洞外亮度L2tl(S)的确定方法主要有:查表法、黑度法和环境简图法。查表法是根据20°圆锥角视场范围内天空面积所占的百分比、车速、洞口朝向等参数，查表确定L2tl(S),该方法虽然简单，但因为不同地点的天空亮度差异很大，且不同洞外景物的反射率差异也很大，因此查表法的误差很大。黑度法通过在隧道接近段起点距地面1.5m高处，正对洞口拍摄黑白照片，拍摄时在洞口旁竖立一已知亮度的灰板作为参照物，然后将冲洗出来的胶片置于黑度仪上读取20°圆锥角视场范围内各景物的黑度，经权重计算得出平均黑度，进而确定隧道洞外亮度L2tl(S),但其使用对于时间和天气具有严格的限制，即在夏季(6、7、8月)晴天无云时连续进行3日，每日测读5次(11:00至15:00时，时距Ih)或11次(8:00至18:00，时距Ih)。环境简图法是根据20°圆锥角视场范围内各种景物的亮度以及它们所占的面积百分比来确定L2tl (S)，相比黑度法，环境简图法省去了相机光学特性标定的过程，但如果采用相关规范所推荐的景物亮度，则不能适应地理位置的多样性；而如果实测景物亮度，则依然存在测量条件严格受限和参数标定复杂的问题。
[0005]现有公路隧道洞外亮度测量方法多采用通用规范标定景物亮度参数，导致其适用性差，难以满足实际需求；或采用常规的实测方法，但其测试条件严格受限，需要在夏季进行，且测试时要求天空严格无云。现有公路隧道洞外亮度测量方法的适用性和实用性较差，难以满足公路隧道入口照明系统设计的实际需求，因此亟需一种公路隧道洞外亮度的测量方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是在于提供了一种公路隧道洞外亮度的测量方法，方法易行，操作简便。通过现场实测获取隧道洞外各种景物的亮度和水平面照度，建立洞外景物亮度与水平面照度之间的关系模型，然后对当地长期实测得到的水平面照度值进行统计分析，并借鉴CIE88:2004中将一年中至少出现75h的最大景物亮度为基础计算洞外景物亮度的方法，以一年中至少出现75h的最大水平面照度值为基础计算得到一年中至少出现75h的最大景物亮度，作为公路隧道洞外亮度L2tl (S)。
[0007]为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种公路隧道洞外亮度的测量方法，其步骤是:
[0009]步骤一、确定隧道洞外各景物亮度值和水平面照度值的关系。在距隧道洞口一个安全停车视距处使用亮度计和照度计同时读数获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几类:天空、洞口、路面、混凝土端墙、混凝土护壁、岩石、裸露土壤、植被绿化等。水平面照度E与各景物亮度L之间的比例系数kE可通过下式进行计算，对于路基路面尚在施工中的公路隧道，现场实测无法获取路面亮度，可另外实测获取所用典型路面材料的反射系数作为kE的取值。
[0010]kE = E/L
[0011]式中:kE为景物的反射系数；E为水平面照度；L为景物亮度。
[0012]步骤二、确定隧道洞外各景物亮度的计算标准值。《建筑采光设计标准》(GB50033-2013)利用各地区多年的辐射观测资料和辐射光当量模型，分析得到了各地区在典型气象年的逐时总照度和散射照度。通过对测量隧道所在地区观测到的逐时照度值进行统计分析，得到该地区每年至少出现75h的最大照度值Es，并代入下式，可计算得到隧道洞外各景物的kE值所对应的隧道洞外各景物亮度的计算标准值Ls。
[0013]Ls = Es/kE
[0014]式中:LS为景物亮度的计算标准值;ES为测试地区每年至少出现75h的最大照度值，kE为景物的反射系数；
[0015]步骤三、确定隧道洞外各景物在20°圆锥角视场范围内所占的面积百分比。在各隧道洞口的照片上绘制出驾驶员在距隧道洞口一个停车视距处的20°圆锥角视场边界线，进而确定20°圆锥角视场范围内的各种景物及其所占的面积百分比。
[0016]步骤四、用环境简图法(CIEN088:1990Guide for the lighting of load tunnelsand underpasses)确定隧道洞外亮度值L2tl⑶。根据步骤二所得的隧道洞外各景物的亮度计算标准值以及步骤三所得的20°圆锥角视场范围内各景物所占的面积百分比，按照环境简图法确定隧道洞外亮度值L2tl (S)，如下式所示。
[0017]L20 (S) = Y Lc+ P Le+ ε Le+ τ Lth
[0018]式中:Υ为天空所占百分比；LC为天空亮度；P为道路所占百分比；LkS路面亮度；ε为景物所占百分比；LE为景物亮度；τ为隧道入口所占百分比；Lth为隧道入口段亮度；其中，Y + P + ε + τ = I。
[0019]在本发明中，以从莞高速公路7座隧道的11个洞口为实验对象，实测获取了各隧道的洞外亮度值L2tl(S)，如表I所示。实测获取的洞外亮度值基本在现行《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)的推荐取值上下波动，进而验证了本发明的合理性；但上下波动的幅度较大，多在10%以上，最高达40%，现行规范中不同条件下洞外亮度推荐取值比较粗略，而根据本发明方法实测计算得到的隧道洞外亮度值L2tl(S)进行隧道照明设计更符合各隧道的实际运营情况，更有利于隧道交通安全和照明节能。
[0020]表I隧道洞外亮度值对比表
【权利要求】
1.一种公路隧道洞外亮度的测量方法，其步骤是: A、确定隧道洞外各景物亮度值和水平面照度值的关系:在距隧道洞口一个安全停车视距处使用亮度计和照度计同时读数获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几类:天空、洞口、路面、混凝土端墙、混凝土护壁、岩石、裸露土壤、植被绿化，水平面照度E与各景物亮度L之间的比例系数kE通过下式进行计算，对于路基路面尚在施工中的公路隧道，现场实测无法获取路面亮度，另外实测获取所用典型路面材料的反射系数作为kE的取值:
kE = E/L 式中:kE为景物的反射系数，E为水平面照度，L为景物亮度； B、确定隧道洞外各景物亮度的计算标准值:利用各地区的辐射观测资料和辐射光当量模型，分析得到了各地区在典型气象年的逐时总照度和散射照度，通过对实验隧道所在地区观测的逐时照度值进行统计分析，得到该地区每年至少出现75 h的最大照度值ES，并代入下式，计算得到隧道洞外各景物的kE值所对应的隧道洞外各景物亮度的计算标准值LS:
Ls = Es/kE 式中:LS为景物亮度的计算标准值，ES为测试地区每年至少出现75 h的最大照度值，kE为景物的反射系数； C、确定隧道洞外各景物在20°圆锥角视场范围内所占的面积百分比:在各隧道洞口的照片上绘制出驾驶员在距隧道洞口一个停车视距处的20°圆锥角视场边界线，确定20°圆锥角视场范围内的各种景物及其所占的面积百分比； D、用环境简图法确定隧道洞外亮度值L2tl(S):根据步骤B所得的隧道洞外各景物的亮度计算标准值以及步骤c所得的20°圆锥角视场范围内各景物所占的面积百分比，按照环境简图法确定隧道洞外亮度值L2tl(S)，如下式所示:
L20 (S) = Y Lc+ P Le+ ε Le+ T Lth 式中:Y为天空所占百分比；LC为天空亮度；P为道路所占百分比；LK为路面亮度；ε为景物所占百分比；LE为景物亮度；τ为隧道入口所占百分比；Lth为隧道入口段亮度；其中，y + ρ + ε + τ =1。
【文档编号】G01J1/00GK104034413SQ201410315455
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】胡彦杰, 邓敏, 张灿程, 万红亮 申请人:武汉中交交通工程有限责任公司