基于光致变色材料的隧道自适应调节减光棚设计方法与流程

本发明涉及一种基于光致变色材料的隧道自适应调节减光棚设计方法。

背景技术：

隧道作为管状结构物的特殊性，当驾驶员进入隧道时会因为“黑洞效应”感受到内外明显的亮度剧变，强烈的明暗交替使得隧道入口段成为交通事故的多发区域。因此需要在隧道入口段设置减光构筑物用以缓和洞内外亮度差，使得驾驶员在视觉上对于亮度变化有一个平顺的适应过程。

现阶段公路隧道入口的减光棚洞具有一定的减光效果，并可避免雨雪对于路面的影响，但目前所选用的棚洞为透光率固定的一体化结构形式，无法根据外界环境变化进行自适应动态调整。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于光致变色材料的隧道自适应调节减光棚设计方法，以解决现有减光棚无法根据外界环境变化进行自适应动态调整的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光致变色材料的隧道自适应调节减光棚设计方法，包括步骤：

s1：根据驾驶员在隧道入口的暗适应时间确定减光棚长度；

s2：获取不同外界光环境下的棚下路面亮度需求；

s3：根据不同外界光环境下的棚下路面亮度需求，设计减光棚的透光率；所述减光棚包括不透光部、亮度调节部和全透光部；所述不透光部布置在减光棚的顶部，全透光部布置于减光棚的底部，亮度调节部布置于不透光部与路面两侧的全透光部之间。

进一步地，所述减光棚还包括呈拱形的安装支架，相邻两个安装支架之间形成减光棚横断面的一环；所述不透光部、亮度调节部和全透光部安装在安装支架上，若干所述安装支架通过纵向钢骨架连接。

进一步地，所述亮度调节部采用光致变色材料制成。

进一步地，所述全透光部采用完全透光板或直接采用镂空形式。

进一步地，所述减光棚长度的计算方法为：

s11：根据公式(1)计算暗适应时间t：

其中，lth1夏至日太阳光照强度；

s12：根据隧道设计速度按式(2)计算减光棚长度d：

其中，v为隧道设计速度。

进一步地，通过调节不透光部、亮度调节部和全透光部之间的面积比例调节减光棚的透光率。

进一步地，所述不透光部、亮度调节部和全透光部之间的面积比例布置方法为：

x+y+z＝1(3)

x+k1y＝m1(4)

x+k2y＝n1(5)

其中：x为全透光部在整个横断面一环中所占的比例；y为亮度调节部在整个横断面一环中所占的比例；z为不透光部在整个横断面一环中所占的比例；k1为晴天时亮度调节部对应的透光率(透光率下限)；k2为阴天时亮度调节部的透光率(透光率上限)；m1为设计透光率下限值；n1—设计透光率上限值。

本发明的有益效果为：本申请通过首先确定减光棚的长度，然后根据减光棚的长度和不同外界环境下遮挡材料透光率，通过设置亮度调节部，能够实现不同外界环境下的棚下亮度至隧道入口段亮度的有效过渡，以保证隧道行车安全。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为减光棚横断面区块划分示意图；

图2为减光棚立面示意图；

图3为晴天与阴天实际亮度与需求亮度的比较；

图4为不同区块比例下的减光棚透光率变化范围；

图5为减光棚沿纵向位置的需求透光率示意图；

图6为设计中采用的透光率变化范围。

其中：1、全透光部；2、亮度调节部；3、不透光部；4、纵向钢骨架。

具体实施方式

一种基于光致变色材料的隧道自适应调节减光棚设计方法，包括步骤：

s1：根据驾驶员在隧道入口的暗适应时间确定减光棚长度；

s2：获取不同外界光环境下的棚下路面亮度需求；

s3：根据不同外界光环境下的棚下路面亮度需求，设计减光棚的透光率；所述减光棚包括不透光部3、亮度调节部2和全透光部1；所述不透光部3布置在减光棚的顶部，全透光部1布置于减光棚的底部，亮度调节部2布置于不透光部3与路面两侧的全透光部1之间。

减光棚横断面的轮廓大于隧道横断面的轮廓，如图1和图2所示，所述减光棚还包括呈拱形的安装支架，相邻两个安装支架之间形成减光棚横断面的一环；所述不透光部3、亮度调节部2和全透光部1安装在安装支架上，若干所述安装支架通过纵向钢骨架4连接。

上述不透光部3采用的是不透光材料，目的是防止太阳光线从减光棚顶部直射在行车道上；所述全透光部1采用完全透光板或直接采用镂空形式；所述亮度调节部2采用光致变色材料制成，这部分可进行与紫外线有关的化学反应，当外界太阳光线强烈时，化学反应进行使得亮度调节部2的颜色加深，透光量减少，颜色的深度随太阳光线的强烈程度正相关，紫外线不强烈时，参与反应的变色材料相应减少，透光量增加。

上述减光棚长度的计算方法为：

s11：根据公式(1)计算暗适应时间t(单位s)：

其中，lth1夏至日太阳光照强度，lth1为实测值，若无实测值可用设计值替代；

s12：根据隧道设计速度按式(2)计算减光棚长度d：

其中，v为隧道设计速度(单位km/h)。

由上式可知，因为隧道入口段采用人工照明，lth1基本稳定，此时洞外的亮度越大，则减光棚洞的设置长度就越长。

由于隧道入口段采用人工照明，故lth1基本稳定，由式(1)和(2)可知，当洞外的亮度越大，减光棚洞的设置长度就越长。晴天环境下，外界亮度相对较高，驾驶员从减光棚入口驶入时，减光作用即开始，减光棚洞的有效作用需求长度为s1。阴天时，外界亮度相对较低，亮度过渡所需要的时间和距离都较晴天时有所减少，此时减光棚洞的有效作用长度需求为s1－s2。在有效作用长度范围内，根据人眼适应曲线做出不同外界环境下(晴天和阴天)的棚下路面亮度需求曲线，如图3所示。

通过调节不透光部3、亮度调节部2和全透光部1之间的面积比例调节减光棚的透光率；所述不透光部3、亮度调节部2和全透光部1之间的面积比例布置方法为：

将不透光部3、亮度调节部2和全透光部1所占比例进行量化，设全透光部1(区块1)在整个横断面所占比例为x，亮度调节部2(区块2)在整个横断面所占比例为y，不透光部3(区块3)在整个横断面所占比例为z，故存在以下关系：

x+y+z＝1(3)

当各个区块所占的比例不同时，减光棚的整体透光率也不同。设定，当区块1(全透光)的比例为100％时，整个隧道的透光率为1；区块3(不透光)的比例为100％时，整个隧道的透光率为0；当区块2(光致变色材料)的比例为100％时，整个隧道的透光率范围为k1到k2，其中k1为晴天时光致变色材料对应的透光率(透光率下限)，k2为阴天时光致变色材料对应的透光率(透光率上限)。

建立不同区块比例下减光棚的透光率变化范围如图4所示。由图4可知，对应于某一特定的区块比例，当减光棚的最小透光率为m时，其最大透光率在[m，n]之间，最大可取为n。

根据不同环境下每一纵向位置减光棚洞下的路面需求亮度和洞外亮度的比值，可以得到不同环境下减光棚洞的透光率需求曲线。同时，取晴天时棚洞的透光率为最小透光率，根据图4建立对应的实际可取最大透光率曲线，如图5所示。

对于减光棚洞某一纵断面位置，取晴天透光需求曲线的值作为设计中的透光率下限值m1，取阴天透光需求曲线和实际可取的最大透光率曲线的较小值作为设计中的透光率上限值n1，如图6所示。

综上，通过下式联立求解得出各区块比例x、y、z：

x+y+z＝1(3)

x+k1y＝m1(4)

x+k2y＝n1(5)

其中：x为全透光部1在整个横断面一环中所占的比例；y为亮度调节部2在整个横断面一环中所占的比例；z为不透光部3在整个横断面一环中所占的比例；k1为晴天时亮度调节部2对应的透光率(透光率下限)；k2为阴天时亮度调节部2的透光率(透光率上限)；m1为设计透光率下限值；n1—设计透光率上限值。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。